جزئیات ساختار درونی دندان

۱۹ نوامبر ۲۰۱۵- هم در علم مواد و هم در تحقیقات بیومدیکال مشاهده ی نانو ساختارها در اجسام بسیار ریز مانند نانوساختارهای فیبرهای کربن و استخوان ها بسیار مهم است.

حال یک تیم از محققان دانشگاه فنی مونیخ (TUM)، دانشگاه Lund، بیمارستان چاریته در برلین و موسسه پل شرر (PSI) یک روش توموگرافی کامپیوتری جدید بر اساس پراکندگی اشعه X ( نه جذب)، ابداع کرده اند که برای اولین بار امکان تجسم نانوساختارها را در اشیایی به اندازه ی چند میلی متر فراهم کرده است، این تکنیک، مشاهده ی دقیق ساختار سه بعدی الیاف کلاژن را در یک قطعه از دندان انسان برای محققان امکان پذیر کرد.

در اصل، توموگرافی کامپیوتری اشعه ایکس(CT) در حدود دهه ی۶۰ میلادی ابداع شد. در این روش تصاویر اشعه X از یک شی از جهت های مختلف تهیه می شود و سپس یک کامپیوتر با استفاده از تصاویر جداگانه، یک تصویر سه بعدی از جسم می سازد. کنتراست در تصویر، بدلیل جذب متفاوت اشعه ایکس در مواد غیر مشابه ایجاد می شود. با این حال، در روش جدید، که توسط فرانتس فایفر، استاد فیزیک پزشکی در TUM و تیم او ابداع گردید از پراکندگی اشعه X به جای جذب آن استفاده می شود. نتایج این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است.

تصاویر دقیق نانوساختارها با استفاده از پراکندگی اشعه ی ایکس

از لحاظ تئوری، اشعه ایکس مانند نوری با طول موج بسیار کوتاه عمل می کند، این اصل قلب روش جدید است: هنگامی که یک نور بر ساختار یک شی تابیده می شود، برای مثال یک CD ، نور منعکس شده یک الگوی رنگین کمانی را ایجاد می کند، اگر چه شیار های ریز در CD به طور مستقیم دیده نمی شوند، پراش اشعه های نور – پراکندگی – به طور غیرمستقیم ساختار جسم را نشان می دهند.

همین اثر را می توان با اشعه X مشاهده کرد و محققان از این پدیده در تکنیک جدید خود استفاده کردند. مزیت استفاده از اشعه x نسبت به نور مرئی اینست که اشعه ی ایکس قادر به نفوذ به درون مواد است، در نتیجه اطلاعات دقیقی در مورد ساختار داخلی اشیاء ارائه می دهد. محققان در حال حاضر این اطلاعات سه بعدی از پراکندگی اشعه X را با اطلاعات توموگرافی کامپیوتری(CT) ترکیب کردند.

در روش های مرسوم CT ، دقیقا یک مقدار شناخته شده به عنوان یک وکسل، برای هر نقطه از تصویر سه بعدی در یک شی محاسبه می شود. در روش جدید چندین مقدار به هر وکسل اختصاص داده می شود ، زیرا نور پراکنده از جهت های مختلف می رسد. با استفاده از این اطلاعات اضافی، دانشمندان قادر به کسب اطلاعات بیشتری در مورد نانوساختار یک شی نسبت به روش معمول CT شدند.

فرانتس فایفر می گوید: با اندازه گیری غیر مستقیم اشعه X پراکنده ، هم اکنون می توانیم ساختار دقیق اجسامی که برای رزولوشن فضایی مستقیم بیش از حد کوچک هستند را مشخص نماییم.

اجزا داخلی دندان

برای نمایش ساختار دقیق درونی یک جسم، دانشمندان قطعه ای از دندان انسان به ابعاد سه میلی متر را بررسی کردند. بخش زیادی از دندان انسان از عاج ساخته شده است. عاج عمدتا از الیاف معدنی شده ی کلاژن که ساختار آن تا حد زیادی مسئول خواص مکانیکی دندان است، تشکیل شده است. حال دانشمندان توانستند این شبکه های فیبری بسیار ریز را مشاهده کنند.

در مجموع ۱٫۴ میلیون تصویر از پراکندگی اشعه ی ایکس، با نورهای پراکنده که از جهت های مختلف وارد می شوند، گرفته شد. سپس این تصاویر جداگانه با استفاده از یک الگوریتم خاص پروسس شده و گام به گام، یک تصویر بازسازی شده ی کامل بر اساس توزیع سه بعدی اشعه های پراکنده ی ایکس، تشکیل گردید.

Martin Bech، استادیار دانشگاه لوند می گوید: الگوریتم ما جهت دقیق اطلاعات پراکندگی اشعه ی ایکس را برای هر تصویر محاسبه می کند و سپس گروه هایی با جهت یکسان پراکندگی را تشکیل می دهد با این کار ساختار داخلی جسم دقیقا بازسازی می گردد.

با استفاده از این روش، برای اولین بار بوضوح در یک نمونه با این اندازه، جهت گیری سه بعدی الیاف کلاژن مشخص شد. این نتایج با دانش قبلی در مورد ساختارهایی با این سطح مقطع سازگار است.

Florian Schaff نویسنده ی ارشد این تحقیق می گوید: هنوزهم روش پیچیده CT برای بررسی اجسام بزرگ مناسب تر است، با این حال، روش جدید برای اولین بار، امکان تجسم ساختارهایی در محدوده نانومتر در اشیایی به ابعاد میلیمتر در این سطح از دقت را فراهم کرده است.

منابع:

http://www.sciencenewsline.com/news/2015111919300054.html

Journal reference: dx.doi.org/10.1038/nature16060