Томографическая визуализация рентгеновских изображений с субмиллиметровым пространственным разрешением на основе импульсных источников тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.20, кандидат наук Стучебров, Сергей Геннадьевич

• Стучебров, Сергей Геннадьевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Стучебров, Сергей Геннадьевич

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Получение цифровых рентгеновских изображений с помощью многоканального линейного полупроводникового детектора

1.1. Микростриповый полупроводниковый детектор СаА8-640-0.2

1.2. Рентгеновский аппарат РАП-160-5

1.3. Цифровая рентгеновская установка на базе линейного полупроводникового детектора СаАБ-640-0.2

1.4. Синхронизация установки на базе линейного полупроводникового детектора СаА8-640-0.2

1.5. Получение снимков и повышение их качества на установке на базе линейного полупроводникового детектора СаА8-640-0.2

1.6. Стриповый твердотельный детектор ОаАБ-512-0.1

1.7. Проекционные снимки на установке на базе детектора ОаАБ-512-0.1

Глава 2. Получение цифровых рентгеновских изображений с помощью сканирующего многоканального газоразрядного детектора

2.1. Линейный сканирующий газоразрядный детектор ПРИЗ-1536

2.2. Рентгеновская установка на базе сканирующего газоразрядного детектора

2.3. Исследование внутренней структуры объектов без синхронизации с рентгеновским источником

2.4. Синхронизация рентгеновской установки

2.5. Определение разрешения установки и оптимального положения исследуемого объекта

2.6. Результаты рентгеновского исследования биологических объектов в синхронизованном режиме

2.7. Результаты эксперимента на установке с линейкой газоразрядных детекторов

3.1. Установки для рентгеновской визуализации

3.2. Геометрия установки на базе детектора GaAs-512-0.1 при получении синограмм

3.3. Геометрия установки на базе детектора ПРИЗ-1536 при получении синограмм

3.4. Используемые методы томографическй реконструкции

3.5. Результаты съемок на установке с полупроводниковым линейным детектором

3.6. Результаты съемки на установке с газоразрядным детектором

Глава 4. Дозовые нагрузки на объекты от импульсной рентгенвской трубки и бетатрона

4.1. Разработка методики измерения мощности дозы от импульсного источника

4.2. Оценка эквивалентных доз при рентгеновских визуализациях

4.3. Пространственные дозовые характеристики бетатрона ОБЬ-4

Заключение

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Приложение 7

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Томографическая визуализация рентгеновских изображений с субмиллиметровым пространственным разрешением на основе импульсных источников»

ВВЕДЕНИЕ

8 ноября 1895 года в Вюрцбурге (Германия), работая над исследованием электрического разряда в стеклянных вакуумных трубках, Вильгельм Конрад Рентген обнаружил новый вид излучения, которое проходило через непрозрачные слои вещества, вызывало свечение флюоресцирующих веществ и почернение фотопластинок [1]. Неизвестные лучи были названы икс-лучами. В некоторых странах, включая Россию, в знак благодарности первооткрывателю их также называют рентгеновскими.

Впоследствии это открытие изменило все представления о шкале электромагнитных волн. За фиолетовой частью оптического спектра оказались не только ультрафиолетовые лучи, но и более коротковолновое икс-излучение, за которым следуют гамма-лучи.

Рентген сразу понял перспективность своего открытия. Способность икс-излучения проникать сквозь непрозрачные материалы, не отражаясь и не преломляясь, привела к идее использовать это явление для исследования внутренней структуры непрозрачных объектов, в том числе и в медицинских целях. К первой же статье «О новом типе лучей» [2] Рентген приложил снимок кисти своей жены с обручальным кольцом на пальце.

Применять рентгеновские лучи начали чрезвычайно быстро и повсеместно. Почти сразу, 13 января 1896 г., через неделю после выхода упомянутой публикации Рентгена [2], открытие было применено для обнаружения иголки в руке женщины двумя врачами из Бирмингема (Великобритания). Полученный снимок являлся первым в истории клиническим применением рентгеновского излучения, а последующая операция по удалению иглы была первой проведенной с использованием результата рентгеновской съемки [3]. Это редкий случай, когда фактически открытие еще не было завершено, как уже началось его широкое применение, позже названное рентгенодиагностикой. Открытие имело широчайший резонанс среди физиков, медиков и простых обывателей.

Английский физик Шустер писал, что после открытия икс-лучей его лаборатория была переполнена врачами, приводившими пациентов, подозревавших, что они имеют иголки в различных частях тела [4].

Кроме медицинских задач рентгеновское излучение почти сразу начали применять и в целях выявления дефектов и определения качества изделий. Так всего через несколько месяцев после вышеупомянутой статьи Конрада Рентгена [2] был опубликован снимок сварного шва на пленке, полученный с помощью рентгеновского излучения [5]. В работе [6] указывается, что уже в марте 1896 г., через три месяца после доклада Рентгена, появилась первая статья, в которой описывается попытка получения изображений сечений и предлагается от этой публикации отсчитывать начало истории томографии.

Необычайная быстрота появления устройств и технологий применения рентгеновских лучей говорит о большой важности этого открытия, что обусловлено в первую очередь огромной необходимостью изучения скрытой внутренней структуры. В дальнейшем рентгеновское излучение нашло применение во многих областях науки, медицины и промышленности, среди которых можно отметить следующие направления: медицинская диагностика, медицинская терапия, дефектоскопия, рентгеноструктурный анализ, рентгенофлуоресцентный анализ, а также системы досмотра.

Однако, несмотря на высокую эффективность рентгеновских лучей в изучении внутренней структуры, качество получаемых проекционных снимков быстро перестало удовлетворять исследователей. Проблема заключатся в том, что при получении проекционных рентгенограмм все слои исследуемого объекта, находящиеся на одной линии между пленкой и источником, накладываются друг на друга, делая общий вклад в отбрасываемую тень, за счет чего результирующий снимок теряет информативность. Кроме того, по этим снимкам не всегда возможно точное определение положения исследуемого объекта в направлении перпендикулярном плоскости снимка.

В поисках решения этой проблемы исследователями достаточно быстро были предложены методы послойного получения информации о внутренней структуре объекта. Так уже в 1921 году французский врач Бокаж патентует [7] изобретенный им метод, при котором на снимке не размытым должен оставаться только заданный слой исследуемого объекта. Вскоре эту идею на практике реализовал итальянский инженер Валлебона, который назвал свой аппарат «томограф» [8], название, использующееся для этого типа оборудования до сих пор.

Суть идеи заключается в том, что если в соответствующих направлениях синхронно с заданной разницей скоростей перемещать два из трех основных составляющих рентгенографической системы (источник, исследуемый объект и пленка), то на снимке четкую тень оставит только один слой исследуемого объекта, а остальные слои смажутся, не оставив на пленке четкой тени.

На рисунке 1 показана схема такого взаимного перемещения. Источник из точки Ь] перемещается в точку Ь2 в плоскости А, синхронно с этим в плоскости В рентгеновская пленка переходит из положения Р] в положение Р2. Не размытый след объекта О оставляют только элементы слоя, находящегося в плоскости С. Детали, соответствующие плоскостям С' и С", размываются. Изменяя относительные скорости движущихся узлов, можно выбирать интересующие слои и последовательно получать срезы всей структуры объекта исследования.

Рисунок 1 - Схема томографии по Бокажу

Однако данный метод не лишен недостатков. Основные два заключаются в следующих моментах. Во-первых, расфокусированные слои хоть и не оставляют четкую тень, они все же делают вклад в снимок, снижая качество результата. Во-вторых, в силу того, что при получении изображения одного слоя излучению подвергается весь объем исследуемого объекта, такое обследование обуславливает большую дозовую нагрузку на исследуемый биологический объект. Но, несмотря на недостатки, данный метод решал многие задачи и широко применялся долгое время.

В работе [6] сообщается о том, что в 1930 г. итальянский радиолог Алессандро Валлебона предложил свой эффективный принцип томографии, а также способ получения изображений сразу нескольких слоев исследуемого объекта. Этот же источник сообщает, что начиная с 1946 г. С. Такахаши разработал пять методов, основой которых является облучение объекта исследования узким коллимированным до 1 см пучком рентгеновского излучения, и приводит схему, предложенную разработчиком. Отличия методов заключаются в разных режимах вращения объекта и кассеты с пленкой.

Принципиально новый метод послойного изучения внутренней структуры объектов был разработан и применен в 1967 году, когда инженер-

физик Хаунсфилд из Англии, работавший в фирме EMI Ltd, создал первый компьютерный рентгеновский томограф, названный EMI-scanner [9]. Позже за это в 1979 году он вместе с американским физиком Кормаком получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине [10]. В своей статье [11] Хаунсфилд указывает, что первые клинические испытания его изобретения были проведены в 1972 г. Пациенткой стала женщина с подозрением на поражение головного мозга. Это обследование стало первой в истории компьютерной томограммой головного мозга человека. После на данном аппарате было обследовано большое количество пациентов, а метод продемонстрировал свою высокую эффективность [12].

Имя Хаунсфилда было вписано в историю не только наградой Шведской академии, но и названной в его честь шкалой рентгеновской плотности материалов [13]. Величина коэффициента в шкале единиц Хаунсфилда определяется по формуле

103; (!)

ßwater ßair

где Я - индекс ослабления материала; цх - линейный коэффициент ослабления материала; fjwater - линейный коэффициент ослабления воды; juair- линейный коэффициент ослабления воздуха [14].

С этого момента многие научные группы и исследовательские центры занялись разработками методов компьютерной томографии (KT), что привело к разработке множества КТ-аппаратов и быстрой смене их поколений. Разные источники выделяют от четырех до пяти поколений КТ-томографов, но в целом эти деления схожи. В источнике [14] автор разделяет пять поколений по признакам, описанным ниже.

В томографах первого поколения имелась одна рентгеновская трубка с остронаправленным пучком и один детектор, которые синхронно передвигались на раме вдоль объекта исследования, производя измерения в 160 положениях за одно перемещение (рисунок 2а). Затем рама поворачивалась на 1°, и снова проводилось сканирование. Такие измерения

8

проводились 4,5 минуты, а обработка полученных результатов и реконструкция изображения занимали 2,5 часа.

Томографы второго поколения имели несколько одновременно работающих детекторов, расположенных на линии окружности. Излучение трубки было не остронаправленным, а веерным, хотя сканирование все еще оставалось параллельным (рисунок 26). Широкий пучок дал возможность увеличить угол поворота трубки до 30°. Новая геометрия позволила сократить время сканирования до 20 секунд.

В томографах третьего поколения количество детекторов было увеличено примерно до 700, которые также располагались по дуге. Трубка излучала широкий верный пучок, непрерывно вращаясь на 360° (рисунок 2в). Вращение источника происходило синхронно с детекторами. Усовершенствование конструкции позволило уменьшить время получения одного изображения до 10 секунд. Такая скорость измерения позволяла делать снимки движущихся органов. С этого поколения вводится понятие спиральной компьютерной томографии.

Четвертое поколение томографов состоит из неподвижного кольца детекторов, обычно состоящего из 1088 люминесцентных датчиков, внутри которого вокруг исследуемого объекта с большой скоростью вращается рентгеновская трубка (рисунок 2г). Время получения проекции сократилось до 0,7 с.

а ГЧ I4 з п I .------П2 б ...... I / / <4 4---- 3'

в □ч * у \\ 2 N /Г ¿гл

а) - томограф первого поколения; б) - второго поколения; в) - третьего поколения; г) - четвертого поколения

1 - источник рентгеновского излучения; 2 - детектор; 3 - исследуемый объект; 4 - остронаправленный пучок; 5 - детекторная сборка; 6 - веерный пучок

Рисунок 2 - Схематические изображения рентгеновских томографов разных

поколений

Пятым поколением автор называет томографы, выполненные на основе электронно-лучевых трубок. Поток электронов, управляемый магнитными катушками, попадает на вольфрамовые мишени, напротив которых по дуге расположены твердотельные детекторы. Данные томографы способны создавать изображения за 33 мс, что позволяет использовать их при исследовании сердца и прочих органов, быстро изменяющихся во времени [15].

Важным шагом развития стало появления спиральной компьютерной томографии. Данный метод заключается в одновременном непрерывном вращении рентгеновской трубки внутри кольца быстродействующих

детекторов, и движении стола с пациентом внутри кольца вдоль оси вращения источника [16]. Таким образом, траектория движения трубки относительно объекта исследования является спиралью. Такой метод существенно снижает время сканирования и лучевую нагрузку на пациента. В работе [16] описывается наиболее современный метод многослойной компьютерной томографии (МСКТ), отличающийся от обычной спиральной томографии наличием нескольких рядов детекторов. Для таких систем были разработаны специальные трубки с объемной формой пучка.

Количество рядов детекторов в таких системах постоянно увеличивается. Так в 1992 году первый МСКТ-томограф имел два ряда детектирующих элементов, в 1998 году был разработан томограф с четырьмя рядами, в 2004 с 32 рядами, а в 2005 со 128 рядами детекторов. На данный момент эксплуатируются, в том числе и в России, МСКТ-томографы, делающие 320 срезов за один оборот. В источнике [17] указывается, что разрешение таких томографов меньше одного миллиметра, а время сканирования меньше половины секунды. Эти установки дают возможность изучать очень быстро протекающие процессы в организмах пациентов, а также получать изображения некоторых органов целиком за один оборот трубки.

Кроме рентгеновского диапазона лучей для изучения внутренней структуры объектов применяют излучение в сверхвысокочастотном (СВЧ), инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом диапазонах и гамма-лучи. Помимо методов, основанных на применении электромагнитного излучения, существуют методы, в основе которых лежит измерение изменения таких полей как, например, акустическое, магнитное и электрическое [18].

Все эти методы имеют общий принцип. При взаимодействии носителя информации, которым может быть излучение или поле, с объектом исследования, изменяются свойства носителя, такие как направление распространения, мощность, поляризация и другие. Эти изменения несут в себе информацию об исследуемом объекте. Регистрируя изменения и

11

анализируя их, можно получить данные о распределении внутренней структуры объекта [16].

При диагностике, особенно медицинской, не редко возникает проблема, связанная с малыми изменениями плотностей внутренней структуры исследуемых областей. Увеличение контрастности при медицинских исследованиях достигается различными способами, основным из которых является применение контрастных веществ [19] - препаратов, вводимых в определенные части организма, для увеличения контрастности результатов обследования в силу того, что эти вещества изменяют интенсивность взаимодействия с носителем информации. Такими веществами могут быть, например, воздух или сульфат бария. В статье [20] Кеннет Томсон пишет, что в зависимости от метода и исследуемого органа контрастное вещество может либо оставаться в органе, либо распространяться по организму, например по кровеносной системе. В этих случаях можно изучать систему, в которой вещество распространилось, либо ткани, в которых вещество концентрируется, например, в опухолях в силу их повышенного метаболизма.

Существуют также методы, при которых в организм вводят радиоактивные вещества в целях регистрации поля их излучения и последующего анализа. В источнике [21] подробно исследуется вопрос применения контрастных веществ, где подчеркивается, что одно из главных требований к ним, это их безвредность, или относительная безвредность, для организма пациента.

Отдельно стоит отметить методы анализа внутренней структуры, основанные на применении ядерного магнитного резонанса (ЯМР). В статье [22] отмечается, что в отличие от рентгеновских лучей, открытие которых повлекло мгновенное появление их применений во многих областях, открытие ЯМР имело более долгий и сложный путь к внедрению его в технологии.

Ядерный магнитный резонанс в изолированном ядре был открыт в 1937 г. И. Раби, за что в 1944 г. ему была вручена Нобелевская премия [23]. В 1946 г. Ф. Блох [24] и Э. Парселл [25] исследовали ЯМР в конденсированных средах. В 1952 году за эти работы они также были награждены Нобелевской премией [26]. После этого почти на 20 лет интерес к данному явлению со стороны специалистов исчез. В.Е. Синицын в труде [22] сообщает, что первая статья об экспериментальном получении изображения с помощью явления ЯМР первоначально была отвергнута редакцией журнала Nature по причине «малой значимости». Тем не менее, в 1971 году Реймонд Дамадьян публикует статью [27] в которой описывает возможность определения злокачественных опухолей с помощью MP-сигналов. В источнике [22] отмечается огромный вклад Дамадьяна в развитие метода. Так в 1977 году он один из первых получил MP-изображение человека, создал фирму «Фонар» по производству MP-систем, и, самое главное, Дамадьян привлек большое внимание инженеров и ученых к вопросу разработки методов визуализации на основе ЯМР.

Но все же годом основания магнитно-резонансной томографии принято считать 1973. В этом году американский химик Пол Лотербур в журнале Nature публикует статью [28] «Создание изображения с помощью индуцированного локального взаимодействия; примеры на основе магнитного резонанса», а британский физик Питер Мэнсфилд разработал математические методы получения изображения. За это в 2003 г. они совместно получили Нобелевскую премию по медицине [29], что вызвало недовольство со стороны Дамадьяна и последующий скандал.

Все дальнейшие годы велась непрерывная работа по развитию детектирующих систем, по разработке новых источников, по оптимизации методов реконструкции, что существенно продвинуло уровень диагностики в область субмиллиметрового пространственного разрешения

В 2010 году в статье [30] была описана четырехмерная рентгеновская томография для исследования микрообъектов, таких как ячейка кристалла,

13

биологическая клетка или вирус, с нанометрово-фемтосекундным разрешением. Технология заключается в обработке дифракционного двумерного изображения, полученного от пучка электронов, рассеянных на образце, атомы которого возбуждены лазерным пучком.

Безусловно, все методы исследования внутренней структуры объектов путем восстановления информации из проекций низшей размерности основаны на использовании специфического математического аппарата. История развития математических методов в этой области начинается с XIX века, когда норвежский математик Нильс Хенрик Абель [31], затем шведский математик Эрик Ивар Фредгольм [32] и за ними многие другие ученые начали исследовать семейства интегральных уравнений, легшие позже в основу многих современных методов, в том числе и в основу математического аппарата томографии.

Одно из важнейших исследований проделал австрийский математик Иоганн Радон, в свое время разработавший интегральное преобразование функции многих переменных, близкое к преобразованию Фурье, и опубликовавший результаты своего труда в 1917 г. в труде [33]. Для томографии данная работа важна тем, что эти преобразования позволяют восстанавливать функцию по ее, так называемому, «следу» (рисунок 3).

Рассмотрим случай функции двух переменных, в практическом плане наиболее важный, так как именно он применяется для методов восстановления внутренней структуры объектов.

Если f(x,y) является функцией двух действительных переменных, определенной на всей плоскости и достаточно быстро убывающей на бесконечности, то ее преобразованием по Радону будет функция:

R(s, а) = cos а — z sin а, 5 sin а + z cos a) dz. (2)

Такое преобразование для двух переменных имеет следующий геометрический смысл: R(s,a) является интегралом от функции f(х,у), взятый

Рисунок 3 - Геометрический смысл преобразований Радона функции двух

переменных

При измерении линейным детектором степени поглощения параллельного пучка рентгеновских лучей каким-либо объектом, согласно закону Бугера-Ламберта-Бера [34-36], интенсивность излучения, зарегистрированная отдельным детекторным элементом пропорциональна величине

/¿~ ехр(— f™A, dz р(х, у)), (3)

где /, - интенсивность излучения, зарегистрированная /-тым детекторным элементом, находящимся на прямой АЛ'; р(х,у) - оптическая плотность исследуемого объекта; г - координата на прямой АА'.

Получая проекции под разными углами путем вращения объекта в одной плоскости, применив обратное преобразование Радона, можно получить информацию о значениях плотности в срезе объекта, находящемся

15

в этой плоскости. Несмотря на высочайшую значимость данной работы, она была незаслуженно забыта на многие годы.

Источник [37] указывает, что польский математик Стефан Качмаж в 1937 году опубликовал алгоритм нахождения приблизительного решения большой системы линейных алгебраических уравнений, позже развитый в так называемый метод алгебраической реконструкции. В этом же источнике указывается, что данная методика была использована несколькими учеными для решения задач восстановления информации о внутренней структуре объектов. В биографии Кормака [38] приводится информация о том, что он решил математическую задачу томографии. Несмотря на то, что ранее это уже проделал Радон, Кормак решил эту задачу независимо и другим способом.

Работы в направлении поиска новых решений и усовершенствования существующих методов ведутся до сих пор [39]. Разрабатываются технические и математические решения для точечных, расходящихся и объемных пучков, для пучков с заданной формой. Создаются методы учитывающие рассеяние излучения в исследуемом материале и среде; методы специфичные для разных геометрий. Решаются задачи по устранению проблем, связанных со съемкой движущихся объектов. Ищутся способы снижения времени обработки результатов и снижения требований к расчетной аппаратуре. Создаются алгоритмы для частных случаев, возникающих при разработке отдельных установок. На данный момент известны несколько тысяч алгоритмов, применяемых для задач вычислительной томографии [40].

Стоит отметить, что множество исследований проводилось независимо разными учеными и инженерами по всему миру. По этой причине приоритет открытия многих явлений и методов, а также даты, часто оспариваются, что, в свою очередь, говорит о высоком научном интересе к данному направлению исследований в силу его большой практической важности во многих областях.

В России и СССР внимание к тематике исследования внутренней структуры объектов всегда было очень высоким. В.К. Томас отмечает в своей статье [41] о необычайном интересе со стороны российских ученых к открытию икс-лучей. В источнике [4] говорится, что П.Н. Лебедев повторил опыты Рентгена в Москве, а в Петербурге A.C. Попов, изобретатель радио, экспериментировал с рентгеновскими лучами и демонстрировал их на публичных лекциях. В 1935 г. В.И. Феоктистов создал первый в СССР рентгеновский томограф [42] и в 1938 г. самостоятельно разработал теорию томографии [43]. В 1943 г. А.Н. Тихонов опубликовал труд [44], результат которого дал возможность реконструкции при неточных проекциях. В период с 1941 по 1945 г. в СССР на основе работ Тихонова были созданы нейтронные и гамма-интроскопы, применявшиеся для дефектоскопии в военной промышленности [45]. В статье [46] рассказывается об открытии Е.К. Завойским электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Результатом этого открытия была разработка совершенно нового метода исследования внутренней структуры объектов - ЭПР-интроскопия. Работа над этим методом описана в статье [47]. Большой вклад в развитие методов объемного исследования внутренней структуры объектов внес советский ученый Б.К. Вайнштейн, найдя решение фазовой проблемы о глобальных минимумах функций многих переменных в структурном анализе [48]. Вайнштейн разработал теорию анализа микроскопических изображений, разработал алгебраический метод восстановления трехмерной структуры объектов по их проекциям [49]. В источниках [1, 6] сообщается, что 1956-1958 годах ученые из Советского Союза Коренблюм, Тютин и Тетельбаум первыми создали систему для реконструкции медицинских рентгеновских изображений. В статье [50] указывается, что первым ЯМР-томографию изобрел В.А. Иванов в 1960 г., которую он тогда назвал «Внутривидение на основе ядерного магнитного резонанса».

Марусина в своей работе [14] утверждает, что первый отечественный томограф, предназначенный для медицинских исследований, был разработан

17

в 1978 г. группой, работавшей под руководством И.Б. Рубашова, и имел название СРТ-1000 [14]. В работе [22] Синицын, ссылаясь на работу Ринка [51] говорит о том, что впервые в мире единичные МР-системы появляются в 1983 г., а в СССР уже 1984 г. в Кардиологическом научном центре АМН СССР был установлен первый серийный томограф «Брукер». Одновременно с этим в источнике [52] утверждается, что первый отечественный МР-томограф, имеющий название «Образ-1», был установлен и до сих пор эксплуатируется в Научном Центре Психического Здоровья РАМН лишь в 1991 г.

Если в сфере разработок в области МР-томографии на данный момент ситуация в России может рассматриваться как приемлемая, то в области рентгеновской томографии текущая обстановка намного хуже. На сегодняшний день нет ни одной самостоятельной российской разработки компьютерного томографа, способного достойно конкурировать на рынке медицинского оборудования. В источниках [53-55] говорится об отечественных разработках КТ-томографов, однако все они являются, по сути, сборкой готовых почти неизмененных зарубежных установок. Кроме того, описанные в этих статьях установки не относятся к последнему поколению томографов.

Ряд современных технологий в медицине и промышленности основан на использовании квазимонохроматического рентгеновского излучения, например маммография, ангиография в медицине, фазово-контрастная визуализация в биологии, системы увеличения чувствительности в системах досмотра и безопасности и другие. Дело в том, что использование монохроматического рентгеновского источника ведет к существенному снижению дозы при повышении контрастности изображения. В качестве источников такого излучения выглядит перспективным применение электронных ускорителей в качестве источника рентгеновского и гамма-излучения. Самыми распространенными в этом применении являются источники синхротронного излучения.

18

В середине сороковых годов XX века появились новые резонансные циклические ускорители синхротроны, предназначенные для ускорения заряженных частиц. Почти сразу на этих установках было обнаружено излучение, испускаемое ускоренными частицами, достигнувшими релятивистских скоростей и движущимися по искривленной траектории. Излучение получило название «синхротронное», которое в первое время рассматривалось как вредный эффект, мешающий ускорению частиц из-за потерь энергии. Однако через некоторое время из-за своих уникальных свойств это излучение стало широко применяться. В семидесятых годах прошлого века появились электронные накопители, способные работать без инжекции пучка в течение длительного времени, генерируя синхротронное излучение. Сегодня на базе электронных накопителей высоких энергий созданы специализированные источники синхротронного излучения, образующие вокруг себя огромные исследовательские центры.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Стучебров, Сергей Геннадьевич, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Храмов Ю. А. Физики: Биографический справочник. - 2-е изд. - М: Наука, 1983.-232 с.

2. Röntgen W.C. Uber eine neue Art von Strahlen (II Mittheilung) // Sitzunsberichte der physikalischmedicinischen Gesellschaft zu Würzburg. -1896.-Vol. 1.-P. 6-11.

3. Левин Г.Г. Компьютерная томография: Учебное пособие. URL: http://tomoscan.ru/book/index.htm. Дата обращения: 07.02.2014.

4. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. - М.: Просвещение, 1974.

5. Методы неразрушающего контроля. URL: http://thedeepend.ru. Дата обращения: 07.02.2014.

6. Лопата В.А. К истории рентгеновской томографии // Электроника и связь: Тематический выпуск «Электроника и нанотехнологии». - 2010. -№ 5. - С. 236-242.

7. Пат. 536464. / Е. Bocage // French Patent. - Paris, 1921.

8. Иикалов В.В., Преображенекий Н.Г. Вычислительная томография и физический эксперимент // Успехи физических наук. - 1983. - Том 141, вып. 3. - С. 469-498.

9. Godfrey N. Hounsfield - Biographical. The Official Web Site of the Nobel Prize. URL: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/ 1979/hounsfield-bio.html. Дата обращения: 07.02.2014.

10. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1979. The Official Web Site of the Nobel Prize. URL: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/ laureates/1979. Дата обращения: 07.02.2014.

11. Hounsfield G. N. Computerized transverse axial scanning (tomography): Part 1. Description of system // British Journal of Radiology. - 1973. - № 46. - P. 1016-1022.

12. Hounsfield G. N. Computed medical imaging // Journal of computer assisted tomography. - 1980. - Vol. 4, № 5. - P. 665-674.

13. Изменение плотности костной ткани при лечении ложных суставов голени методом чрескостного компрессионного остеосинтеза / В.Д. Балаян и др. // Саратовский научно-медицинский журнал. - 2011. - Т. 7, № 4. - С. 933-936.

14. Марусина М.Я., Казначеева А.О. Современные виды томографии: Учебное пособие. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006.

15. Методы лучевой диагностики и информационные технологии в клинической практике: магнитно-резонансная томография и информационные технологии / В.А. Иванов и др. - СПб.: МАПО, 2001. -23 с.

16. Прокоп М., Галански М. Спиральная и многослойная компьютерная томография. - М.: МЕДпресс-информ, 2006.

17. Johns Hopkins Installs First 320-Slice CT Scanner in North America. URL: http://www.hopkinsmedicine.org/news/media/

releases/Johns_Hopkins_Installs_First_320Slice_CT_Scanner_in_North_Ame rica. Дата обращения: 03.03.2014.

18. Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов: ГОСТ 18353-79 - Взамен ГОСТ 18353-73. - Введ. 1980-07-01. - М.: Стандартинформ, 1980. - 18 с.

19. Богачев Ю.В., Марченко Я.Ю., Николаев Б.П. Исследования ЯМР контрастирующих свойств суперпарамагнитных наночастиц оксида железа // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2012. - № 2 - С. 10-15.

20. Thomson K.R., Varma D.K. Safe use of radiographic contrast media // Australian Prescriber. - 2010. - Vol. 33. - № 1.

21. Caro J. J. et al. The risks of death and of severe nonfatal reactions with high-vs low-osmolality contrast media: a meta-analysis // AJR. American journal of roentgenology. - 1991. - Vol. 156, № 4. - P. 825-832.

22. Синицын B.E., Терновой C.K. Магнитно-резонансная томография в новом столетии // Радиология-практика. - 2005. - Т. 4. - С. 17-22.

23. Isidor Isaac Rabi - Biographical. The Official Web Site of the Nobel Prize. URL: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1944/rabi-bio.html. Дата обращения: 03.03.2014.

24. Bloch F. Nuclear induction // Physical review. - 1946. - Vol. 70, № 7-8. - P. 460.

25. Resonance absorption by nuclear magnetic moments in a solid / Purcell E. M. et al. // Physical review. - 1946. - Vol. 69, № 1-2. - P. 37.

26. The Nobel Prize in Physics 1952. The Official Web Site of the Nobel Prize. URL: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1952. Дата обращения: 03.03.2014.

27. Damadian R. Tumor detection by nuclear magnetic resonance // Science. -1971.-Vol. 171, № 3976.-P. 1151-1153.

28. Image formation by induced local interactions: examples employing nuclear magnetic resonance / Lauterbur P.C. et al. // Nature. - 1973. - Vol. 242, № 5394.-P. 190-191.

29. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2003. The Official Web Site of the Nobel Prize. URL: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/ laureates/2003. Дата обращения: 03.03.2014.

30. The micro-imaging station of the TopoTomo beamline at the ANKA synchrotron light source / Rack A. et al. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. -2009.-Vol. 267, № 11.-P. 1978-1988.

31. Synchrotron-based radioscopy with spatio-temporal micro-resolution using hard X-rays / Rack A. et al. // Nuclear Science Symposium Conference Record (NSS'08). - IEEE, 2008. - P. 528-531.

32. Тернов И.М. Синхротронное излучение // Успехи физических наук. -1995. - Т. 165, № 4. - С. 429-456.

33. Михайлин В.В. Синхротронное излучение в исследовании свойств вещества // Соросовский образовательный журнал. - 1996. - Т. 9. - С. 100-106.

34. Hampai D. et al. High-resolution X-ray imaging by polycapillary optics and lithium fluoride detectors combination // EPL (Europhysics Letters). - 2011. -Vol. 96, №6.-P. 60010.

35. Hampai D. et al. LiF detectors-polycapillary lens for advanced X-ray imaging // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. - 2013. -Vol. 720.-P. 113-115.

36. Hampai D. et al. Desktop X-ray tomography for low contrast samples // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. - 2013. - Vol. 309. - P. 264-267.

37. Nakajima K. Compact X-ray sources: Towards a table-top free-electron laser //Nature physics. - 2008. - T. 4. - №. 2. - C. 92-93.

38. Wagner W. et al. An intense channeling radiation source //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. - 2008. - T. 266. - №. 2. - C. 327-334.

39. Azadegan B., Wagner W., Pawelke J. Dependence of the linewidth of planar electron channeling radiation on the thickness of the diamond crystal //Physical Review B. - 2006. - T. 74. - №. 4. - C. 045209.

40. Kwon O.H., Zewail A.H. 4D electron tomography // Science. - 2010. - Vol. 328, № 5986.-P. 1668-1673.

41. Abel N.H. Recherches sur les fonctions elliptiques // Journal für die reine und angewandte Mathematik. - 1827. - Vol. 2. - P. 101-181.

42. Netuka I., Vesely J. Ivar Fredholm a pocätky funkcionälni analyzy // Pokroky matematiky, fyziky a astronomie. - 1977. - Vol. 22, № 1. - P. 10-21.

43. J. Radon. Über die Bestimmung von Funktionen durch ihre Integralwerte längs gewisser Mannigfaltigkeiten // Berichte Sächsische Akademie der Wissenschaften. - 1917. - Vol. 29. - P. 262-277.

44. Bouguer P. Essai d'optique, sur la gradation de la lumiere // Claude Jombert. -1729.

45. Lambert J.H. Photometria sive de mensura et gradibus luminis, colorum et umbrae // Sumptibus viduae Eberhardi Klett - 1760.

46. Beer A. Bestimmung der Absorption des rothen Lichts in farbigen Flüssigkeiten // Annalen der Physik. - 1852. - Vol. 162, № 5. - P. 78-88.

47. Послойная рентгеновская инспекция с помощью компьютерной томографии. URL: http://www.tech-e.ru/2013_l_56.php. Дата обращения: 03.03.2014.

48. Vaughan C.L. Imagining the Elephant: A Biography of Allan MacLeod Cormack // American Journal of Neuroradiology. - 2009. - Vol. 30, № 8. - P. E122-E123.

49. Оптимизация и тестирование томографического метода измерения скорости в объеме потока / A.B. Бильский и др. // Теплофизика и аэромеханика. - 2011. - Т. 18, № 4. - С. 555-566.

50. Закидальский А.П., Самбыкина Э.Е. Сравнительный анализ алгоритмов объемной реконструкции для различных схем сканирования // Реестращя, зберАгання i оброб. даних. - 2003. - Т. 5, № 1. - С. 61-68.

51. Томас В.К. Три письма русских физиков В.К. Рентгену // Успехи физических наук. - 1966. - Т. 90, № 3. - С. 541-544.

52. Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ HAH Украины / М.В. Синьков и др. // Реестращя, збер1гання i обробка даних. -2007.-Т. 9, № 3. - С. 105-116.

53. Феоктистов В.И. Теория томографии // Вестник рентгенологии и радиологии. - 1938. - № 3.

54. Тихонов А.Н. Об устойчивости обратных задач // Докл. АН СССР. -1943. - Т. 39, № 5. - С. 195-198.

55. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я., Тимонов A.A. Математические задачи компьютерной томографии. - М.: Наука. Глав. ред. физико-математической лит-ры, 1987.

56. Кессених A.B. К 100-летию со дня рождения академика Е.К. Завойского // Успехи физических наук. - 2007. - Т. 177, № 9. - С. 1029-1030.

58. Б.К. Вайнштейн. Структурная электронография. - М.: Изд-во АН СССР, 1956.

59. Борис Константинович Вайнштейн (К семидесятилетию со дня рождения) / Боровик-Романов А.С. и др. // Успехи физических наук. -1991.-Т. 161, №7.-С. 205-207.

60. Привет Нобелю от Иванова. URL: http://www.peoples.ru/science/ professor/ivanov. Дата обращения: 04.03.2014.

61. Ринк П.А. Магнитный резонанс в медицине. - М.: Гэотар-мед, 2003.

62. История компании. Научно-производственная фирма "Аз". URL: http://www.az-mri.com/ms/indexll.php. Дата обращения: 04.03.2014.

63. Компьютерные томографы станут российскими. - Издательство "Открытые системы". URL: http://www.osp.ru/cw/2010/18/13002607. Дата обращения: 04.03.2014.

64. Российский компьютерный томограф показал высокую клиническую эффективность. URL: http://www.sdelanounas.ru/blogs/3094. Дата обращения: 04.03.2014.

65. Кармазановский Г. Российский томограф потеснит на рынке медоборудования зарубежные аналоги // URL: http://karmazanovsky.rumedical.com/?p=806. Дата обращения: 04.03.2014.

66. Buttar С.М. GaAs detectors - A review // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. - 1997. - Vol. 395, № 1. - P. 1-8.

67. Исследование зависимости фототока детекторов на основе GaAs: Сг от мощности экспозиционной дозы рентгеновского излучения / P.P. Гараев и др. // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2010. - Т. 53, № 9/2.

68. Частотно-импульсные рентгеновские аппараты / М.М. Штейн и др. // Контроль. Диагностика. - 2007. - № 2. - С. 24-27.

69. Стучебров С.Г. Сравнение параметров систем цифровой рентгенографии // Всероссийский конкурс научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области физических наук в рамках Всероссийского фестиваля науки: Сборник тезисов лауреатов. - Томск: ТПУ, 2011. - С. 239.

70. Рассеяние рентгеновского излучения в деформированных кристаллах / A.C. Гоголев, Ю.М. Черепенников, С.Г. Стучебров, А.Р. Вагнер // Известия вузов. Физика. - 2011. - Т. 54, № 11/2. - С. 262-266.

71. Стучебров С.Г., Попов Ю.А., Дусаев P.P. Системы цифровой рентгенографии для медицинской диагностики // Неразрушающий контроль: Сборник научных трудов I Региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Нерарушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность".-Томск: ТПУ, 2011.-С. 130-131.

72. Стучебров С.Г., Вагнер А.Р., Дусаев P.P. Сравнение параметров цифровых систем рентгенографической диагностики // Известия вузов. Физика. - 2011. - Т. 54, № 11/2. - С. 300-305.

73. Синягина М.А., Лукьяненко Е.В., Стучебров С.Г. Определение параметров детектора рентгеновского излучения GaAs-512-0.1 // Ядерно-физические технологии в клинической и экспериментальной медицине: состояние, проблемы, перспективы: материалы международной школы-конференции. - Томск: КопиТал, 2013. - С. 3435.

74. Ким В.Ю., Стучебров С.Г., Гоголев A.C. Влияние ультразвуковых акустических волн на дифракцию рентгеновского излучения на кристалле кварца // Перспективы развития фундаментальных наук: Сборник научных трудов VIII Международной конференции студентов и молодых ученых. - Томск: ТПУ, 2011. - С. 103-105.

75. X-ray micro-tomography an attractive characterisation technique in materials science / Salvo L. et al. // Nuclear instruments and methods in physics research section B: Beam interactions with materials and atoms. - 2003. -Vol. 200. - P. 273-286.

76. Руководство по эксплуатации: «Многоканальная ионизационная камера для рентгенографической установки сканирующего типа». -Новосибирск: ИЯФ СО РАН, 2006. - 10 с.

77. Acoustic "pumping effect" for quartz monochromators / A.S. Gogolev, S.G. Stuchebrov, A.R. Vagner, Y.M. Cherepennikov, A.P. Potylitsyn // Journal of Physics: Conference Series. - 2012. - Vol. 357, № 1. - P. 012031.

78. Acoustic "pumping effect" for quartz monochromators / A.S. Gogolev, S.G. Stuchebrov, A.R. Vagner, Y.M. Cherepennikov, A.P. Potylitsyn // Radiation from Relativistic Electrons in Periodic Structures (RREPS-11): Book of Abstracts of IX International Symposium. - Egham, September 2011. -Tomsk: TPU Press, 2011. - P. 108.

79. Звягинцев О.А., Стучебров С.Г., Дусаев Р. Р. Устройство синхронизации цифровой рентгеновской системы // III Международная конференция-школа молодых атомщиков Сибири: Сборник тезисов докладов. -Томск: ТПУ, 2012.-С. 115.

80. Стучебров С.Г., Вагнер А.Р., Милойчикова И.А. Использование цифровой рентгеновской установки на базе линейного газоразрядного детектора для изучения внутренней структуры биологических объектов // III Международная конференция-школа молодых атомщиков Сибири: Сборник тезисов докладов. - Томск: ТПУ, 2012. - С. 103-104.

81. Цифровая рентгеновская установка на базе сканирующего рентгеновского газоразрядного детектора для изучения внутренней структуры биологических объектов / С.Г. Стучебров, А.Р. Вагнер, Ю.М. Черепенников, P.P. Дусаев // Известия вузов. Физика. - 2013. - Т. 56, № 4/2.-С. 287-291.

82. Digital X-Ray Apparatus Based on the Scanning R-ray Gas-discharge Detector for Studying of Interior Structure of Biological Objects / S. Stuchebrov, D. Verigin, Y. Lukyanenko, M. Siniagina, A. Wagner // Advanced Materials Research. - 2014. - Vol. 880. - P. 168-173.

83. Iradon. Inverse Radon transform. Math Works. Documentation Center. URL: http://www.mathworks.com/help/images/ref/iradon.html. Дата обращения: 04.03.2014.

84. Ifanbeam. Inverse fan-beam transform. MathWorks. Documentation Center. URL: http://www.mathworks.com/help/images/ref/ifanbeam.html. Дата обращения: 04.03.2014.

85. Control programs. Bruker microCT. URL: http://www.skyscan.be/products/downloads.htm. Дата обращения: 04.03.2014.

86. Методы дендрохронологии. Часть I. Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно-кольцевой информации: Учебно-метод. пособие / С.Г. Шиятов и др. - Красноярск: КрасГУ, 2000.

87. Паспорт: «Комбинированный фантом для компьютерной томографии ААРМ СТ Performance Phantom Ref: 610». - Москва: НПП «Доза», 2013. - 16 с.

88. Stuchebrov S.G., Batranin A.V., Vagner A.R. Setups for tomographic imaging with submillimetric spatial resolution // Radiation from Relativistic Electrons in Periodic Structures (RREPS-13): Book of Abstracts of X International Symposium. - Erevan, 23-27 September 2013. - Tomsk: TPU Publishing House, 2013. - C. 133.

89. Стучебров С. Г. , Батранин А. В. , Лукьяненко Е. В. , Синягина М. А. Установки-прототипы для томографической визуализации с сублиллиметровым пространственным разрешением // Известия вузов. Физика. - 2014 - Т. 57 - №. 2/2. - С. 78-82

90. Ивашков Д. В., Батранин А.В., Стучебров С.Г. Практические аспекты применения рентгеновской томографии в неразрушающем контроле //

122

Ресурсоэффективные системы в управлении и контроле: взгляд в будущее: сборник научных трудов II Международной конференции школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых: в 4 т. - Томск: ТПУ, 2013. - Т. 1,-С. 72-76.

91. Stuchebrov S. G. , Batranin A. V. , Verigin D. A. , Vagner A. R. Setups for tomographic imaging with submillimeter spatial resolution // Journal of Physics: Conference Series. - 2014 - Vol. 517 - №. 1, Article number 012046.-p. 1-5

92. Effective doses in radiology and diagnostic nuclear medicine: a catalog 1 / F.A. Mettler et al. // Radiology. - 2008. - Vol. 248, № 1. - P. 254.

93. Паспорт ЖБИТ2.805.006РЭ: «Дозиметры термолюминесцентные ДТЛ-02». - Версия_2_05.10.2012 - 13 с.

94. Борисенко А.П., Украинцев Ю.Г. Лучевые нагрузки на пациента при легочной флюорографии // Материалы Всероссийского научного форума «Достижения и перспективы современной лучевой диагностики». - М., 2004.-С. 278-285.

95. Дозовые нагрузки при компьютерно-томографических исследованиях / С.А. Хоружик и др. // Известия национальной академии наук Беларуси. Серия медицинских наук. - 2009. - № 1. - С. 14-22.

96. Милойчикова И.А., Стучебров С.Г., Вагнер А.Р. Методы и средства диагностики пучков ионизирующего излучения // III Международная конференция-школа молодых атомщиков Сибири: Сборник тезисов докладов. - Томск: ТПУ, 2012. - С. 107.

97. Милойчикова И.А., Стучебров С.Г., Вагнер А.Р. Методы и средства диагностики пучков ионизирующего излучения // Известия вузов. Физика. - 2013. - Т. 56, № 4/2. - С. 186-196.

98. Лукьяненко Е.В., Синягина М.А., Сухих Е.С., Стучебров С.Г. Определение поглощенной дозы рентгеновского излучения источника РАП 160-5 // Ядерно-физические технологии в клинической и экспериментальной медицине: состояние, проблемы, перспективы:

123

материалы международной школы-конференции. - Томск: КопиТал, 2013.-С. 26-28.

99. Сухих Е.С., Стучебров С.Г. Калибровка плёночного дозиметра Gafchromic ЕВТЗ в рентгеновском диапазоне энергий (40-300 кэВ) // Известия вузов. Физика. - 2013. - Т. 56, № 11/3. _ с. 273-279.

100. Стучебров С.Г., Вагнер А.Р., Сухих Е.С. Оценка дозовых нагрузок при рентгеновской визуализации биологических объектов // Известия вузов. Физика. - 2013. - Т. 56, № 11/3. _ с. 269-272.

101. Стучебров С.Г., Батранин А.В., Вагнер А.Р. Дозовые нагрузки при томографических и проекционных визуализациях на установках с субмиллиметровым пространственным разрешением // IV Международная школа-конференция молодых атомщиков Сибири: сборник тезисов докладов. - Томск: ТПУ, 2013. - С. 48.

102. Estimation of Radiation Doses in X-Ray Visualization of Biological Objects / S. Stuchebrov, A. Batranin, D. Verigin, Y. Lukyanenko, M. Siniagina, A. Wagner // Advanced Materials Research. - 2014. - Vol. 880. - P. 53-56.

103. Милойчикова И. A. , Стучебров С. Г. , Черепнев M. С. Методика определения дозовых нагрузок при выходе рентгеновского источника на рабочий режим // Перспективы развития фундаментальных наук: сборник научных трудов XI Международной конференция студентов и молодых ученых, Томск, 22-25 Апреля 2014. - Томск: ТПУ, 2014 - С.

147-149.