• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowcy opracowali metodę szczegółowego obrazowania kruchej struktury kości

    14.10.2010. 17:26
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Naukowcy pracujący w Niemczech i Szwajcarii opracowali nową metodę nanotomograficzną, która wykorzystuje promienie rentgenowskie, aby umożliwić lekarzom wygenerowanie trójwymiarowego (3D), szczegółowego obrazu kruchej struktury kości. Metoda ta może przyczynić się do opracowania lepszych podejść terapeutycznych do walki z chorobą łamliwych kości, czyli osteoporozą, która jest jedną z najpowszechniejszych dolegliwości wśród osób starszych. Nowa metoda została niedawno zaprezentowana na łamach czasopisma Nature.

    Naukowcy z Technische Universitaet Muenchen (TUM) w Niemczech, z Instytutu im. Paula Scherrera w Szwajcarii oraz ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii (ETH Zurych) stwierdzili, że osteoporoza jest obecnie diagnozowana niemal wyłącznie na podstawie ogólnego obniżenia gęstości kości. Natomiast nowa metoda dostarczy znacznie więcej informacji na temat powiązanej struktury lokalnej i zmian w gęstości kości. Do tej pory lekarzom sprawiał trudności brak możliwości szczegółowego przyjrzenia się zmianom w gęstości kości.

    Profesor Franz Pfeiffer z TUM stwierdził, że to ma się właśnie całkowicie zmienić. "Nasza nowo opracowana metoda nano-CT [tomografia komputerowa] umożliwia teraz wizualizację struktury kości i zmian gęstości w wysokich rozdzielczościach i w trzech wymiarach (3D)" - wyjaśnia profesor Pfeiffer, który kierował badaniami. To "umożliwi nam prowadzenie badań nad zmianami strukturalnymi powiązanymi z osteoporozą w nanoskali, a przez to opracowanie lepszych metod terapeutycznych".

    Do opracowania swojej metody zespół profesora Pfeiffera wykorzystał rentgenowską CT. Skanery CT są wykorzystywane na co dzień w szpitalach i gabinetach lekarskich do diagnostycznych badań przesiewowych organizmu człowieka - organizm jest prześwietlany promieniami rentgenowskimi, a w tym czasie detektor rejestruje pod różnymi kątami, jak dużo promieniowania ulega pochłonięciu.

    "Zasadniczo to nic więcej niż robienie wielu zdjęć rentgenowskich z różnych kierunków" - stwierdzają autorzy. "Zdjęcia te są następnie wykorzystywane do generowania cyfrowych obrazów trójwymiarowych (3D) wnętrza organizmu za pomocą techniki przetwarzania obrazu."

    Nowa metoda mierzy zarówno ogólną intensywność wiązki, jaka została pochłonięta przez badany obiekt pod każdym kątem, jak również części wiązki promieni rentgenowskich, które są odchylane w różnych kierunkach lub "uginane". Schemat dyfrakcji jest generowany dla każdego punktu próbki, co dostarcza dodatkowych informacji na temat dokładnej nanostruktury, ponieważ promieniowanie rentgenowskie jest zdaniem naukowców szczególnie wrażliwe na najmniejsze zmiany strukturalne.

    "Ponieważ musimy zrobić i poddać obróbce tak wiele pojedynczych zdjęć z najwyższą precyzją, szczególnie ważne w czasie wdrażania metody było zastosowanie silnie jaskrawego promieniowania rentgenowskiego i szybkich, niskoszumowych detektorów pikseli" - stwierdza Oliver Bunk, który był odpowiedzialny za organizację eksperymentu w ośrodku synchrotronu PSI w Szwajcarii.

    Następnie schematy dyfrakcji były przetwarzane za pomocą algorytmu opracowanego przez zespół, jak informuje Martin Dierolf, naukowiec z TUM. "Opracowaliśmy algorytm rekonstrukcji obrazu, który generuje trójwymiarowy (3D) obraz wysokiej rozdzielczości przy wykorzystaniu ponad 100.000 schematów dyfrakcji" - mówi. "Algorytm uwzględnia nie tylko klasyczną absorpcję promieni rentgenowskich, ale również znacznie bardziej wrażliwe przesunięcie fazowe promieni rentgenowskich."

    Roger Wepf, Dyrektor Ośrodka Mikroskopii Elektronowej przy ETH Zurich (EMEZ), przyznał że podczas gdy "nowa procedura nano-CT nie osiąga rozdzielczości przestrzennej dostępnej obecnie w mikroskopii elektronowej [...], to może - dzięki głębokiej penetracji promieni rentgenowskich - wygenerować trójwymiarowe (3D) obrazy tomograficzne próbek kości".

    Zauważył, że "nowa procedura nano-CT wyróżnia się również dzięki możliwości wysoce precyzyjnego pomiaru gęstości kości, który jest szczególnie istotny w badaniach naukowych nad kośćmi". Naukowcy zauważyli, że metoda otworzy drogę do precyzyjniejszych badań nad wczesnym stadium osteoporozy i ewaluacji wyników terapeutycznych różnych metod leczenia w ramach badań klinicznych.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Densytometria kostna – metoda obrazowania gęstości kości wykorzystująca zasadniczo trzy różne techniki otrzymywania obrazu anatomii pacjenta: • podwójną wiązkę promieniowania rentgenowskiego, • ultrasonografię, • tomografię komputerową. Badanie to pozwala na postawienie rozpoznania m.in. osteoporozy, osteopenii, ogniska kalcyfikacji. Pletyzmografia - (ang. pletysmography) to metoda pomiaru zmian przepływu krwi przez naczynia obwodowe położone blisko powierzchni ciała. Jedną z najczęściej stosowanych jest fotopletyzmografia. Wynikiem pomiaru pletyzmograficznego jest krzywa obrazująca względne zmiany objętości przepływającej krwi. Ponieważ częstość tych zmian odpowiada częstości skurczów serca, pletyzmograf wykorzystuje się nieraz jako prostą metodę pomiaru szybkości pracy serca. Analiza konwersacyjna – metoda badań społecznych, polegająca na wysoce szczegółowej analizie rozmów, uprzednio nagranych, a następnie przetranskrybowanych za pomocą pewnych znaków standaryzujących. Tak przygotowany materiał służyć może do badań porównawczych. Metodą analizy konwersacyjnej badano wiele typów rozmów, między innymi kłótnie, pogawędki towarzyskie, wywiady lekarskie, przesłuchania policyjne czy też rozmowy w audycjach radiowych.

    Metoda analizy i krytyki piśmiennictwa albo analiza krytyczna jako metoda badań naukowych jest stosowana do prac naukowych i badań innych naukowców. Jest metodą stosowaną powszechnie w nauce. Powstają dzięki niej publikacje oparte nie na badaniach własnych, lecz na pracach i badaniach cudzych. RTG klatki piersiowej – badanie radiologiczne polegające na przechodzeniu przez klatkę piersiową kontrolowanych dawek promieni rentgenowskich (promieni X), rzutowanych na prostopadłą płaszczyznę z detektorem tych promieni.

    Mammografia – radiologiczna metoda badania piersi u kobiet. Polega na wykonaniu serii zdjęć gruczołu przy użyciu promieni rentgenowskich. Jej zdolność do uwidoczniania szeregu charakterystycznych zmian pozwala na wczesne rozpoznanie raka piersi oraz innych patologii sutka, zanim staną się one jawne klinicznie. EXAFS (ang. Extended X-Ray Absorption Fine Structure) – metoda wykorzystania subtelnej struktury blisko progu absorpcji promieniowania X, służąca do wyznaczania struktury fazy skondensowanej. Metoda ta umożliwia przeprowadzanie badań materiałów amorficznych.

    Antropologia wizualna – jeden z nurtów antropologii kulturowej. To subdyscyplina zajmująca się interpretowaniem wizualnej części kultury oraz wykorzystywaniem rysunku, malarstwa, fotografii, filmu i innych form wizualnych, w badaniach z zakresu antropologii kulturowej. W ramach tej dyscypliny badane są sposoby postrzegania wizualności przez członków różnych kultur. Jest ona również metodą, dzięki której antropolog może przedstawić treść badań za pomocą nie słów, lecz obrazu. Często metody wizualne są wykorzystywane również w antropologii stosowanej, bądź w badaniach partycypacyjnych. Datowanie optyczne – datowanie metodą Optycznie Stymulowanej Luminescencji (OSL), należące do grupy luminescencyjnych metod datowania bezwzględnego, stosowanych w geologii i archeologii. Jako pierwsza była wykorzystywana metoda termoluminescencji (TL), która obecnie, używana coraz rzadziej, jest wypierana przez nowocześniejszą metodę OSL. Zasadnicza różnica między metodami TL a OSL polega na zastąpieniu stymulacji termicznej (TL) przez stymulację optyczną (OSL). Przewaga datowania osadów geologicznych metodą OSL opiera się na wykorzystaniu tego samego czynnika – światła – zarówno do zerowania, jak i do stymulacji (wyzwolenia) sygnału luminescencji, wykorzystywanego tutaj jako miara upływu czasu. Dzięki temu, założenia metodologiczne datowania metodą OSL są bliższe naturalnym warunkom powstawania osadów geologicznych, sprzyjających wygaszaniu luminescencji przez światło dzienne w czasie transportu i depozycji osadu. Ponadto, protokoły pomiarowe OSL (m.in.: pojedynczych porcji i pojedynczych ziaren) są bardziej elastyczne i mniej podatne na zaburzenia (np. zmiany czułości) niż w przypadku metody TL. W obu metodach do datowania wykorzystuje się sygnały powszechnie występujących minerałów, m.in. takich jak kwarc i skalenie. Zakres metody OSL sięga od kilku do kilkuset tysięcy lat, a niepewność określonego wieku mieści się w zakresie od około jednego do kilkunastu procent. Przewagi metody OSL nad TL są wykorzystywane nie tylko w datowaniu, ale również w bardziej ogólnej gałęzi nauki jaką jest dozymetria.

    Path tracing – komputerowa metoda Monte Carlo tworzenia fotorealistycznych obrazów scen trójwymiarowych, w której analizowane są losowo wybrane ścieżki promieni światła. Analizując dostatecznie dużo różnych promieni możliwe jest wyznaczenie bardzo dobrej aproksymacji globalnego rozkładu światła.

    Metoda Hartree-Focka (metoda pola samouzgodnionego, metoda HF) – jedna z metod przybliżonego rozwiązywania problemów wielu ciał w mechanice kwantowej wielu cząstek. Metoda ta została opracowana przez D.R. Hartree’ego, zanim dostępne były komputery, a następnie poprawiona tak, aby uwzględniać zakaz Pauliego, przez W. Foka.

    Metoda obserwacyjna – sposób prowadzenia badań, w którym obserwacja odgrywa istotną rolę i którego stosowanie nie pociąga za sobą zmian w środowisku lokalnym (w odróżnieniu od metody eksperymentalnej). Jest celowym poszukiwaniem faktów, celową czynnością poznawania za pomocą zmysłów. RTG (rentgenografia, potocznie rentgen) – technika obrazowania wykorzystująca promieniowanie rentgenowskie. Często stosowana w medycynie, głównie w diagnostyce układu kostnego. W metodzie tej wykorzystane jest zjawisko różnego pochłaniania promieniowania rentgenowskiego przez różne tkanki ciała. Szczególnie duża różnica jest między pochłanianiem tkanek miękkich i kości. Przechodzące przez ciało promieniowanie powoduje zaczernienie kliszy fotograficznej w stopniu zależnym od natężenia tego promieniowania. Kość wykazuje znacznie większą zdolność absorpcji (pochłaniania) promieniowania niż otaczające ją tkanki miękkie, dzięki czemu widoczna jest na kliszy jako miejsce niezaczernione. Promieniowanie jonizujące, jakim jest promieniowanie rentgenowskie, ulega rozproszeniu komptonowskiemu. Zjawisko to zmniejsza kontrast obrazu, zacierając granicę między tkanką miękką a kością.

    Fetografia (ang. fetography) – historyczna metoda obrazowania płodu in utero przez wykonanie zdjęcia radiologicznego matki w ciąży. Metoda pozwalała uwidocznić kościec płodu począwszy od 4. miesiąca ciąży; wykonywano również zdjęcia po wprowadzeniu przez powłoki brzuszne dodatniego środka kontrastowego do wód płodowych, co pozwalało na zobrazowanie płodu przed 4. miesiącem. Z czasem dowiedziono szkodliwości działania nawet jednorazowych dawek promieniowania na organizm płodu. Po okresie znacznego ograniczenia wskazań badania (np. wykluczenie śmierci płodu albo podejrzenie wad rozwojowych) wycofano się ze stosowania fetografii całkowicie. Ciąża jest obecnie bezwzględnym przeciwwskazaniem do wykonywania zdjęć radiologicznych i tomografii komputerowej. Metoda hipotetyczno-dedukcyjna jest to metoda, która polega na stwarzaniu nowej teoriihipotezy. Później dedukuje się jej konsekwencje, które można sprawdzić przez doświadczenie. Metoda ta jest oparta na rozumowaniu dedukcyjnym i jest niezawodna. Jeśli doświadczenie nie potwierdza teorii należy ją odrzucić. Punktem wyjścia są pewne prawa i ogólne zasady. Ich analiza umożliwia przewidywanie nowych zdarzeń i faktów, pozwala stworzyć nową teorię. Teoria ta po doświadczeniu weryfikacji okazuje się być prawdziwa lub nie.

    Triangulacja, metoda stosowana w badaniach społecznych, mająca zapewnić wyższą jakość prowadzonych badań i ograniczenie błędu pomiaru. Polega na zbieraniu danych za pomocą dwóch lub większej liczby metod (np. obserwacja razem z sondażem czy analizą treści), a następnie porównywanie i łączenie wyników. Może też oznaczać łączenie metod jakościowych i ilościowych.

    Dodano: 14.10.2010. 17:26  


    Najnowsze