Разработан новый способ получения рентгеновских снимков

Ученые разработали метод получения рентгеновских изображений, который может существенно улучшить контрастность компьютерной томографии, при этом доза облучения во время сканирования ниже по сравнению со старыми методами. Новый метод основан на сочетании рентгеновского метода и сканирования на высокой контрастности, которую можно получить с помощью решетки интерферометрии. С помощью этого метода также можно получать трехмерные изображения. Новый метод совместим с клиническими аппаратами компьютерной томографии, где источник рентгеновского излучения и детектор непрерывно вращаются вокруг пациента в ходе процедуры.

Результаты исследования опубликованы в журнале Национальной академии наук (PNAS) от 4 июня 2012 года. Главным автором данной работы является Ирина Джаннет, из Европейского фонда синхротронного излучения ESRF (г. Гренобль, Франция) и Технического университета Мюнхена, команда также включает в себя ученых из Института Пауля Шеррера (Виллиген), Технологического института Карлсруэ.

Традиционный способ получения рентгеновских изображений - проецирование рентгеновского луча на исследуемый объект и измерение интенсивности облучения с обратной стороны. Этот метод был разработан в 1895 году, сразу после того, как были открыты рентгеновские лучи. На сегодняшний день он обычно используется, например, в больницах, и для досмотра в аэропортах. Однако поскольку этот метод основан на разнице в поглощении рентгеновских лучей, он также имеет серьезные ограничения, в частности, в медицинской практике рентгеновские лучи вызывают раковые заболевания здоровых мягких тканей.

В последние годы было приложено много усилий - были введены в разработку новые рентгеновские методы визуализации, которые базируются не исключительно на поглощении, а на увеличении контрастности путем наблюдения за другими видами взаимодействия рентгеновского излучения и материи. Из этих новых методов весьма перспективным является так называемая "рентгеновская решетка интерферометрии", в котором микроструктура решетки, разработанной в PSI и KIT, служит оптическим элементом для рентгеновских лучей. Установка для повышения контраста проста и компактна, и она может быть объединена с помощью компьютерной томографии (КТ) с рентгеновскими сканерами для получения 3D-снимков объекта.

За последние десять лет решетки интерферометрии постоянно совершенствовалась, с оглядкой на медицинские приложения.

Команда ученых сделала важный шаг на пути реализации этой техники в клинических условиях - новый протокол измерений, под названием "скользящее окно", успешно протестирован. "Наш метод скользящего окна позволяет снизить дозу и время, необходимые для сбора данных, и делает решетки интерферометрии совместимыми с непрерывным вращением аппаратов, которые используются в клинической практике", - сказал Тимм Вейткамп, специалист из SOLEIL. Интерферометрические решетки используются дополнительно для получения информации о поглощении, измерении рентгенологических изменений, "дифференциального фазового контраста" изображения. Минимальная плотность, которая может быть измерена - всего 0,5 мг/см3.

Для того чтобы продемонстрировать исключительное разрешение новой техники, были обследованы образцы различных мягких тканей из частей тела небольших млекопитающих - крыс. В тестах по получению снимков в 3D, были видны мельчайшие детали, такие как индивидуальные семенные канальцы - крошечные трубы, в которых образуются сперматозоиды. "Эти части являются просто невидимым не только при стандартном КТ, но даже при высоком разрешении установки - не только из-за их небольшого размера, но еще больше потому, что они вряд ли будут отличаться от других тканей по поглощающей способности", объясняет Джаннет, которая была недавно выдвинута на премию ESRF. Эта награда вручается молодым ученым за их научные работы.

В дополнение к увеличению контраста, решетка интерферометрии может также привести к устранению так называемого "темного поля", которое встречается на изображении при томографии. Они показывают наличие суб-пикселей, размер структуры объектов, таких как волокна, трещины и наноразмерные поры. В исследовании, которое в настоящее время представлено в PNAS, были использованы крылья осы, которые окаменели в янтаре. Они были невидимыми в предыдущих рентгеновских исследованиях одного и того же образца, зато были обнаружены с помощью новой технологии. Эти результаты говорят о преимуществе использования нового метода не только в палеонтологии, но и в области медицины, например, для выявления незначительных трещин в кости или небольших волокон в мягких тканях.