Российские ученые изготовили с помощью 3D-печати вольфрамовую противорассеивающую решетку для рентгеновских установок с перегородками втрое тоньше аналогов. Разработка в перспективе позволит снизить лучевую нагрузку на пациентов, сообщили в пресс-службе Минобрнауки.

"Нам удалось изготовить тонкостенную конструкцию решетки с помощью селективного лазерного плавления порошка вольфрама микронной фракции. Данный подход позволяет значительно утоньшить элементы 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", - привели в пресс-службе слова заведующего лабораторией аддитивного производства НИТУ МИСИС Станислава Чернышихина.

Часть рентгеновского излучения при прохождении через ткани организма рассеивается, создавая фоновые помехи и снижая контраст изображения. Для борьбы с этим эффектом используют противорассеивающие решетки. Традиционно их изготавливают из свинца, однако из-за низкой механической прочности материала и особенностей производства конструкции приходится делать более толстыми, из-за чего они поглощают часть полезного излучения.

Исследователи Университета МИСИС, Института ядерных исследований РАН, НИЦ "Курчатовский институт" и Московского политехнического университета предложили изготавливать решетки из вольфрама с помощью 3D-печати. Их каналы имеют сходящуюся геометрию и ориентированы по направлению рентгеновского пучка, что позволяет эффективнее задерживать рассеянное излучение, практически не ослабляя основной поток лучей.

Высокая плотность вольфрама позволила сделать перегородки втрое 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 хорошо различимыми.

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.

"Отдельная задача заключалась 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", - приводятся в тексте слова инженера центра инфраструктурного взаимодействия и партнерства MegaScience НИТУ МИСИС Игоря Дьячкова.

Эффект более тонкой решетки, по словам ученых, будет особенно заметен при исследовании плотных участков тела, где рассеянное излучение сильнее всего искажает изображение. Такие случаи представляют наибольшую сложность в клинической практике.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Bulletin of the Lebedev Physics Institute.

По материалам сайта ТАСС