Skeleton crowd. Computer X-ray artwork of a group of human skeletons viewed from the front.

Novo Raio X apelidado de “Imagens fantasmas” pode revolucionar a medicina

 

Por si só, uma câmera de um único pixel captura imagens que são bastante sombrias: quadrados totalmente pretos, completamente brancos ou algum tom de cinza no meio. Tudo o que faz, afinal, é detectar o brilho.

No entanto, conectando uma câmera de pixel único a uma fonte de luz padronizada, uma equipe de físicos da China fez imagens detalhadas de raio X usando uma técnica estatística chamada ghost imaging, criada pela primeira vez há 20 anos em luz infravermelha e visível. Pesquisadores da área afirmam que versões futuras desse sistema podem tirar fotografias de raio-x com câmeras baratas – sem necessidade de lentes e detectores multipixel – e menos radiação causadora de câncer do que as técnicas convencionais.

“Nosso sistema é muito menor e mais barato, e pode até ser portátil se você precisar levá-lo a campo”, diz Wu Ling-An, físico da Academia Chinesa de Ciências em Pequim cujo trabalho com seus colegas foi publicado em 28 de março em Optica.

O sistema dos pesquisadores ainda não está pronto para ser usado na medicina. Mas eles diminuíram a dose de raio-x em cerca de um milhão de vezes em comparação com tentativas anteriores, segundo Daniele Pelliccia, que em 2015 fez algumas das primeiras imagens fantasmas de raios-x. Físico da Instruments & Data Tools, uma startup de ótica perto de Melbourne, na Austrália, ele usou uma fonte do tamanho de um prédio de raios-x intensos chamada síncrotron, mas o grupo de Wu se contentou com uma fonte compacta de mesa. E enquanto as primeiras imagens fantasmas de raios X eram imagens simples de fendas cortadas em metal, o grupo chinês produzia contornos de uma concha e de iniciais gravadas em placas de metal. Eles fizeram “imagens que parecem imagens”, diz Pelliccia. “O retorno potencial, se funcionar para imagens médicas, é grande.”

A chave para a imagem fantasma é iluminar um objeto com luz que passou por um filtro com um padrão conhecido, diz Miles Padgett, físico da Universidade de Glasgow, no Reino Unido. Do outro lado do objeto, a câmera de pixel único tira uma foto – nada mais que um quadrado cinza. Para acabar com uma imagem, você faz isso milhares de vezes, trocando o padrão de filtro por um diferente após cada exposição. O grupo de Wu usou um pedaço de lixa, que é parcialmente transparente aos raios X, e girou-o para criar um padrão diferente após cada exposição.

Vendo fantasmas

Usando um filtro de luz padronizado e um detector de pixel único, os pesquisadores podem fazer imagens nítidas de objetos, mesmo que o detector capture apenas quadrados cinzentos não resolvidos.

Um computador produz a imagem final. Como o computador conhece o padrão de filtro para cada exposição, ele pode calcular a imagem a partir de variações na sequência de pixels cinzas capturados pela câmera. O resultado, em teoria, é uma imagem de raio-x tão boa quanto qualquer outra hoje, mas sem uma câmera de alta resolução ou as radiografias intensas necessárias para imagens convencionais.

Pesquisadores já demonstraram sistemas simples de imagens fantasmas para luz óptica e infravermelha, que dependem de filtros programáveis, diz Jeffrey Shapiro, físico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, em Cambridge. Um computador registra e redefine o padrão de filtro à medida que a fonte de luz o projeta no objeto e no detector de pixel único.

Usando um sistema de infravermelho, o grupo de Padgett mostrou que pode gerar imagens fantasma de vazamento de gás metano. O grupo Mquared Lasers, colaborador do grupo, sediado em Glasgow, está trabalhando para comercializar o sistema e esperando vender detectores para a indústria de petróleo e gás como uma maneira mais barata de detectar gasodutos com vazamento, diz Padgett.

Fazer um filtro programável (ou padronizável) por computador para raios X é um desafio maior, diz Wu, porque os raios X simplesmente passam pela maioria dos materiais. Como seu grupo recorreu a uma lixa não padronizável, ela precisou usar uma câmera de alta resolução para medir os padrões. Mas você pode imaginar um sistema comercial de raios-X no qual o fabricante pré-grava todos os padrões das lixas, diz Padgett. Então, somente o fabricante precisaria da câmera de alta resolução, e os usuários individuais poderiam simplesmente comprar uma câmera de pixel único e usar os filtros de lixa em uma sequência específica.

Para que a imagem fantasma seja viável na medicina, Wu diz, os pesquisadores devem mostrar que a dose total de raios-x necessária para uma imagem é menor do que com um sistema convencional. Uma imagem fantasma requer milhares de exposições e os raios X se somam. Além disso, quanto mais detalhado o objeto – por exemplo, um corpo humano – mais exposições você precisa. No entanto, Wu diz que a intensidade de raio-x por exposição pode ser reduzida o suficiente para que a imagem fantasma saia à frente.

Isso seria importante, diz Shapiro. “Se você pudesse reduzir a quantidade de exposição aos raios X que as mulheres sofrem na realização de mamografias ou em exames de peito, isso seria um grande avanço”, diz ele. Mas a qualidade da imagem ainda precisa ser melhorada, diz ele. “Tem que ser uma boa imagem.”

Com informações da NCBI

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