COMMENT VISUALISER DES STRUCTURES NANOMÉTRIQUES AU SCANNER ?

Une équipe de l'Université technique de Munich (TUM), l'Université de Lund, hôpital de la Charité à Berlin et l'Institut Paul Scherrer (PSI) ont développé une nouvelle méthode de tomographie assistée par ordinateur basée sur la dispersion, plutôt que sur l'absorption des rayonsX. La technique, développée par le Pr Franz Pfeiffer, professeur de physique biomédicale à la TUM et son équipe, et dont les résultats ont été publiés dans la revue Nature, permet pour la première fois de visualiser les nanostructures dans des objets de quelques millimètres, ce qui permet aux chercheurs de visualiser la structure tridimensionnelle précise des fibres de collagène dans un morceau de dent humaine.

La diffusion fournit des images détaillées des nanostructures
Théoriquement, les rayons X agissent comme la lumière avec une très courte longueur d'onde. Ce principe est au cœur de la nouvelle méthode: quand la lumière éclaire un objet structuré, par exemple un CD, la lumière réfléchie produit un motif d'arc caractéristique. Bien que les fines rainures dans le CD ne peuvent être vus à l'œil nu, la diffraction des rayons lumineux - connue sous le nom de diffusion - révèle indirectement la structure de l'objet. Le même effet peut être observé avec des rayons X et c'est ce que les chercheurs ont démontré avec leur nouvelle technique. Ils ont combiné cette propriété avec leur capacité à traverser la matière par tomodensitométrie (TDM).

Pouvoir visualiser la structure interne d'une dent
En pratique, il s'agit d'assigner des valeurs multiples à chaque voxel, lorsque la lumière diffusée arrive de différentes directions. "Grâce à ces informations supplémentaires, nous sommes en mesure d'en apprendre beaucoup plus sur la nanostructure d'un objet par rapport aux méthodes classiques de TDM. En mesurant indirectement les rayons X dispersés, nous pouvons maintenant visualiser des structures minuscules, trop petites pour la résolution spatiale directe ", explique Franz Pfeiffer. Pour démontrer leur découverte, les scientifiques ont examiné un morceau de dent humaine mesurant environ trois millimètres. Une grande partie d'une dent humaine se compose essentiellement de fibres de collagène minéralisées dont la structure est en grande partie responsable des propriétés mécaniques de la dent. Les scientifiques ont réussi à visualiser ces réseaux de fibres minuscules.

Un niveau de précision jamais obtenu à ce jour
Un total de 1,4 millions d'images de dispersion des rayons X ont été et traitées en utilisant un algorithme spécialement conçu, pour obtenir une reconstruction complète de la distribution tridimensionnelle des rayons dispersés, étape par étape. "Notre algorithme calcule la direction précise de l'information diffusée pour chaque image, puis forme des groupes ayant la même direction de dispersion. Cela permet aux structures internes d'être reconstruites précisément ", poursuit Martin Bech, professeur adjoint à l'Université de Lund. Les résultats obtenus avec cette méthode sont en accord avec les connaissances disponibles sur les structures très fines. "Une méthode sophistiquée de TDM est encore la plus appropriée pour examiner des objets volumineux, conclut le Pr Florian Schaff. Cependant, notre nouvelle méthode permet de visualiser les structures à l'échelle nanométrique dans des objets de taille millimétrique avec un niveau de précision jamais obtenu à ce jour."