Исследователи из Университета МИСИС совместно с коллегами из Института ядерных исследований РАН, НИЦ «Курчатовский институт» и Московского политехнического университета с помощью лазерных аддитивных технологий изготовили вольфрамовую противорассеивающую решетку для рентгеновских установок. Новая конструкция в перспективе позволит улучшить качество медицинских снимков и снизить лучевую нагрузку на пациентов.
Во время рентгеновского исследования часть излучения, проходя через ткани организма, рассеивается и создает фоновые помехи, которые ухудшают контраст изображения и могут скрывать мелкие детали. Для уменьшения этого эффекта применяют специальные противорассеивающие решетки. Традиционно такие фильтры изготавливают из свинца, но из-за низкой механической прочности материала и сложности производства их приходится делать более толстыми. В результате, конструкции поглощают часть полезного рентгеновского излучения, и для получения качественного снимка нередко приходится увеличивать дозу облучения.
Авторы предложили использовать в качестве фильтров вольфрамовые решетки новой формы — со сходящейся геометрией каналов, изготовленные с помощью 3D-печати. В отличие от традиционных конструкций с параллельными перегородками, каналы нового фильтра ориентированы по направлению рентгеновского пучка. Благодаря этому решетка эффективнее задерживает рассеянное излучение, практически не ослабляя основной поток рентгеновских лучей. Также высокая плотность вольфрама позволила создать перегородку в 3 раза тоньше аналогов, что дополнительно снижает поглощение полезного излучения, сохраняя эффективность подавления рассеянных фотонов.
«Нам удалось изготовить тонкостенную конструкцию решетки с помощью селективного лазерного плавления порошка вольфрама микронной фракции. Данный подход позволяет значительно уменьшить толщину элементов конструкции и получить необходимую геометрию для пучка конкретной рентгеновской установки. Далее мы проверили работу решетки в условиях, приближенных к реальной диагностике. Рентгеновский снимок делали на модели тазовой области человека, отметив специальными тестовыми маркерами точки, которые нужно различить на изображении. Без использования фильтра снимок состоял преимущественно из фонового шума, а тени маркеров были почти неразличимы, тогда как с решеткой их было четко видно», — рассказал один из авторов исследования, заведующий лабораторией аддитивного производства НИТУ МИСИС Станислав Чернышихин.
Чтобы оценить возможности работы вольфрамовой перегородки в затрудненных условиях, исследователи разместили перед моделью тазовой области слой оргстекла, имитирующий ткани человека. Без применения решетки маркерные отметки практически полностью терялись в шуме, а с фильтром оставались хорошо различимы.
«Отдельная задача состояла в том, чтобы сам фильтр не мешал считыванию снимка, поскольку даже тонкие перегородки оставляют на изображении собственный след. Мы показали, что эту тень можно убрать с помощью цифровой обработки методом быстрого преобразования Фурье без потери диагностической информации. Этот же подход используется при работе с традиционными свинцовыми фильтрами», — отметил инженер центра инфраструктурного взаимодействия и партнерства MegaScience НИТУ МИСИС Игорь Дьячков.
По мнению ученых, эффект от использования более тонкой решетки будет особенно заметен при исследовании плотных участков тела, где рассеянное излучение сильнее всего искажает картину. Именно такие случаи представляют наибольшую сложность в клинической практике.
Пресс-релиз подготовлен на основании материала, предоставленного организацией. Информационное агентство AK&M не несет ответственности за содержание пресс-релиза, правовые и иные последствия его опубликования.
