Российские учёные повысили качество рентгеновской визуализации с помощью вольфрамовой решётки, напечатанной на 3D-принтере, что может снизить лучевую нагрузку на пациентов

Пресс-служба Министерства науки и высшего образования России недавно сообщила, что российская научная группа изготовила с помощью технологии 3D-печати вольфрамовую антирассеивающую решётку для рентгеновских аппаратов, толщина перегородок которой составляет лишь треть от аналогичных изделий. Исследователи полагают, что данная разработка позволит снизить лучевую нагрузку на пациентов при рентгеновском обследовании, сохраняя при этом качество медицинских изображений.

В процессе рентгеновской визуализации часть лучей, проходя через ткани организма, рассеивается, создавая фоновый шум и снижая контрастность изображения. Клиническое оборудование обычно подавляет такие помехи с помощью антирассеивающих решёток. Традиционные антирассеивающие решётки изготавливаются преимущественно из свинца, однако свинец обладает низкой механической прочностью и предъявляет высокие требования к технологии обработки, поэтому конструкция часто получается довольно толстой и поглощает часть полезных лучей, используемых для формирования изображения.

Исследователи из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ МИСиС), Института ядерных исследований Российской академии наук, Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и Московского политехнического университета предложили использовать технологию селективного лазерного плавления микронного вольфрамового порошка для изготовления тонкостенной решёточной структуры. Высокая плотность вольфрама позволяет делать перегородки тоньше; кроме того, исследовательская группа спроектировала каналы решётки в виде сходящейся геометрии, ориентированной вдоль направления рентгеновского пучка, что позволяет более эффективно подавлять рассеянное излучение и минимизировать воздействие на основной пучок.

Заведующий лабораторией аддитивных технологий НИТУ МИСиС Станислав Черныхин рассказал, что команда протестировала решётку в условиях, приближенных к реальной диагностике. Они провели рентгеновскую визуализацию модели области таза человека и разместили на изображении тестовые маркеры, которые необходимо было распознать. Результаты показали, что без использования антирассеивающей решётки изображение в основном перекрыто фоновым шумом, а тени маркеров практически неразличимы; при использовании вольфрамовой решётки соответствующие маркеры чётко визуализируются.

Исследователи также обратили внимание на то, что сама антирассеивающая решётка может оставлять тени на рентгеновском изображении. Инженер Центра взаимодействия и сотрудничества с крупными научными установками НИТУ МИСиС Игорь Дьячков отметил, что команда применила метод быстрого преобразования Фурье для цифровой обработки изображений и успешно устранила тени от решётки без потери диагностической информации. Этот метод обработки также может применяться к традиционным свинцовым антирассеивающим фильтрам.

Научная группа отметила, что при обследовании плотных участков тела влияние рассеянного излучения на качество изображения более выражено, поэтому более тонкая вольфрамовая антирассеивающая решётка может иметь большую ценность в таких клинических сценариях. Результаты исследования опубликованы в журнале «Известия Физического института имени П. Н. Лебедева».