Cientistas da Stony Brook University usaram uma nova técnica na National Synchrotron Light Source II (NSLS-II), uma instalação do usuário do Office of Science do Departamento de Energia dos EUA (DOE) localizada no Laboratório Nacional de Brookhaven, para responder a perguntas de longa data em imagens médicas.

A equipe de pesquisa usou raios-x individuais para caracterizar a física de como a luz se move dentro dos cintiladores - um componente dos detectores de raios-X - pela primeira vez. Suas descobertas podem ajudar no desenvolvimento de detectores de raios-X mais eficientes para diagnósticos médicos aprimorados.

A imagem de raios-X é uma técnica difundida para visualizar as estruturas internas da matéria. Na área médica, A imagem de raios-x é usada para gerar imagens da estrutura interna do corpo para fins de diagnóstico e intervenção. O método funciona projetando raios X através de um paciente e capturando-os com um detector de raios X para produzir uma "imagem sombria" do corpo do paciente. Embora as imagens de raios-x funcionem de maneira semelhante em todas as suas aplicações, ele apresenta um problema distinto para a indústria médica.

"Existem desafios competitivos em imagens médicas de raios-X, "disse Adrian Howansky, um Ph.D. candidato no Centro de Ciências da Saúde da SBU. "Você deseja detectar o máximo de raios-x possível para produzir uma imagem de alta qualidade e fazer o melhor diagnóstico, mas você também precisa limitar o número de raios-x que você faz ao paciente para minimizar o risco de segurança. "

Os raios X podem ser prejudiciais aos pacientes se forem recebidos em doses grandes ou múltiplas. É por isso que a equipe da SBU procurou otimizar os detectores de raios-X, entendendo a física de como eles funcionam. Se eles pudessem definir a maneira exata como esses detectores produzem uma imagem, a equipe poderia identificar métodos para melhorar as imagens sem aumentar o número de radiografias enviadas pelo paciente. Para fazer isso, os cientistas estudaram o componente mais importante do detector de raios-x, chamado de cintilador. Este material, cuja espessura pode ser tão pequena quanto 200 micrômetros, é responsável por absorver os raios-x e transformá-los em rajadas de luz visível.

"Até nosso experimento aqui no NSLS-II, ninguém foi capaz de descrever com precisão como a luz se move dentro dos cintiladores para formar uma imagem, "Howansky disse.

O que os cientistas sabiam é que quando a luz salta em torno de um cintilador antes de ser detectada, ele produz "desfoque" que reduz a resolução da imagem. Variações aleatórias nesse desfoque também podem contribuir com ruído adicional para a imagem de raio-x. Se esse fenômeno pudesse ser observado e compreendido diretamente, os cientistas poderiam identificar maneiras de melhorar o desempenho dos detectores de raios-X e a qualidade das imagens que eles produzem - e reduzir o número de raios-X necessários para fazer imagens utilizáveis.

A equipe SBU procurou as fontes desse ruído, analisando diferentes tipos de cintiladores na linha de luz 28-ID-2 em NSLS-II. Usando uma nova abordagem, os cientistas capturaram imagens de raios-x individuais em pontos conhecidos do cintilador para eliminar fatores de confusão.

"Ao colocar raios-x únicos em profundidades precisas dentro dos cintiladores, pudemos caracterizar exatamente como a luz se espalha e é coletada de diferentes pontos de origem. Isso nos permite identificar cada fonte de ruído nas imagens que os cintiladores fazem, "Howansky disse." Somos o primeiro grupo a ser capaz de medir diretamente esse fenômeno por causa dos recursos do NSLS-II. "

Rick Lubinsky, um professor assistente de pesquisa em radiologia na SBU, disse, "É incrível o que somos capazes de fazer com a ajuda dos cientistas da linha de luz do NSLS-II. Eles criaram o feixe de raios-X perfeito para nossa pesquisa - com o nível de energia certo e a forma certa. O feixe era tão fino que nós poderia realmente movê-lo para cima e para baixo dentro do cintilador e resolver o que estava acontecendo. O brilho e a intensidade do feixe são incríveis. "