211service.com
Promieniowanie rentgenowskie o wysokim kontraście
Szwajcarscy naukowcy wykazali praktyczność nowej techniki obrazowania rentgenowskiego o wysokiej rozdzielczości, która ujawnia drobne struktury niewidoczne przy użyciu konwencjonalnych technik. Obrazowanie rentgenowskie ciemnego pola można wykorzystać do generowania bardzo szczegółowych obrazów kości i rozróżniania substancji, które wyglądają identycznie na konwencjonalnych obrazach rentgenowskich, takich jak materiały wybuchowe i ser. Naukowcy badają teraz, czy ich podejście może również zwiększyć rozdzielczość technik obrazowania medycznego, takich jak mammografia i tomografia komputerowa (CT).
Gorące skrzydełka: Nowa technika obrazowania rentgenowskiego (na dole) opiera się na informacjach o tym, jak próbka rozprasza promieniowanie, zapewniając bardziej kontrastowy obraz kości w skrzydle kurczaka niż konwencjonalne obrazowanie rentgenowskie (na górze). Konwencjonalne obrazowanie rentgenowskie opiera się na informacjach o tym, jak skrzydło pochłania promieniowanie.
Franza Pfeiffera , adiunkt fizyki w Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne w Szwajcarii, który opracował nową technikę, porównuje konwencjonalne obrazy rentgenowskie z cieniami. Takie obrazy opierają się na informacjach o tym, ile promieniowania jest pochłaniane podczas przechodzenia przez próbkę, taką jak kończyna pacjenta. Ale zachodzą bardziej złożone interakcje, mówi Pfeiffer, a im więcej informacji można zebrać na temat tych interakcji, tym lepszy kontrast obrazów. Obrazowanie ciemnego pola mierzy, jak próbka rozprasza światło.
Ci faceci pokazują, że z promieniami rentgenowskimi można robić rzeczy, które uważano za praktyczne tylko optycznie [ze światłem widzialnym], mówi Ryszard Lanza , starszy naukowiec w wydziale nauk i inżynierii jądrowej MIT.
Wcześniej naukowcy, w tym Pfeiffer, zademonstrowali obrazowanie w ciemnym polu przy użyciu dużego, drogiego akceleratora cząstek zwanego synchrotronem jako źródła promieniowania rentgenowskiego. Synchrotrony zapewniają bardzo jasne, precyzyjnie skupione wiązki promieni rentgenowskich. Tak potężne źródło było konieczne, ponieważ nieefektywna optyka kryształu wykorzystywana do skupiania promieni rentgenowskich na próbce mogła poradzić sobie tylko z wąskim spektrum długości fal.
Aby zastąpić nieefektywną optykę kryształową, firma Pfeiffer opracowała filtry krzemowe, które działają z pełnym spektrum promieni generowanych przez konwencjonalne lampy rentgenowskie o małej mocy. Filtry te to płaskie krążki z krzemu trawionego z 20-mikrometrowymi szczelinami, z których część jest wypełniona złotem. Aby wygenerować obrazy rozpraszające, siatki te umieszcza się między źródłem promieniowania rentgenowskiego a próbką oraz między próbką a detektorem.
Małe struktury, takie jak mikropęknięcia, ładnie pokazują się na tych obrazach, ponieważ dość mocno rozpraszają promieniowanie, mówi Pfeiffer. Sugeruje to, że obrazy mogą być przydatne do wykrywania osteoporozy lub do znajdowania wad w strukturach mechanicznych, takich jak turbiny.
Krawędzie i granice są wyraźniejsze na obrazach w ciemnym polu, mówi Elżbieta Brainerd , biolog ewolucyjny z Brown University, który wykorzystuje promienie rentgenowskie do badania biomechaniki kości. (Patrz Łapanie ewolucji w biegu .) Rozróżnienie małych kości i stawów na konwencjonalnych zdjęciach rentgenowskich może być trudne. Brainerd zgadza się, że obrazy ciemnego pola mogą być przydatne do wykrywania małych złamań i ostróg kostnych u pacjentów i jest podekscytowana możliwością rozszerzenia techniki Pfeiffera na trójwymiarowe skany CT.
Podejście Pfeiffera można również wykorzystać do poprawy systemów bezpieczeństwa. Konwencjonalne aparaty rentgenowskie, takie jak te w punktach kontroli bezpieczeństwa na lotniskach, nie potrafią rozróżnić wielu różnych rodzajów materiałów – na przykład czekolada i ser wyglądają identycznie jak niektóre materiały wybuchowe. Ale ser i materiały wybuchowe w różny sposób rozpraszają promieniowanie rentgenowskie, więc na zdjęciach Pfeiffera w ciemnym polu widoczne są różnice między tymi dwoma materiałami.
Pfeiffer rozpoczął już wykonywanie skanów TK przy użyciu konwencjonalnych lamp rentgenowskich przy użyciu innej techniki zwiększania kontrastu, którą opracował dwa lata temu, zwanej kontrastem fazowym. Mówi, że obecnie pracuje nad włączeniem siatek do obrazowania w ciemnym polu do konwencjonalnych urządzeń CT. Współpracuje również z naukowcami z Centrum Obrazowania Biomedycznego , instytut prowadzony przez Uniwersytet w Lozannie i Uniwersytet Genewski, w celu ustalenia, czy obrazowanie rentgenowskie w ciemnym polu może być wykorzystane do odróżnienia zdrowej tkanki od tkanki nowotworowej. Nowotwory nie absorbują promieni rentgenowskich w inny sposób niż zdrowa tkanka, więc systemy rentgenowskie, które opierają się na innych właściwościach, takich jak rozpraszanie, mogą na przykład zapewnić lepsze mammogramy. Grupa Lanza w MIT pracuje również nad opracowaniem lepszych skanerów CT do wykrywania raka, które wykorzystują kombinację absorpcji i załamania dla kontrastu, a także opierają się na siatkach z nanofabrykatów. (Zobacz Zmiana fizyki w obrazowaniu rentgenowskim .)
Obrazowanie ciemnego pola jest stosowane od ponad 20 lat w celu zwiększenia kontrastu i rozdzielczości w konwencjonalnych mikroskopach optycznych. Jednak zastosowanie technik zwiększania kontrastu, które dobrze działają w świetle widzialnym na promieniowanie rentgenowskie, zajęło dużo czasu, mówi Pfeiffer. Taki system jest możliwy dopiero teraz dzięki postępom w fotolitografii i wieloletnim podstawowym badaniom naukowym z wykorzystaniem synchrotronów – mówi.
Pfeiffer przewiduje, że przyszłe systemy obrazowania rentgenowskiego będą podobne do dzisiejszych mikroskopów świetlnych: będą zawierać wiele uzupełniających się systemów zwiększających kontrast – absorpcję, refrakcję, rozpraszanie – a lekarze i badacze będą mogli korzystać z dowolnej kombinacji, która najlepiej sprawdzi się w danym przypadku. próbka.