Quando o físico alemão Wilhelm Röntgen descobriu os raios X no final do século XIX enquanto experimentava com tubos de raios catódicos, foi um avanço que transformou a ciência e a medicina. Tanto que o conceito básico continua em uso até hoje. Mas uma equipe de pesquisadores dos Laboratórios Nacionais Sandia acredita ter encontrado uma maneira melhor, aproveitando diferentes metais e as cores de luz que eles emitem.
“Isso é chamado de imagem de raios X hiperespectral colorida com alvos multimétal, ou CHXI MMT para abreviar,” disse o líder do projeto, Edward Jimenez, um engenheiro óptico. Jimenez tem trabalhado com a cientista de materiais Noelle Collins e a engenheira eletrônica Courtney Sovinec para criar os raios X do futuro.
“Com essa nova tecnologia, estamos essencialmente passando do antigo método, que é preto e branco, para um novo mundo colorido onde podemos identificar melhor materiais e defeitos de interesse,” disse Collins.
A equipe descobriu que podia alcançar isso usando pequenas amostras padronizadas de metais variados, como tungstênio, molibdênio, ouro, samarinho e prata.
Os Fundamentos da Criação de Raios X
Para entender o conceito, é necessário compreender os fundamentos da criação de raios X. Raios X tradicionais são gerados ao bombardear um único alvo metálico, ou cátodo, com elétrons de alta energia. Esses raios X são canalizados em um feixe e direcionados a um sujeito ou material. Tecidos mais densos, como os ossos, absorvem mais raios X, enquanto tecidos menos densos, como músculos e órgãos, permitem que mais passe. Um detector registra o padrão, criando uma imagem.
Embora a tecnologia de raios X tenha avançado ao longo do tempo, o conceito básico permanece o mesmo, o que limita a resolução e clareza.
Um Novo Tipo de Imagem de Raios X
A equipe da Sandia se propôs a resolver essa limitação tornando o ponto focal dos raios X menor. Quanto menor o ponto, mais nítida a imagem.
Eles conseguiram isso projetando um cátodo com pontos metálicos dispostos de forma a ser coletivamente menor que o feixe, efetivamente reduzindo o ponto focal.
Mas a equipe decidiu que queria ultrapassar os limites e levou o conceito um passo adiante.
“Escolhemos diferentes metais para cada ponto,” disse Sovinec. “Cada metal emite uma ‘cor’ particular de luz de raios X. Quando combinado com um detector que discrimina energia, podemos contar fótons individuais, que fornecem informações de densidade, e medir a energia de cada fóton. Isso nos permite caracterizar os elementos da amostra.”
O resultado são imagens coloridas com o que a equipe chama de clareza de imagem revolucionária e uma melhor compreensão da composição de um objeto.
“Obtemos uma representação mais precisa da forma e definição daquele objeto, o que nos permitirá fazer medições e observações sem precedentes,” disse Jimenez.
Aplicações de Longo Alcance
A equipe vê isso como um avanço significativo para a tecnologia de raios X, com uma ampla gama de usos, desde segurança em aeroportos e controle de qualidade até testes não destrutivos e manufatura avançada.
Eles também esperam que seu impacto melhore os diagnósticos médicos.
“Com essa tecnologia, você pode ver até mesmo diferenças sutis entre materiais,” disse Jimenez. “Esperamos que isso ajude a identificar melhor coisas como câncer e a analisar mais efetivamente células tumorais. Na mamografia, você está tentando detectar algo antes que cresça. No tecido mamário, é difícil identificar os diferentes pontos, mas com a colorização você tem um feixe mais nítido e uma imagem de maior resolução que aumenta a capacidade do sistema de detectar uma microcalcificação. É realmente empolgante fazer parte disso.”
“A partir daqui, continuaremos a inovar,” disse Collins. “Esperamos identificar ameaças mais rapidamente, diagnosticar doenças de forma mais ágil e, esperançosamente, criar um mundo mais seguro e saudável.”
A equipe recebeu recentemente um prêmio R&D 100 por sua tecnologia. Eles estavam entre seis vencedores da Sandia.