Investigação e desenvolvimento na Universidade de Michigan
A U-M confia na linha de produtos Phoenix para a sua I&D
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A Universidade de Michigan (U-M) realiza uma grande variedade de investigação, desde o estudo de resultados na área da saúde até à investigação destinada a melhorar a qualidade dos implantes. O empreendimento de investigação mais alargado da escola de medicina da universidade é supervisionado, em parte, pelo Reitor Associado para a Investigação, Karl Jepsen, PhD. É também Professor de Cirurgia Ortopédica na U-M, pelo que uma das áreas de concentração do seu laboratório é compreender melhor a forma como o sistema esquelético estabelece a função durante o crescimento e mantém a função ao longo do processo de envelhecimento para prevenir a fragilidade óssea: desde a osteoporose à escoliose, fragilidade pediátrica e fracturas de stress. Para além da investigação interna, o Dr. Jepsen também oferece as instalações, o equipamento e os conhecimentos do seu laboratório como um serviço à comunidade de investigação em geral. Os parceiros de cooperação incluem outros institutos médicos e de investigação como Harvard, Yale e a Universidade do Estado de Ohio, mas também o Departamento de Defesa dos EUA.
Quase toda esta investigação (95%) é efectuada ex-vivo, o que permite a utilização de tecnologia microCT e nanoCT a kilovoltagens mais elevadas para obter a maior resolução possível. Para além da utilização tradicional da tecnologia de TC para analisar ossos e outros tecidos mineralizados, os actuais esforços de investigação também utilizam a TC para estudar tecidos moles e vasos sanguíneos, para os quais é necessária uma maior detetabilidade de detalhes em regiões de interesse tão pequenas como 5 microns ou menos. Este vasto leque de investigação da U-M requer, portanto, equipamento e métodos de análise flexíveis que possam acomodar rapidamente os diferentes desafios e necessidades do trabalho do laboratório e do trabalho contratado.
Resumindo, os três principais desafios que o laboratório de investigação CT da universidade enfrenta são
- Elevados volumes de amostras que têm de ser digitalizadas em curtos períodos de tempo
- Diversos requisitos de análise que têm de ser cobertos pelo mesmo equipamento
- Amostras complexas que requerem uma elevada detetabilidade de detalhes para obter as informações necessárias
Para enfrentar estes desafios, Karl Jepsen tem vindo a utilizar sistemas de TC da Waygate Technologies no seu laboratório há muito tempo.
"Precisamos de nos manter actualizados com equipamento de ponta para podermos ultrapassar os limites da investigação de descoberta e competir por financiamento federal, que é a forma como sustentamos em grande parte a nossa empresa. Para tal, é crucial para nós um sistema de TC que combine a capacidade de servir grandes volumes de amostras com deteção de elevado detalhe e uma vasta gama de poder de penetração, desde o nanofoco ao microfoco, para corresponder a qualquer tarefa com grande flexibilidade. Encontrámos isso nos sistemas Phoenix CT da Waygate Technologies."
Para adquirir rapidamente imagens da mais alta resolução e competir com outros grupos de investigação, a equipa de Karl Jepsen utilizou um Phoenix Nanotom S e um Nanotom M. O Phoenix Nanotom S, lançado em 2005, foi o primeiro sistema de investigação nanoCT®. Mais importante ainda, a tecnologia nanoCT® da linha de produtos Phoenix abre novas áreas de exploração. Para além do osso e dos implantes, o campo está a avançar para o exame de tecidos moles e não minerais, como o tecido vascular ou cardíaco. Com a microCT regular para amostras de maior absorção, como ossos maiores, a imagem não pode, no entanto, ir além de 6 mícrons, o que não é suficiente para os investigadores que querem ter a flexibilidade de também digitalizar pequenas amostras de baixa absorção com a mais alta detetabilidade de detalhes para que possam quantificar pequenas estruturas dentro delas. O Phoenix Nanotom M foi optimizado com vista a uma maior flexibilidade para uma maior gama de amostras e aplicações e uma resolução espacial e de contraste muito melhor. O tubo de raios X de 180 kV / 20 W utilizado em ambos os sistemas oferece vários modos de funcionamento, desde nanoCT a microCT de alta potência.
A excelente detetabilidade de detalhes até 200 nanómetros dos sistemas nanoCT da Waygate Technologies também é valiosa na investigação e amostras mais tradicionais. Na investigação pediátrica que a U-M efectua sobre o crescimento ósseo, por exemplo, os exames de microCT de última geração de pequenos ossos de ratos pós-natais não forneciam imagens quantificáveis. No entanto, o Phoenix Nanotom M permitiu aos investigadores quantificar o osso a partir do nascimento.
Karl Jepsen encontra múltiplas vantagens nos tubos de raios X nanofocus: "A diferença de qualidade é da noite para o dia entre um sistema de microCT e o Nanotom, mesmo quando se olha para a mesma resolução de imagem. É neste ponto que outros investigadores no terreno precisam de formação adicional sobre o valor desta tecnologia. Mesmo com uma resolução mais baixa, a deteção de caraterísticas é muito melhorada".
No seu estudo da osteoporose, a análise da porosidade em função da idade é fundamental. Para obter os conhecimentos necessários sobre este aspeto, o laboratório precisa de analisar os fémures proximais humanos numa única imagem. Com o Nanotom ou o V|tome|x da Waygate Technologies, é possível obter imagens de uma secção transversal inteira do fémur humano a 5-10 microns. A qualidade de alta resolução destas imagens proporciona novos conhecimentos e permite que os investigadores comecem a colocar novas questões de seguimento, possibilitando o progresso da sua investigação e permitindo-lhes obter novas subvenções.
Do mesmo modo, a investigação do laboratório sobre escoliose analisa as hastes de explante que foram implantadas em crianças e jovens durante 3-4 anos para estabilização. Uma vez que as hastes estão sujeitas ao crescimento da estrutura óssea das crianças, existe a preocupação de acumulação de detritos. Assim, com os explantes, é crucial estudá-los de forma não invasiva para garantir que quaisquer detritos detectados não foram causados pela abertura do implante. A TC de alta resolução, para uma melhor qualidade de imagem, a tecnologia nanoCT, torna isto possível.
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Uma tecnologia superior de detetor e imagem pode também resolver outro dos desafios da U-M: O volume. Os exames de uma secção transversal completa do fémur, por exemplo, demoram normalmente quatro a oito horas. Com o Phoenix V|tome|x M, por exemplo, o laboratório pode reduzir o tempo de digitalização para apenas uma ou duas horas. No caso dos tecidos moles, o tempo é essencial, porque o tempo de digitalização é normalmente ainda mais longo e é um desafio manter um dispositivo estável durante períodos de digitalização de até 46 horas, de modo a não perder a resolução devido a vibrações ou movimentos térmicos. Em casos como estes, em que não é possível evitar ligeiras manchas de movimento, a potência e a resolução elevadas, bem como os detectores de elevada dinâmica, tornam-se fundamentais.
Especialmente tendo em vista o negócio de contratos, a manutenção de grandes volumes traduz-se em dinheiro direto. O aumento da capacidade de volume permite que o laboratório ofereça mais serviços em massa a investigadores externos e gere mais receitas. A procura do "serviço plug-and-chug" é elevada. "As pessoas chegam com 200 ossos e querem-nos digitalizados até amanhã", diz Jepsen. Obter a qualidade necessária a velocidades rápidas é o "Santo Graal da investigação", como lhe chama Jepsen. A solução desejada para o laboratório da U-M é um Phoenix V|tome|x M da Waygate Technologies, que inclui dois tubos de raios X que podem ser mudados premindo apenas um botão: Para exames de alta resolução, um tubo de nanofoco de 180 kV / 20 W, como no Nanotom, para exames de microCT de alta potência de amostras maiores ou com elevada absorção, um tubo de raios X de microfoco de 300 kV / 500 W: "Com esta combinação de dois tubos, podemos fazer ambas as coisas, microCT, o que é mais do que adequado para explantes, e depois podemos mudar para o tubo nanofocus para estudos vasculares, porque estes requerem uma descida até 5 microns.