Ricerca e sviluppo presso l'Università del Michigan
U-M si affida alla linea di prodotti Phoenix per la sua ricerca e sviluppo
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L'Università del Michigan (U-M) conduce un'ampia varietà di ricerche, dallo studio degli esiti sanitari alla ricerca volta a migliorare la qualità degli impianti. L'impresa di ricerca più ampia della facoltà di medicina dell'università è supervisionata, in parte, dal decano associato per la ricerca, Karl Jepsen, PhD. Il dottor Jepsen è anche professore di chirurgia ortopedica all'U-M e una delle aree di interesse del suo laboratorio è capire meglio come il sistema scheletrico stabilisce la funzione durante la crescita e la mantiene durante il processo di invecchiamento per prevenire la fragilità ossea: dall'osteoporosi alla scoliosi, alla fragilità pediatrica e alle fratture da stress. Oltre alla ricerca interna, il dottor Jepsen offre le strutture, le attrezzature e le competenze del suo laboratorio come servizio alla comunità di ricerca più ampia. I partner della cooperazione includono altri istituti medici e di ricerca come Harvard, Yale e Ohio State University, ma anche il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti.
La quasi totalità di questa ricerca (95%) viene svolta ex-vivo, consentendo l'uso della tecnologia microCT e nanoCT a kilovolt più elevati per ottenere la massima risoluzione possibile. Al di là dell'uso tradizionale della tecnologia TC per la scansione di ossa e altri tessuti mineralizzati, gli attuali sforzi di ricerca utilizzano la TC anche per studiare i tessuti molli e i vasi sanguigni, per i quali è necessaria una maggiore rilevabilità dei dettagli in regioni di interesse di dimensioni pari o inferiori a 5 micron. Questa gamma molto ampia di ricerche dell'U-M richiede quindi apparecchiature e metodi di analisi flessibili, in grado di adattarsi rapidamente alle diverse sfide ed esigenze del laboratorio e dei lavori a contratto.
In breve, le tre sfide principali che il laboratorio di ricerca CT dell'università deve affrontare sono:
- elevati volumi di campioni che devono essere scansionati in tempi brevi
- Requisiti di analisi diversi che devono essere soddisfatti dalla stessa apparecchiatura
- Campioni complessi che richiedono un'elevata rilevabilità dei dettagli per ottenere le conoscenze necessarie.
Per affrontare queste sfide, Karl Jepsen utilizza da tempo i sistemi TC di Waygate Technologies nel suo laboratorio.
"Abbiamo bisogno di stare al passo con attrezzature all'avanguardia per poter superare i limiti della ricerca e competere per i finanziamenti federali, che sono il modo in cui sosteniamo la nostra impresa. A tal fine, per noi è fondamentale un sistema TC che combini la capacità di gestire grandi volumi di campioni con un'elevata capacità di rilevamento dei dettagli e un'ampia gamma di potenza di penetrazione, dalla TC nanofocus alla TC microfocus, per soddisfare qualsiasi compito con grande flessibilità. Abbiamo trovato questo nei sistemi CT Phoenix di Waygate Technologies".
Per acquisire rapidamente immagini ad altissima risoluzione e competere con altri gruppi di ricerca, il team di Karl Jepsen ha utilizzato un Phoenix Nanotom S e un Nanotom M. Il Phoenix Nanotom S, lanciato nel 2005, è stato il primo sistema di ricerca nanoCT®. Ma soprattutto, la tecnologia nanoCT® della linea di prodotti Phoenix apre nuove aree di esplorazione. Oltre alle ossa e agli impianti, il campo si sta spostando verso l'esame di tessuti molli e non minerali, come il tessuto vascolare o cardiaco. Con la normale microTC per i campioni ad alto assorbimento, come le ossa più grandi, l'imaging non può tuttavia scendere al di sotto dei 6 micron, non sufficienti per gli sperimentatori che vogliono avere la flessibilità di scansionare anche piccoli campioni a basso assorbimento con la massima rilevabilità dei dettagli, in modo da poter quantificare le piccole strutture al loro interno. Il Phoenix Nanotom M è stato ulteriormente ottimizzato con l'obiettivo di ottenere una maggiore flessibilità per una gamma di campioni e applicazioni più ampia e una risoluzione spaziale e di contrasto molto migliore. Il tubo a raggi X da 180 kV / 20 W utilizzato in entrambi i sistemi offre diverse modalità operative, dalla nanoCT alla microCT ad alta potenza.
L'eccellente rilevabilità dei dettagli fino a 200 nanometri dei sistemi nanoCT di Waygate Technologies è preziosa anche per ricerche e campioni più tradizionali. Nella ricerca pediatrica che U-M conduce sulla crescita ossea, ad esempio, le scansioni microCT allo stato dell'arte di piccole ossa di topi post-natali non fornivano immagini quantificabili. Il Phoenix Nanotom M ha invece permesso ai ricercatori di quantificare l'osso dalla nascita in poi.
Karl Jepsen trova molteplici vantaggi nei tubi radiogeni nanofocus: "La differenza di qualità è notte e giorno tra un sistema microCT e il Nanotom, anche se si guarda alla stessa risoluzione dell'immagine. È su questo punto che gli altri ricercatori del settore devono essere istruiti ulteriormente sul valore di questa tecnologia. Anche a una risoluzione più bassa, il rilevamento delle caratteristiche è molto migliorato".
Nel suo studio sull'osteoporosi, l'analisi della porosità in funzione dell'età è fondamentale. Per ottenere le informazioni necessarie su questo aspetto, il laboratorio ha bisogno di osservare i femori prossimali umani in un'unica immagine. Con il Nanotom o il V|tome|x di Waygate Technologies, è possibile visualizzare un'intera sezione trasversale di femore umano a 5-10 micron. La qualità ad alta risoluzione di queste immagini fornisce nuovi spunti di riflessione e permette ai ricercatori di iniziare a porsi nuove domande, consentendo di progredire nella ricerca e di ottenere nuove sovvenzioni.
Allo stesso modo, la ricerca del laboratorio sulla scoliosi esamina le barre di espianto che sono state impiantate in bambini e ragazzi per 3-4 anni per la stabilizzazione. Poiché le barre sono sottoposte alla struttura ossea in crescita dei bambini, si teme l'accumulo di detriti. Con gli espianti, è quindi fondamentale studiarli in modo non invasivo per garantire che eventuali detriti rilevati non siano stati causati dall'apertura dell'impianto. La TC ad alta risoluzione e la tecnologia nanoCT, per una migliore qualità d'immagine, lo rendono possibile.
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Una tecnologia di rivelazione e di imaging superiore può risolvere un'altra delle sfide dell'U-M: Il volume. Le scansioni di un'intera sezione trasversale del femore, ad esempio, richiedono in genere dalle quattro alle otto ore. Con il Phoenix V|tome|x M, ad esempio, il laboratorio potrebbe ridurre i tempi di scansione a non più di una o due ore. Nel caso dei tessuti molli, il tempo è fondamentale perché i tempi di scansione sono di solito ancora più lunghi ed è una sfida mantenere stabile un apparecchio per periodi di scansione fino a 46 ore, in modo da non perdere la risoluzione a causa di vibrazioni o movimenti termici. In casi come questi, in cui non è possibile evitare lievi sfocature da movimento, diventano fondamentali l'alta potenza e la risoluzione e i rilevatori ad alta dinamica.
Soprattutto in vista dell'attività a contratto, il servizio di volumi elevati si traduce in denaro diretto. Una maggiore capacità di volumi consente al laboratorio di offrire più servizi di massa a ricercatori esterni e di generare maggiori entrate. La domanda per il "servizio plug-and-chug" è elevata. "La gente arriva con 200 ossa e le vuole scansionare entro domani", dice Jepsen. Ottenere la qualità richiesta a velocità elevate è il "Santo Graal della ricerca", come lo definisce Jepsen. La soluzione desiderata per il laboratorio U-M è un Phoenix V|tome|x M di Waygate Technologies, che include due tubi a raggi X che possono essere cambiati semplicemente premendo un pulsante: Per le scansioni ad alta risoluzione un tubo nanofocus da 180 kV / 20 W come nel Nanotom, per le scansioni microCT ad alta potenza di campioni più grandi o ad alto assorbimento un tubo a raggi X microfocus da 300 kV / 500 W: Con questa combinazione di due tubi, possiamo fare entrambe le cose: microCT, che è più che adeguata per gli espianti, e poi possiamo passare al tubo nanofocus per gli studi vascolari, perché questi richiedono di scendere fino a 5 micron".