Российские учёные ищут новые методы получения рентгеновских лучей
Первооткрыватель Х-лучей, нобелевский лауреат Вильгельм Конрад Рентген на все попытки современников добавить что-то к его исследованиям, согласно легенде, отвечал: "Я уже все написал, не тратьте зря время". Однако больше века ученые во всем мире работают над тем, чтобы минимизировать для пациента вред излучения, без которого рентгеновское исследование, увы, невозможно.
Не остались в стороне от этого процесса и томские ученые, которые активно занимаются совершенствованием технологий медицинского рентгена. Корреспондент РИА Томск накануне дня рождения рентгеновских лучей, или Дня рентгенолога, который отмечается 8 ноября, выяснила, как именно томичи "дорабатывают" идеи нобелевского лауреата.
Почти безвреден
Как рассказал агентству заведующий рентгенологическим отделением клиник Сибирского государственного медуниверситета (СибГМУ) Алексей Куражов, в настоящее время рентгенаппараты состоят из устройства с рентгеновскими трубками - именно они дают "просвечивающее" излучение - и принимающего элемента, например ПЗС-матрицы или фотопленки, на которых и фиксируется изображение.
"Конечно, если бы не было лучевой нагрузки - было бы лучше. Вообще, рентгеновское излучение тем опаснее, чем младше человек. Но, как говорят наши ученые, бояться есть смысл только тем, кто собирается рожать", - сказал Куражов.
Он отметил, что если раньше количество рентгеновских исследований официально ограничивалось, то при современном оборудовании число процедур нет, потому что благодаря современным приборам человек, делающий рентген один раз в год, получает "дозу" в 20 раз ниже порога, при котором излучение может привести к негативным последствиям.
Рентген от электричества
Ученые Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) предлагают получать рентгеновское излучение совершенно новым путем: не от рентгеновских трубок, а из кристаллов ниобата лития - не до конца изученного, но очень перспективного вещества.
В ТУСУРе занимаются изучением электрических полей, которые возникают в таких кристаллах под воздействием лазера. Это явление можно использовать, в том числе, для генерации рентгеновского излучения.
"Кристаллы ниобата лития известны давно, они обладают уникальными электрическими свойствами. Мы экспериментируем, добавляя в кристалл различные примеси, экспериментируем с процессом нанесения их на кристалл", - рассказала руководитель проекта Ксения Мамбетова.
Собеседница агентства пояснила, что размер кристалла - всего несколько квадратных сантиметров. Но под воздействием лазера он генерирует такое же электрическое поле, как и громоздкий источник напряжения у обычных рентгеновских трубок. "Отпечатываться" сигнал будет на фотопленке или ПЗС-матрице, как и в обычных рентгеновских аппаратах.
В России подобные разработки, по ее информации, не ведутся. Все публикации, которые встречали разработчики по данной теме, принадлежат ученым из США, Испании и Великобритании. В ТУСУРе надеются, что исследования удастся завершить в течение пяти лет.
Куражов подтвердил, что он пока не слышал о подобных устройствах. "Насколько я знаю, абсолютно все, что сейчас используется в практической медицине - это устройства на основе рентгеновских трубок", - сказал медик.
Сузить спектр
В Томском политехническом университете (ТПУ) также занимаются усовершенствованием рентгена. Так, заведующий международной научно-образовательной лабораторией "Рентгеновская оптика" ТПУ Алексей Гоголев и его команда пытаются сделать рентгеновское излучение "узкоспециализированным". Ученые предлагают выделять свою часть рентгеновского спектра для каждого органа, чтобы снизить получаемую "дозу" как минимум вдвое.
"При флюорографии, когда смотрят легкие - это один участок спектра, если тазобедренный сустав - другой, если при переломе смотрят процесс формирования хрящей, то нужно совсем другой линией спектра пользоваться. Идея эта стара, но для получения качественных снимков требуется новый инструментарий для эффективного выделения монохроматического излучения", - пояснил Гоголев.
По его словам, проблема заключается в том, что существующие технологии не позволяют достаточно эффективно выделить такие участки из сплошного спектра излучения, получаемого от рентгеновской трубки. Для этого ученые ТПУ предлагают использовать устройство на основе кристалла, кристаллическую решетку которого они смогут временно изменять необходимым образом.
"Мы получаем необходимый эффект с помощью внешних воздействий - электрического поля или нагревания", - уточнил ученый.
Под внешним воздействием в материале образуется "сверхрешетка", которая придает монохроматору новые свойства - в данном случае, позволяет эффективно оперировать только необходимым участком рентгеновского спектра, в том числе и с высокой энергией излучения.
Гоголев отметил, что прибор будет мощным, но компактным. "Чем выше энергия излучения, тем толще нужно брать традиционный кристалл. Но толстый кристалл вырастить сложно. В нашем случае можно уменьшить толщину кристалла и при этом сохранить эффективность отклонения. Прибор может быть небольшого размера, на столе помещаться", - сообщил он.
По словам собеседника агентства, "принципиально это можно проводить с любым кристаллом". Однако политехники в своих исследованиях используют пьезоэлектрические - например, кварц: в таких материалах проще вызвать необходимые реакции.
По словам рентгенолога Куражова, понимание о необходимости фильтровать, или минимизировать побочные последствия рентгеноблучения, пришло в первые годы использования медицинского рентгена - люди, работавшие с аппаратом, по незнанию очень легко получали дерматиты, экземы и даже рак кожи.
"Они не знали того, как рентгеновский луч воздействует на человека: жесткое излучение легко проходит сквозь ткани, а мягкое, образно говоря, "застревает" в них. Потом стали между трубкой рентгеновской и объектом ставить алюминиевую пластинку. Она отсеивает самую опасную часть спектра. А вот технологии, которые могут сузить используемый спектр, я затрудняюсь вспомнить", - подытожил он.
Лучше сенсор - меньше "доза"
Представитель Томского государственного университета (ТГУ) рассказал РИА Томск, что ученые вуза предлагают подойти к проблеме с другой стороны - значительно повысить чувствительность сенсоров, на которых "отпечатывается" рентгеновский сигнал.
"Сейчас во всем мире используются сенсоры на основе кремния, наши ученые предложили использовать сенсоры на основе арсенида галлия. Это очень чувствительный материал, гораздо чувствительнее кремния. И поэтому, чтобы сделать рентгеновский снимок, необходимо меньшее рентгеновское излучение. А значит, меньшую дозу облучения получит пациент", - сказал собеседник агентства.
Он пояснил, что о возможностях этого материала известно давно, но его не использовали из-за "капризности". Ученые ТГУ нашли способ "приручить" вещество - ввести в его состав хром, который нейтрализует негативные свойства арсенида галлия.
"Никто в мире пока не научился этого делать. При этом не придется заменять аппараты, генерирующие рентгеновске излучение - сенсоры позволяют использовать традиционные устройства", - отметил сотрудник университета.
По его словам, в настоящее время материал тестируется. Ученые надеются создать опытный образец сенсора уже в 2015 году.
Никуда нам не деться от этого
Вместе с тем медик Куражов подчеркнул: как бы ученые не стремись обойтись совсем без лучевого воздействия, в ближайшее время это невозможно.
"Травматология, пульмонология - для всего этого необходима лучевая диагностика, в том числе - рентгенография", - пояснил он.
http://www.riatomsk.ru/article/20141108/03174/