L'imagerie aux rayons X visualise les structures et les processus cachés dans les cellules et organismes vivants. Le rayonnement constitué d’ondes électromagnétiques très riches en énergie a cependant un effet ionisant et peut endommager le matériel génétique. Cela limite la période d'observation possible. Alors que les images radiographiques conventionnelles des tissus mous présentent un faible contraste, les méthodes de contraste de phase produisent des contrastes d'image bien meilleurs à une dose de rayonnement réduite. Cependant, avec une résolution plus élevée, l’imagerie douce devient de plus en plus difficile, car une dose plus élevée est nécessaire. De plus, l'efficacité des détecteurs à haute résolution habituellement utilisés diminue, ce qui augmente encore l'exposition aux rayonnements. Jusqu’à présent, l’imagerie par contraste de phase aux rayons X à haute résolution de spécimens biologiques vivants n’a été possible que pendant quelques secondes, voire quelques minutes, avant que de graves dommages ne soient causés par le rayonnement.
Des chercheurs du Laboratoire pour les applications du rayonnement synchrotron (LAS), de l'Institut pour la science des photons et du rayonnement synchrotron et du Physikalisches Institut du KIT ont maintenant développé une méthode qui utilise le rayonnement plus efficacement et produit des images d'une résolution micrométrique. La méthode convient aussi bien aux spécimens vivants qu’aux matériaux sensibles et ouvre de nouvelles opportunités en biologie, biomédecine et sciences des matériaux. Le nouveau système combine le contraste de phase des rayons X avec une loupe dite de Bragg et un détecteur de comptage de photons.
Image radiographique directement agrandie
« Au lieu de convertir l'image radiographique en une image avec lumière visible et de l'agrandir ensuite, nous l'agrandissons directement », explique Rebecca Spiecker, doctorante au LAS. « Grâce à cette approche, nous pouvons utiliser des détecteurs à grande surface très efficaces. » Les chercheurs utilisent un détecteur à comptage de photons d’une taille de pixel de 55 micromètres. Auparavant, l'image radiologique de l'échantillon est agrandie avec une loupe dite de Bragg, ce qui permet à la résolution de l'échantillon proprement dit d'atteindre environ 1 micromètre. La loupe de Bragg est constituée de deux cristaux de silicium parfaits, dont l'effet agrandissant résulte d'une diffraction asymétrique dans le réseau cristallin de silicium. Un autre grand avantage de la loupe Bragg est la très bonne transmission optique de l'image. Il permet une reproduction presque sans perte de toutes les fréquences spatiales jusqu'à la limite de résolution.
Guêpes parasites observées pendant 30 minutes
Grâce à la combinaison du contraste de phase des rayons X basé sur la propagation avec une loupe de Bragg et un détecteur de comptage de photons, tous optimisés pour une énergie de rayons X de 30 kiloélectronvolts (keV), la méthode atteint environ le maximum efficacité de dose possible pour le contraste de phase des rayons X. Cela permet des temps d’observation beaucoup plus longs de petits organismes vivants avec une résolution micrométrique. En collaboration avec des scientifiques de toute l’Allemagne, les chercheurs ont démontré la méthode dans le cadre d’une étude pilote sur les plus petites guêpes parasites. Pendant plus de 30 minutes, ils ont observé les guêpes dans leurs œufs hôtes et comment elles en sortaient. « La méthode convient également aux applications biomédicales, par exemple l'examen histologique tridimensionnel doux d'échantillons de biopsie », explique Spiecker. Les chercheurs prévoient désormais d’améliorer encore la configuration, d’élargir le champ de vision et d’augmenter la stabilité mécanique pour des mesures encore plus longues.
