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Des chercheurs du laboratoire national Sandia ont présenté une avancée majeure en imagerie : un X-ray colorisé capable d’améliorer la détection précoce du cancer et d’affiner l’identification des matériaux. Cette technique d’imagerie hyperspectrale promet des images plus nettes et une meilleure caractérisation des tissus et objets, ouvrant des applications en médecine, contrôle qualité et sécurité.
X-ray colorisé : principe et innovation chez Sandia
Le projet, dirigé par l’ingénieur optique Edward Jimenez, s’appuie sur une technique qu’il décrit comme « colorized hyperspectral X-ray imaging with multi-metal targets, or CHXI MMT for short ». L’équipe, qui comprend aussi la scientifique des matériaux Noelle Collins et l’ingénieure en électronique Courtney Sovinec, a conçu des cibles d’anode formées de minuscules pastilles métalliques disposées en motif.
La création d’un rayon X traditionnel repose sur le bombardement d’une cible métallique par des électrons à haute énergie ; les rayons ainsi produits traversent le sujet et sont captés par un détecteur qui enregistre les variations d’absorption. Sandia a conservé ce principe fondamental mais réduit le point focal en faisant en sorte que l’ensemble des pastilles soit plus petit que le faisceau incident, ce qui diminue la taille effective du foyer et améliore la résolution.
Les chercheurs ont ensuite poussé le concept plus loin en utilisant plusieurs métaux : tungstène, molybdène, or, samarium, argent, chacun émettant une « couleur » de rayonnement X différente. Selon Sovinec, « We chose different metals for each dot. Each metal emits a particular ‘color’ of X-ray light. When combined with an energy discriminating detector, we can count individual photons, which provide density information, and measure the energy of each photon. This allows us to characterize the elements of the sample. »
Fonctionnement technique et gains en imagerie hyperspectrale
En combinant ces cibles multi‑métaux avec un détecteur capable de discriminer l’énergie des photons, l’équipe peut à la fois compter les photons reçus (informations de densité) et mesurer l’énergie de chaque photon (informations spectrales). Cette double capacité produit des images « colorisées » donnant accès à des signatures élémentaires et à une définition spatiale accrue.
« With this new technology, we are essentially going from the old way, which is black and white, to a whole new colored world where we can better identify materials and defects of interest, » a expliqué Noelle Collins. Pour Edward Jimenez, « We get a more accurate representation of the shape and definition of that object, which is going to allow us to make unprecedented measurements and unprecedented observations. »
La combinaison résolution accrue et information spectrale signifie que l’on ne se contente plus d’un contraste d’absorption, mais que l’on peut caractériser la composition chimique ou élémentaire de zones ciblées, améliorant ainsi la capacité d’analyse non destructive.
Applications pratiques : médecine, sécurité et industrie
Les usages potentiels sont nombreux. Les auteurs du projet évoquent la sécurité aéroportuaire, le contrôle qualité et les tests non destructifs en fabrication avancée. En médecine, l’apport principal visé est une meilleure capacité de détection et de caractérisation des anomalies tissulaires.
« With this technology, you can see even slight differences between materials, » a précisé Jimenez. Il a ajouté : « We hope this will help better identify things like cancer and more effectively analyze tumor cells. In mammography you are trying to catch something before it grows. In breast tissue, it’s hard to identify the different dots, but with colorization you have a sharper beam and higher resolution image that increases the system’s capability to detect a microcalcification. It’s really exciting to be a part of that. » Ces propos soulignent l’intérêt pour la détection cancer, notamment dans le repérage de microcalcifications en mammographie.
Courtney Sovinec a expliqué que chaque métal apporte une signature énergétique différente, permettant de distinguer matériaux et tissus semblables en apparence sur une radiographie conventionnelle. Ce niveau d’information supplémentaire pourrait améliorer le diagnostic et la précision des analyses, tout en restant non destructif pour l’échantillon ou le patient.
Récompenses et perspectives immédiates
L’équipe de Sandia a récemment reçu un R&D 100 Award pour cette technologie ; ils figuraient parmi six lauréats du laboratoire. Noelle Collins a déclaré : « From here we will continue to innovate. We hope to identify threats faster, diagnose diseases quicker and hopefully create a safer, healthier world. »
Les travaux décrits par Sandia montrent une voie technologique qui améliore à la fois la clarté d’image et la richesse d’information spectrale. Les prochaines étapes évoquées par l’équipe consistent à poursuivre l’optimisation des cibles et des détecteurs afin d’élargir les applications industrielles et médicales, sans autre précision chiffrée fournie dans le communiqué.