Mejor contraste en tomografía de fase con rayos X y radiación de sincrotrón que imágenes de TC

La tomografía de fase con rayos X es una técnica para obtener imágenes que utiliza penetrantes rayos X para crear imágenes volumétricas a través de secciones de los tejidos biológicos blandos, como los tumores y ofrece un contraste mucho más fuerte que el obtenido con la tomografía computarizada (TC) convencional. Sin embargo, los científicos aún no saben cuáles métodos de tomografía de fase con rayos X son los más adecuados para obtener resultados optimizados para una amplia variedad de enfermedades.

Para responder a esta pregunta, un grupo de investigadores de Europa se propuso comparar tres métodos diferentes de tomografía de fase en la Instalación Europea para Radiación de Sincrotrón (ESRF, Grenoble, Francia): la interferometría por rejilla de rayos X de línea de haces, la tomografía de fase basada en la propagación, con reconstrucción de la fase en una sola distancia y la holotomografía.

Bajo la dirección de la Dra. Irene Zanette, científica afiliada tanto de la ESRF como de la Universidad Técnica de Múnich (TUM, Alemania), los investigadores pusieron a prueba estas tres técnicas mediante el examen del tejido canceroso de un modelo de ratón y un corazón de rata entero, según se anunció en octubre de 2014 en la revista Journal of Applied Physics.

Junto con sus colegas, Bert Müller, líder de grupo del Centro de Ciencias de Biomateriales (Basilea, Suiza; https://bmc.unibas.ch) y Timm Weitkamp, científico del Sincrotrón SOLEIL (Saint-Aubin, Francia), el equipo estudió cuál tecnología se desempeña mejor en cuanto a la resolución espacial, la visualización y la cuantificación de las características pertinentes de las muestras. También examinaron otros factores relacionados, tales como la sencillez de la configuración y la adquisición de datos y los análisis inherentes a cada método. Para lograr esto, los investigadores eligieron la radiación de sincrotrón estándar, que produce rayos X sustancialmente de mayor calidad que la de los generadores de rayos X convencionales, tales como las que se encuentran en los hospitales.

“Piense en la radiación de sincrotrón como equivalente al tipo de luz monocromática, colimada e intensa producida por un láser, mientras que los generadores de rayos X convencionales ubicados en los hospitales serían equivalentes a las bombillas que utilizamos en nuestras casas”, explicó la Dra. Zanette, actualmente una científica haciendo su postdoctorado en física biomédica en la TUM.

De manera significativa, señaló, si bien su estudio se ha realizado utilizando radiación de sincrotrón, esas mismas técnicas son susceptibles de ser utilizadas tanto con haces policromáticos como divergentes y también pueden aplicarse con las fuentes de rayos X convencionales. Los investigadores utilizaron una moderna técnica de rayos X conocida como formación de imágenes mediante contraste de fase. Este tipo de formación de imágenes funciona haciendo que el haz de rayos X interfiera, mientras se propaga desde la muestra hasta el detector, según la Dra. Zanette. “Esta interferencia es fundamental porque codifica información valiosa sobre la fase de las ondas de rayos X”.

En comparación, las imágenes de rayos X convencionales, del tipo que se obtiene en los hospitales y aeropuertos, no utiliza la información de la fase. Más bien, se basa sólo en la atenuación de la amplitud (reducción de la intensidad) de las ondas de rayos X que hace el objeto de estudio para generar el contraste de la imagen. “Se encuentra información más detallada en la fase que en la amplitud, así que esto nos permite obtener imágenes con mucho mayor contraste y diferenciar con mayor claridad el tejido canceroso del tejido sano”, dijo la Dra. Zanette.

Mediante la comparación de estos métodos, el grupo logró demostrar que para cada muestra, la resolución espacial derivada de características morfológicas específicas es aproximadamente dos veces mejor por la holotomografía y la reconstrucción de fase con una sola distancia en comparación con la interferometría de rayos X con rejilla. También encontraron que la información obtenida con la interferometría de rayos X con rejilla generalmente proporciona mucho mejores índices de contraste a ruido para las características anatómicas, sobresale en la fidelidad de las mediciones de densidad y es más robusta frente a artefactos de baja frecuencia que la holotomografía.

El grupo considera que los tres métodos de tomografía de fase son complementarios. “La aplicación determina cuál es el tipo de resoluciones espaciales y de densidad que se desea obtener según los requerimientos de dosis y de la tarea de formación de imágenes, por lo cual realmente se reduce a una elección entre la complejidad de la configuración experimental y el procesamiento de datos”, señaló el Dr. Müller. “Es importante elegir la técnica ideal para los fines específicos”.

Dado que la radiación de sincrotrón es de mayor calidad que la radiación de las fuentes convencionales, las mediciones con sincrotrón representan experimentos de evaluación comparativa cuando estas técnicas de tomografía se transfieren a la práctica clínica, especialmente la interferometría de rayos X con rejilla, que se está difundiendo mucho para su uso en hospitales.

“Nuestra investigación debe ayudar a proporcionar una guía para otros investigadores en el desarrollo de un método ideal de formación de imágenes por contraste de fase, el cual será adoptado por los hospitales en el futuro”, concluyó la Dra. Zanette.

Enlaces relacionados:

European Synchrotron Radiation Facility

Technische Universität München