В НИТУ МИСИС с помощью 3D-печати улучшили фильтры рентгеновских аппаратов

Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» усовершенствовали противорассеивающие решетки рентгеновских установок с помощью лазерных аддитивных технологий. Новая конструкция поможет улучшить качество медицинских снимков и снизит лучевую нагрузку на пациентов.

Во время рентгеновских исследований часть проходящего через ткани излучения рассеивается и создает фоновые помехи, ухудшающие контрастность и скрывающие 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 определенной формы и более толстыми. В результате конструкции поглощают часть полезного рентгеновского излучения, поэтому для получения качественного снимка нередко приходится увеличивать дозу облучения.

Исследователи из НИТУ МИСИС, Института ядерных исследований РАН, Курчатовского института и Московского политехнического университета предложили изготавливать вольфрамовые решетки новой формы — со сходящейся геометрией каналов — с помощью 3D-печати. В отличие от традиционных конструкций с параллельными перегородками, каналы 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 три раза тоньше аналогов, что дополнительно снижает поглощение полезного излучения, сохраняя эффективность подавления рассеянных фотонов, сообщает пресс-служба НИТУ МИСИС.

«Нам удалось изготовить тонкостенную конструкцию решетки с помощью селективного лазерного cплавления порошка вольфрама микронной фракции. Данный подход позволяет значительно утончать элементы конструкции и получать 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 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 пометы практически полностью терялись в шуме, а с фильтром оставались хорошо различимы. 

«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», — рассказал инженер центра инфраструктурного взаимодействия и партнерства MegaScience НИТУ МИСИС Игорь Дьячков.

По словам ученых, эффект от более тонкой решетки будет особенно заметен при исследовании плотных участков тела, где рассеянное излучение сильнее всего искажает картину. Именно такие сценарии представляют наибольшую сложность в клинической практике.

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

Источник: НИТУ МИСИС