Un microscope à rayons X pour des images 3-D très détaillées

Une équipe multidisciplinaire composée de chercheurs originaires de six universités britanniques a mis au point un microscope susceptible de produire des images très détaillées. Le nouveau microscope, un microtomographe à rayons X (ou XMT pour X-ray microtomography), est une version miniaturisée des CT scanners (les tomodensitomètres ou scanners à rayons X) utilisés pour l’imagerie médicale. Dans le cas d’un CT scanner, une source de rayons X est utilisée pour enregistrer une série d’images 2-D obtenues en faisant tourner, autour du corps du patient, la source émettrice et le détecteur chargé de mesurer les rayons X ayant traversé les tissus. Les images obtenues sont ensuite traitées par ordinateur pour reconstruire des vues des organes, en coupe ou en 3-D.

Le nouveau microscope en fonctionnement : la source de rayons X est à gauche, l’échantillon au centre et la caméra à droite - Source : EPSRC

Dans le cas du XMT, c’est le spécimen qui tourne de 360 ° autour de son axe ; de plus, afin d’améliorer la qualité des images qui peuvent parfois être « graineuses » et présenter des imperfections, les chercheurs britanniques ont eu recours à une technique innovante appelée Time Delay Integration (TDI ou décalage temporaire et sur-intégration). En effet, en microtomographie à rayons X, la sensibilité des pixels qui composent l’image enregistrée par le capteur peut varier. Ces variations sont ensuite prises en compte dans l’image 3-D générée par ordinateur et peuvent dégrader sa définition. Dans la technique de TDI, les imperfections sont moyennées sur tous les pixels, avant la production de l’image 3-D. L’image finale obtenue est alors de bien meilleure qualité et de plus grande taille que celles obtenues par les techniques classiques. Le microscope mis au point par les britanniques est en fait le premier au monde à utiliser la TDI pour la microtomographie.

Les responsables du projet estiment que les applications possibles couvrent des champs extrêmement divers. On peut par exemple citer l’étude :

• du comportement des tissus osseux et dentaires dans des pathologies comme l’ostéoporose, l’ostéoarthrite et la carie dentaire ;
• des conditions de stockage du pétrole brut dans les pores du grès afin d’améliorer les méthodes d’exploitation du pétrole, sur terre et en mer ;
• du comportement mécanique des métaux à l’échelle microscopique ;
• des fossiles inclus dans les roches sans avoir à les extraire en courant le risque de les abîmer.

Selon le professeur Jim Elliott, (Université Queen Mary) qui a dirigé le projet, « en même temps que développer ces microscopes pour étudier des variations subtiles dans les structures internes, un des objectifs principaux [de l’équipe] est de travailler avec la communauté scientifique dans son ensemble pour identifier des problèmes pour lesquels ils [les microscopes] pourraient apporter une réelle contribution ».

Image de la mâchoire d’un viverravus acutus, un petit mammifère carnivore vivant il y a environ 50 millions d’années - Source : EPSRC

Le projet, intitulé « Support and enhancement for X-ray microtomography facility for study of bone, tooth and engineering materials » a bénéficié d’un financement de la part du conseil de recherche Engineering and Physical Sciences Research Council d’un montant de 154 000 livres (environ 225 000 euros). Il a réuni des experts en électronique, en physique, en biophysique, en chimie, en anatomie, en science des matériaux, en médecine dentaire, en médecine vétérinaire et en sciences de l’ingénieur. Ces scientifiques travaillent au sein des universités de Queen Mary (Université de Londres), de Cranfield, de Manchester, de Southampton, d’Imperial College, et du Royal Veterinary College.

L’équipe prévoit maintenant de rechercher des financements pour la conception radicalement nouvelle d’un microscope qui serait encore plus efficace.

Sources : EPSRC, 2/05/06 ; BBC, 4/05/06 ; Queen Mary University of London

Auteur : D^r Anne Prost