Рентген научили видеть соринку в глазу

Вот уже столетие рентгеновские аппараты — наше всё, когда дело касается диагностики множества заболеваний и травм. Но нет добра без худа: они весьма ограниченно «видят» мягкие ткани — по крайней мере если вы не впрыскиваете в кровь пациента (или скармливаете ему литрами) спецвещества (включая барий), цель которых — повысить контрастность целительных снимков.

Все проходившие эту процедуру согласятся с нами, что это противно, неудобно, непрактично и часто просто невозможно, скажем, из-за нехватки времени при срочной диагностике.

И это мотивировало группу разработчиков из Массачусетского технологического института (США) во главе с Шо Чэнем (Shuo Chen) и Луисом Веласкесом-Гарсией (Luis Velásquez-García) на создание системы, использующей когерентные пучки рентгеновских лучей не из единичного, а из массива источников, причём микронно-точечных.

Это радикально отличает их установку от привычной и, главное, резко повышает разрешающую способность аппарата. В испытаниях на глазе трупа этой технике удалось без введении каких-либо веществ внутрь изучаемого органа «увидеть» в деталях хрусталик, роговицу и прочие структуры глаза. Надо ли говорить, что традиционным рентгеновским аппаратам такое не всегда по зубам? Техпроцесс изготовления микроисточников излучения схож с тем, что применяется в радиоэлектронике, а потому не нуждается в создании нового производственного оборудования.

Используя послойное парофазное осаждение материала и последующее избирательное травление поверхности, разработчики создали набор тонких крохотных наноигл, способных испускать электроны. Но это лишь первая часть устройства: электроны от игл попадают на пластинку, которая затем излучает рентгеновские лучи именно в тех точках, где в неё ударили электроны. Вот так от той же, по сути, пластинки удаётся получить излучение совсем иного характера. Кроме того, новая установка полностью электронная — в отличие от термоионных рентгеновских аппаратов нынешнего дня, поэтому не нуждается в предварительном прогреве, что дополнительно сокращает дозу рентгеновского излучения, получаемую пациентом.

Исследователи подчёркивают, что пока они использовали только первую версию катода, но уже трудятся над новой, «более продвинутой». И рассчитывают с её помощью получить изображение, доступное сегодня только потоку рентгеновских частиц от ускорителя — «немыслимо дорогого» крупного физического ускорителя, как замечает г-н Веласкес-Гарсия. Такие ускорители уже использовались для экспериментальной диагностики; с их помощью можно найти раковую опухоль даже на самой ранней стадии развития (по окружающим её кровеносным сосудам). Огромную пользу они могли бы принести и при анализе обычных травм, демонстрируя истинное состояние связок и мягких тканей. Но сейчас внедрению этой техники мешают её заоблачная цена и гигантские размеры, и хочется верить, что теперь всё изменится, потому что разработка специалистов МТИ не только радикально дешевле, но и потенциально миниатюрна — вплоть до настоящей, а не образной портативности конечного устройства.

Уже нынешнее опытное устройство использует вакуумную камеру размерами примерно 20×20 см, но, по словам его изобретателей, это только начало, то есть нынешний прототип к моменту выхода на рынок, обещанному через несколько лет, «резко уменьшится в размерах». Из-за миниатюрности ключевых компонентов установки её разработчики надеются не только на медицинское применение: с помощью таких рентгеновских источников можно проверять разнообразные промышленные конструкции, а также, к примеру, содержимое бутылок и тюбиков в аэропортах (на взрывчатку или наркотики). Небесполезной система будет и для некоторых спецслужб. Кстати, возможно, именно этим объясняется то, что проект вёлся на деньги Управления перспективных исследований Минобороны США (DARPA).

Промежуточные итоги разработки рентгеновского аппарата нового типа были представлены на 13-м Международном семинаре по микро- и натехнологиям в области генерации и конвертирования энергии, проходящем с 3 по 6 декабря 2013 года в Лондоне (Великобритания).

Подготовлено по материалам MIT News. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.