Российские исследователи создали с использованием 3D-печати вольфрамовую противорассеивающую решетку для рентгеновских установок с перегородками, которые в три раза тоньше традиционных аналогов. Эта разработка в будущем позволит уменьшить лучевую нагрузку на пациентов, сообщили в пресс-службе Минобрнауки.
«У нас получилось создать тонкостенную конструкцию решетки с использованием селективного лазерного плавления порошка вольфрама микронной фракции. Такой подход позволяет значительно уменьшить размеры элементов конструкции и получить необходимую геометрию для пучка конкретной рентгеновской установки. Затем мы проверили работу решетки в условиях, близких к реальной диагностике. Рентгеновский снимок был сделан на модели тазовой области человека, при этом мы отметили специальными тестовыми маркерами точки, которые необходимо было различить на изображении. Без применения фильтра снимок оказался в основном заполнен фоновым шумом, а тени маркеров были почти неразличимы, в то время как с решеткой они стали четко видны», — привел в пресс-службе комментарий заведующего лабораторией аддитивного производства НИТУ МИСИС Станислава Чернышихина.
Часть рентгеновского излучения рассеивается при прохождении через ткани организма, создавая фоновый шум и снижая контраст изображения. Для борьбы с этим эффектом используются противорассеивающие решетки. Обычно их изготавливают из свинца, но из-за низкой механической прочности этого материала и особенностей производства конструкции приходится делать более толстыми, что приводит к поглощению части полезного излучения.
Исследователи Университета МИСИС, Института ядерных исследований РАН, НИЦ «Курчатовский институт» и Московского политехнического университета предложили производить решетки из вольфрама с помощью 3D-печати. Их каналы имеют сходящуюся геометрию и ориентированы по направлению рентгеновского пучка, что позволяет более эффективно задерживать рассеянное излучение, практически не ослабляя основной поток лучей.
Высокая плотность вольфрама дала возможность сделать перегородки в три раза тоньше аналогов. Для проверки конструкции ученые провели рентгенографию модели тазовой области человека с тестовыми маркерами. Затем перед моделью разместили слой оргстекла, имитирующий ткани человека: без решетки маркерные пометы практически полностью терялись в шуме, а при использовании фильтра оставались четко видимыми.
Цифровая обработка изображения
Одной из задач исследователей было устранение следов самой решетки на рентгеновском изображении. Даже тонкие перегородки могут оставлять на снимке собственную тень, однако ученые смогли удалить ее с помощью цифровой обработки.
«Отдельной задачей было добиться того, чтобы сам фильтр не мешал считыванию снимка, так как даже тонкие перегородки оставляют на изображении собственный след. Мы продемонстрировали, что эту тень можно убрать с помощью цифровой обработки методом быстрого преобразования Фурье без потери диагностической информации. Этот же подход применяется при работе с традиционными свинцовыми фильтрами», — в тексте приводятся слова инженера центра инфраструктурного взаимодействия и партнерства MegaScience НИТУ МИСИС Игоря Дьячкова.
Эффект более тонкой решетки, по мнению ученых, будет особенно заметен при исследовании плотных участков тела, где рассеянное излучение наиболее сильно искажает изображение. Такие случаи представляют наибольшую сложность в клинической практике.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Bulletin of the Lebedev Physics Institute.
Фото: hi-tech.mail.ru