Новый метод рентгеновской съёмки позволяет получить три типа контраста за один снимок

Исследователи из Хьюстонского университета разработали новый метод рентгеновской визуализации, способный выявлять скрытые детали за один снимок. Этот прорыв может усовершенствовать диагностику рака, мониторинг заболеваний, проверку безопасности и анализ материалов.

Профессор Мини Дас и исследователь Цзинчэн Юань на фоне созданной в университете рентгеновской установки

Новая система, описанная в журнале Optica, захватывает три типа контраста — ослабления, дифференциальной фазы и тёмного поля — без необходимости в многократных экспозициях или сложных механических перемещениях. Исследованием руководили профессор Мини Дас и физик Цзинчэн Юань.

Традиционная рентгенография и КТ полагаются только на контраст ослабления, показывающий, как ткани поглощают излучение. Хотя это эффективно для костей, метод плохо выявляет ранние стадии рака или тонкие изменения в микроструктурах, например, в лёгочных альвеолах.

«Многие исследуемые методы требуют длительного времени сканирования, поскольку необходимо многократно — часто более 10-20 раз — перемещать компоненты системы», — пояснила Дас.

Как это работает

Команда предложила запатентованную конструкцию системы с оптимальным размещением одной решётки между источником рентгеновского излучения и детектором. Это позволяет за одну экспозицию получить:

• Дифференциальный фазовый контраст — показывает, как искривляются рентгеновские лучи, улучшая видимость границ и форм.
• Контраст тёмного поля — фиксирует рассеяние на микроструктурах, выявляя мельчайшие детали вроде лёгочных пузырьков или дефектов материалов.

Изображения высушенной рыбы, полученные с новой конфигурацией: (a) контраст ослабления, (b) тёмное поле, (c) комбинация сигналов

Дас отметила, что визуализация тёмного поля особенно перспективна для диагностики лёгочных заболеваний, таких как ХОБЛ, где текущие методы не обнаруживают микроструктурные изменения. Также можно отслеживать реакцию рака лёгких на терапию.

Почему это важно

Новый метод создаёт более информативные изображения с меньшей дозой облучения и повышенной скоростью, что особенно полезно для детей и мелких животных. Экономичная конструкция может быть интегрирована в существующие рентгеновские и КТ-системы с минимальными доработками.

Следующие шаги команды — адаптация системы для исследований на мелких животных и изучение клинических применений, включая низкодозовый скрининг рака груди.

Помимо медицины, технология может найти применение в нефтяной промышленности, анализе горных пород, материаловедении и мониторинге структурных изменений в инженерных компонентах.

Мотивацией для Дас послужила её ранняя работа над КТ для груди, где стало очевидно, что существующие методы не всегда надёжно выявляют рак. «Это метод, который миллионы женщин используют для скрининга по всему миру. Я поняла, что это большая проблема, и одной из моих целей стало изменение этой ситуации», — сказала исследовательница.