Applications of phase contrast radiography in articular cartilage image

Orientador: Carlos Manuel Giles Antunez de MayoloDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb WataghinResumo: Esta dissertação de mestrado teve como objetivo realizar imagens por contraste de fase de amostras in vitro de articulações e cartilagens utilizando duas técnicas: a Imagem Realçada por Difração (IRD) e o Método da Propagação. O sistema para a IRD foi montado no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (XRD2-LNLS), utilizando uma fonte de radiação síncrotron. O sistema para o Método da Propagação foi montado no Laboratório de Cristalografia Aplicada e Raios X (LCARX-UNICAMP), utilizando uma fonte de raios X microfoco, instalada dentro de uma cabana experimental blindada com chumbo. As amostras utilizadas foram corpos de provas e amostras de cartilagens e articulações fornecidos pelo grupo do Prof. Dr. William Dias Belangero da Faculdade de Ciências Médicas (FCM-UNICAMP). No Laboratório de Cristalografia foi realizado todo o processo de montagem e instalação da estação experimental com a fonte de raios X microfoco. Nessa estação foram realizadas imagens pelo método convencional e pelo método da propagação. No mesmo laboratório foi também realizado um estudo de caso em colaboração ao grupo da FCM, usando casos clínicos de implantes de próteses metálicas em articulações, estudou-se a regeneração do tecido ósseo após a lesão para fixação da prótese, utilizando amostras in vitro de patas lesionadas de ratos. Por último foram realizadas aquisições tomográficas no método convencional e de propagação de um joelho de rato e de um joelho de coelho. As imagens obtidas pelo método da propagação tanto dos corpos de prova quanto das amostras biológicas mostram que há uma melhor qualidade na imagem, com maior contraste nas bordas e visualização de estruturas que não são visíveis nas radiografias convencionais. O mesmo acontece com as reconstruções tomográficas, que mostram detalhes da anatomia da amostra, facilitando a visualização de danos em tecidos moles.Essa técnica é vantajosa por não precisar de nenhuma instrumentação ótica, sendo explorado somente o tamanho focal da fonte de raios X e a distância entre a amostra e o detector. No LNLS foi usada a linha XRD2 com 10,34 keV de energia para realizar imagens realçadas por difração usando o detector Pilatus. As imagens realçadas por difração obtidas no LNLS têm qualidade superior devido à utilização de um cristal analisador colocado após a amostra. Este cristal funciona como uma estreita fenda angular resultando em imagens com ganho de contraste em relação às imagens obtidas pelos métodos convencionaisAbstract: In this dissertation we have produced in vitro joint and cartilages images by two especific methods of phase contrast imaging: Diffraction enhanced imaging (DEI) method and Propagation method. The DEI setup was implemented at the XRD2 beamline of the Brazilian National Synchrotron Light Laboratory (LNLS) in Campinas. The propagation method setup was implemented at the X-ray applied Crystallography Laboratory (LCARX) using a microfocus source (5 µm), that was installed inside of an experimental hut shielded with lead. The samples used were test objects and specimens of joints and cartilages provided by the group of Dr. William Dias Belangero of School of Medical Sciences (FCM-UNICAMP). In the Crystallography Laboratory was built an experimental station to perform tomography with a microfocus source. At this station pictures were realized by the conventional method and the propagation method. At the same laboratory was realized a study in order to colaborate the FCM group, using clinical cases of metal implants in prosthetic joints, we studied the regeneration of bone tissue after the injury to fixation of the prosthesis, using in vitro samples of injured legs of rats. Finally, tomographic acquisitions of rat and rabbit knees were performed in the conventional method and propagation method. The images obtained by the propagation method of both test objects and biological samples show that there is a better image quality, with high contrast in the edges and visualization of structures that are not visible on conventional radiographs. The same happens with the tomographic reconstructions, showing details of the anatomy of the sample, facilitating the visualization of soft tissue damage. This technique has the advantage of not requiring any optical instrumentation, only exploring the focal size of the X-ray source and the distance between sample and detector. In the LNLS was used the XRD2 beamline with 10,34 keV of energy to perform diffraction enhanced images using the detector Pilatus. The diffraction enhanced images had higher quality because this system uses an analyzer crystal placed after the sample. This crystal serves as a narrow angular slit which resulted in images with gain in contrast as compared to the conventional images methodsMestradoFísicaMestra em Físic