Descrizione del modulo "Imaging a raggi X e algoritmi di ricostruzione della fase (PM.P04.011.002)"

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  • Descrizione del modulo "Imaging a raggi X e algoritmi di ricostruzione della fase (PM.P04.011.002)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • L'utilizzo di sistemi software di supporto alla rivelazione di patologie è una pratica in forte espansione nell'ambito della comunità medica. Sistemi di supporto possono essere utilizzati: a) come secondo lettore in programmi di screening trials, per esempio mammografici o polmonari, riducendo in questo modo i costi di una doppia lettura indipendente; b) come strumenti di assistenza step-by-step durante la formazione di un nuovo tessuto in campi di ricerca inerenti alla medicina rigenerativa. Le tecniche diagnostiche a raggi x trovano largo impiego nelle aziende ospedaliere, specie per i programmi di screening preventivi sulla popolazione. Le attività di ricerca della commessa potranno essere di grande aiuto nella direzione di fornire algoritmi per ottimizzare e/o rendere più efficace la diagnostica a raggi x nella prevenzione dei tumori. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Le tecniche di imaging a raggi X sono di importanza fondamentale sia nella caratterizzazione morfologico/strutturale dei materiali nanostrutturati, sia nel campo della diagnostica biomedica non invasiva di tessuti ed organi. L'attività proposta è caratterizzata dalla possibile applicazione di un ampio spettro di tecniche di imaging a raggi X, e dalla possibilità di sviluppare nuovi metodi di analisi dati per l'elaborazione ed interpretazione dei dati raccolti. La versatilità di poter scegliere fra diverse tecniche di indagine e più ambiti applicativi permette di avere un'attenzione privilegiata alle possibilità di trasferimento tecnologico dei risultati della ricerca. In ambito materiali l'attività si propone di sviluppare tecniche avanzate e quantitative di caratterizzazione strutturale. In ambito biomedico si propone di sviluppare tecniche, prevalentemente di tipo diagnostico, rivolte alla prevenzione e cura di patologie di grande interesse sociale quali, ad esempio, la diagnosi precoce dei tumori. Lo sviluppo di nuovi algoritmi di \"phase retrieval\" rappresenta il mezzo privilegiato per realizzare interessanti applicazioni dell'imaging indiretto a raggi X. (literal)
Competenze
  • - le mature competenze strumentali hanno permesso di proporre, effettuare ed interpretare esperimenti pilota a ESRF di imaging a raggi X in diffrazione coerente. - la pluriennale esperienza in campo cristallografico, nella scienza dei materiali e le competenze riguardanti le diverse tecniche d'imaging, di diffrazione di raggi X e di determinazione di nuovi algoritmi di ricostruzione della fase, non esclusivamente in campo cristallografico, rende possibile il re-indirizzamento di questo know-how in settori nuovi strategicamente importanti per le elevate possibilità di trasferimento tecnologico. Il recente re-indirizzamento delle competenze acquisite nel settore della biodiagnostica rappresentano un tipico esempio della capacità di trasferire con successo conoscenza da un settore ad un altro. Questa versatilità è confermata dalle numerose pubblicazioni su riviste internazionali scientifiche. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • In molti settori industriali (farmaci, cosmetici, energia, elettronica, fotonica, industria alimentare etc) stiamo assistendo ad un sempre più consistente fabbricazione e/o utilizzazione di materiali nanocristallini sia in forma di polvere che come assembly 2D/3D di nano-cristalli. Le tecniche di indagine strutturali, oggetto del presente modulo, sono estremamente all'avanguardia in quanto permettono di caratterizzare forma, dimensione e deformazione del materiale. (literal)
Tecnologie
  • Lo studio e lo sviluppo di nuove sorgenti a raggi X, come quelle basate sullo scattering Thomson relativistico, con particolari proprietà di brillanza, coerenza e compattezza, sono un requisito fondamentale per l'applicazione di nuove tecniche di imaging (come il phase contrast) in campo biomedico. L'utilizzo di particolari ottiche per raggi X in sinergia con le proprietà di queste nuove sorgenti dà la possibilità di sviluppare nuove tecniche diagnostiche basate sull'imaging sia diretto che indiretto, particolarmente interessanti per quanto concerne le possibili applicazioni. (literal)
Obiettivi
  • 1. L'autoassembly di nanocristalli in una o più dimensioni è un settore di grande interesse nella scienza dei materiali, perchè apre la strada a nuove proprietà e funzioni inesistenti nel materiale costituente (singolo nanocristallo). L'estensione della regione di autoassembly può andare da qualche centinaia di nanometri, a decine di microns, al millimetro. A seconda di questa estensione si possono utilizzare differenti tecniche di imaging indiretto. Lo sviluppo di nuovi algoritmi di ricostruzione della fase diventa, di conseguenza, un aspetto fondamentale in questo campo di ricerca. 2. Le tecniche di imaging a contrasto di fase sono largamente studiate per la biodiagnostica applicata ad organi e parti di corpo umano. Si esploreranno le sue potenzialità mediante l'utilizzo delle nuove sorgenti a raggi X basate sullo scattering Thomson relativistico. Si esplorerà la possibilità di applicare le tecniche di phase retrieval per la determinazione della morfologia e della struttura di tessuti e di parti di corpo umano. 3. Sviluppo di nuovi algoritmi per la risoluzione del problema della fase in cristallografia. (literal)
Stato dell'arte
  • Le tecniche di imaging a raggi X possono essere schematicamente raggruppate in due grandi categorie: 1) imaging diretto (imaging a contrasto di fase,\" in-line holography\"); 2) imaging indiretto (diffrazione coerente), in cui l'immagine dell'oggetto viene ricostruita mediante algoritmi ricorsivi di \"phase retrieval\". Queste tecniche permettono: a) la ricostruzione morfologica su scala nanometrica (10-50 nm) nel caso di singoli oggetti non periodici di dimensioni 1-10 micron (mediante diffrazione coerente); b) la ricostruzione morfologica/strutturale della densità elettronica di nanocristalli e, nanostrutture (mediante diffrazione coerente). c) potenzialità applicative nel campo della biodiagnostica (mediante contrasto di fase) come, ad esempio, la prevenzione e cura di particolari tumori. Alla luce del continuo sviluppo di nuove (micro)-sorgenti a raggi X tali tecniche sono in continua evoluzione. Lo sviluppo di nuovi ed originali algoritmi di ricostruzione della fase è una caratteristica fondamentale di tutte le più recenti applicazioni dell'imaging a raggi X indiretto. (literal)
Tecniche di indagine
  • TECNICHE DI IMAGING IN DIFFRAZIONE CON RADIAZIONE X COERENTE L'utilizzo di un fascio di raggi x coerente permette di studiare un oggetto non necessariamente cristallino e ricostruirne la forma ad una risoluzione spaziale di poche decine di nanometri. Per oggetti cristallini, la stessa tecnica permette di ricostruire deformazioni del reticolo cristallino per singoli nano-cristalli e/o nano-strutture, la loro forma e l'orientazione cristallografica. IMAGING CON RAGGI X A CONTRASTO DI FASE Poichè per i raggi X duri la lo sfasamento dell'onda può essere circa 1000 volte maggiore più sensibile della componente di assorbimento, l'imaging a contrasto di fase si candida come una tecnica potenzialmente competitiva nel verificare la presenza di varie patologie rispetto all'imaging a contrasto di assorbimento. La possibilità di utilizzare in sinergia misure in contrasto di assorbimento e misure in contrasto di fase su tessuti e parti di corpo umano apre la strada alla determinazione della morfologia strutturale degli stessi mediante lo sviluppo di nuovi algoritmi di phase retrieval che abbiano come obiettivo quello di ricostruire la fase della funzione di trasmissione di tessuti ed organi. (literal)
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