Imágenes de 3D en tiempo real puede estar más cerca de la realidad

Las imágenes tridimensionales (3D) de rayos X, en tiempo real, de los pacientes pueden estar más cerca de la realidad debido a investigaciones recientemente terminadas por científicos rusos y americanos.

En un estudio que será publicado en una próxima edición de la revista Physical Review Letters, el médico y profesor de astronomía Anthony Starace y sus colegas de la Universidad de Nebraska-Lincoln (UNL; EUA) les dieron a los científicos conocimientos significativos sobre cómo utilizar rayos-x coherentes de alto poder. "Esto puede contribuir a una cantidad de innovaciones”, dijo el Prof. Starace.

El trabajo del Prof. Starace se concentra en un proceso llamado generación armónica alta (HHG). La radiación de rayos X puede ser creada dirigiendo un láser óptico a los átomos de elementos gaseosos—usualmente tipos de electrones bajos como hidrógeno, helio, o neón. El HHG es un proceso que crea rayos-x cuando la luz láser interactúa con los electrones de aquellos átomos, haciendo que los electrones vibren rápidamente y emitan rayos X.

Pero la dificultad con HHG ha estado presente desde el inicio del método en 1988: La luz de rayos-x producida por los átomos es muy débil. En un esfuerzo por hacer los rayos-x más poderosos, los científicos han tratado de usar láseres de energía más alta sobre los electrones, pero el éxito ha sido limitado. "Usar láseres de longitud de onda más larga es otra manera de aumentar el rendimiento de energía de los átomos”, dijo el Prof. Starace. "El problema es, que la intensidad de la radiación que producen [los átomos] cae muy rápidamente”.

En vez de concentrarse en átomos de electrones-bajos como el hidrógeno y el helio, el grupo del profesor Starace aplicó la hipótesis HHG a átomos gaseosos más pesados (y más raros) teniendo muchos electrones—electrones como xenón, argón, y criptón. Descubrieron que el proceso liberaría rayos-x de alta energía con una intensidad relativamente alta usando láseres de longitud de onda más larga (con longitudes de onda dentro de ciertos intervalos específicos de átomo) que suceden para manejar oscilaciones colectivas de electrones de los átomos de muchos electrones. "Si usted usa esos gases raros y refleja un láser en ellos, emitirán rayos-x con una intensidad que es mucho, mucho más fuerte [que con los átomos simples]”, dijo el Prof. Starace. "La estructura atómica cuenta”.

De acuerdo con el Prof. Starace, abrir los rayos-x de alto poder puede llevar un día, por ejemplo, a máquinas de rayos X más precisas y poderosas. Por ejemplo, reportó, los cardiólogos pueden realizar un examen escaneando un paciente y creando un holograma en 3D de su corazón, latiendo en tiempo real.

Los nano-científicos, que estudian el control de la materia a una escala atómica o molecular, también pueden beneficiarse de este hallazgo, según el Dr. Starace. Algún día, los rayos-x de intensidad alta pueden ser usados para hacer imágenes 3D de las estructuras microscópicas con las que los nanocientíficos trabajan. "Con la nanotecnología, la miniaturización es la orden del día”, dijo. "Pero los nano-científicos obviamente pueden hacer uso de un método para hacer las que estructuras que están construyendo y trabajando sean más fácilmente visibles”.

El trabajo es financiado por medio de una subvención de la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (NSF).

El Prof. Starace comentó que el patrocinio de la NSF hizo posible la colaboración con sus colegas rusos Mikhail V. Frolov, N.L. Manakov, y T.S. Sarantseva, de la Universidad Estatal Voronezh (Rusia), y M.Y. Emelin y M.Y. Ryabikin, de la Academia de Ciencias Rusa (San Petersburgo).

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University of Nebraska-Lincoln