Tim Peneliti Jerman temukan Metode X-Ray untuk Melihat Jaringan Lunak dalam Durasi yang Lama

Pemeriksaan sinar-X atau rontgen memainkan peran penting dalam mengungkap struktur dan proses yang tersembunyi di dalam sel dan organisme hidup. […]

Pemeriksaan sinar-X atau rontgen memainkan peran penting dalam mengungkap struktur dan proses yang tersembunyi di dalam sel dan organisme hidup. Gelombang elektromagnetik yang digunakan dalam pemeriksaan sinar X membawa energi tinggi dan memiliki sifat pengion, sehingga menimbulkan risiko terhadap materi genetik seperti kerusakan DNA. Keterbatasan tersebut memperpendek periode pengamatan dan pemeriksaan yang layak. Gambar sinar-X tradisional dari jaringan lunak tidak memiliki kontras, sementara metode “fase kontras” menawarkan kontras gambar yang lebih baik dengan dosis radiasi yang lebih rendah. Namun, mencapai pencitraan yang dapat melihat jaringan lunak dengan resolusi yang lebih tinggi menjadi tantangan karena memerlukan dosis yang lebih tinggi, memperburuk paparan radiasi.

Pemeriksaan melalui sinar-X menggunakan prinsip dasar penembakan sinar-X ke dalam objek untuk mendapatkan gambaran struktur internal. Sinar-X memiliki kemampuan penetrasi yang berbeda pada jaringan biologis, memungkinkan deteksi berbagai kepadatan. Ketika sinar-X melewati suatu organ, jaringan yang lebih padat, seperti tulang, menyerap lebih banyak sinar-X dan tampak lebih terang pada gambar, sementara jaringan yang lebih lunak memungkinkan lebih banyak sinar-X melewati dan tampak lebih gelap. Detektor kemudian mengukur radiasi yang tersebar, dan komputer memproses data tersebut untuk menghasilkan gambaran anatomi suatu organisme. Meskipun sangat berguna dalam dunia medis, penggunaan sinar-X perlu dikelola dengan hati-hati untuk meminimalkan paparan radiasi dan menjaga keamanan dari objek yang akan diperiksa.

Detektor resolusi tinggi konvensional yang biasanya digunakan dalam metode pemeriksaan jaringan lunak menjadi kurang efisien, sehingga semakin meningkatkan paparan radiasi. Hingga saat ini, pemeriksaan sinar-X “fase kontras” yang memiliki resolusi tinggi pada spesimen biologis hidup hanya dapat dipertahankan dalam durasi yang singkat, mulai dari beberapa detik hingga beberapa menit, sebelum menyebabkan kerusakan yang signifikan akibat radiasi.

Para peneliti di Laboratorium Aplikasi Radiasi Sinkrotron Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Jerman telah memperkenalkan metode inovatif untuk mengoptimalkan efisiensi radiasi dan menghasilkan gambar beresolusi mikrometer. Teknik ini dapat diterapkan pada spesimen hidup dan bahan yang halus, menawarkan kemungkinan baru dalam biologi, biomedis, dan ilmu material. Sistem baru ini mengintegrasikan sinar-X fase kontras, kaca pembesar Bragg, dan detektor penghitung foton.

Prinsip kerja sistem kaca pembesar Bragg untuk melakukan sinar X pada jaringan lunak (A) Skema sistem. (B) Skema pembesaran berkas dengan difraksi Bragg asimetris (C) Resolusi intrinsik teoritis dan perbesaran sistem (D) Verifikasi eksperimental resolusi spasial 1,3 µm pada 31 keV. (E) Radiogram kisi emas menunjukkan perbesaran yang dapat disesuaikan dengan energi foton.

Alih-alih mengubah gambar sinar-X menjadi cahaya tampak dan kemudian memperbesarnya, para peneliti secara langsung memperbesar gambar sinar-X dengan menggunakan detektor area besar yang sangat efisien. Detektor penghitung foton dengan ukuran piksel 55 mikrometer digunakan. Gambar sinar-X pertama-tama diperbesar dengan kaca pembesar Bragg, sehingga menghasilkan resolusi spesimen kira-kira 1 mikrometer. Kaca pembesar Bragg, yang terdiri atas dua kristal silikon sempurna, menghasilkan pembesaran melalui difraksi asimetris dalam kisi kristal silikon.

Kaca pembesar Bragg juga menawarkan transmisi gambar optik yang sangat baik, memungkinkan reproduksi frekuensi spasial yang nyaris bebas kerugian hingga batas resolusi. Dengan memadukan kontras fase sinar-X berbasis perambatan dengan kaca pembesar Bragg dan detektor penghitung foton yang dioptimalkan untuk energi sinar-X 30 kiloelektron-volt (keV), metode ini mencapai efisiensi dosis maksimum untuk kontras fase sinar-X. Efisiensi tersebut memungkinkan waktu pengamatan yang lebih lama terhadap organisme hidup kecil dengan resolusi mikrometer.

Dalam sebuah studi percontohan yang melibatkan tawon parasit, para peneliti mengamati tawon di dalam telur inangnya yakni telur ngengat selama lebih dari 30 menit. Durasi yang lama mencapai 30 menit menunjukkan potensi metode sinar X ini. Pendekatan sinar X dengan kaca pembesar Bragg juga cocok untuk aplikasi biomedis, seperti penyelidikan histologis tiga dimensi yang lunak dari sampel biopsi. Rencana masa depan melibatkan penyempurnaan pengaturan, perluasan bidang pandang, dan peningkatan stabilitas mekanis untuk pengukuran jangka panjang.

Tawon parasit (Trichogramma cacoeciae) yang dicitrakan secara in vivo dengan sistem sinar X dengan kaca pembesar Bragg. (A) Gambar tomografi dari individu Trichogramma pertama di dalam telur ngengat yang terparasit (Sitotroga cerealella). Cangkang telur (kuning) diiris secara virtual untuk memvisualisasikan tawon (abu-abu) di dalam telur. (B) – (D) Fase radiogram yang direkonstruksi dari individu kedua yang muncul dari telur inangnya (E), (F) Pergerakan rahang bawah yang fleksibel, diamati pada individu ketiga. Tanda panah menunjukkan bahwa tawon menggerakkan mandibula secara independen satu sama lain

Referensi

Rebecca Spiecker, Pauline Pfeiffer, Adyasha Biswal, Mykola Shcherbinin, Martin Spiecker, Holger Hessdorfer, Mathias Hurst, Yaroslav Zharov, Valerio Bellucci, Tomáš Faragó, Marcus Zuber, Annette Herz, Angelica Cecilia, Mateusz Czyzycki, Carlos Sato Baraldi Dias, Dmitri Novikov, Lars Krogmann, Elias Hamann, Thomas van de Kamp, Tilo Baumbach. Dose-efficient in vivo X-ray phase contrast imaging at micrometer resolution by Bragg magnifiers. Optica, 2023; 10 (12): 1633 DOI: 10.1364/OPTICA.500978

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Scroll to Top