Портативная комптоновская камера сделала томограмму in vivo — Naked Science
7 минут
Редакция

Портативная комптоновская камера сделала томограмму in vivo

Исследователи из Университета Васэда и Университета Осаки впервые провели полноцветную трехмерную визуализацию живого организма с помощью комптоновской камеры весом всего 580 граммов.

20170518_eyecatch
©Wikipedia

Существующие методы томографии основаны на детекции элементарных частиц, возникающих при полураспаде радионуклидов, введенных в организм пациента. Несмотря на широкое распространение, они обладают рядом недостатков. Так, позитронно-эмиссионная (ПЭТ) и однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) позволяют работать только с гамма-квантами определенных низких энергий — 511 и 300–400 килоэлектронвольт соответственно. Это ограничивает параллельное использование нескольких изотопов и, как следствие, точность диагностики (например «обычного» воспаления и раковой опухоли на ранних стадиях). Также расширение диапазона доступных препаратов могло бы сократить расходы на их получение в лабораторных условиях.

 

Более перспективной считается визуализация с помощью комптоновской камеры. Принцип работы такого устройства заключается в регистрации комптоновского рассеяния гамма-квантов на свободных электронах. Взаимодействуя с веществом, фотоны в этом случае не интерферируют, при этом их частота, за счет передачи части энергии электронам, уменьшается. Этот метод менее зависим от состава излучения и позволяет использовать радионуклиды с широким диапазоном энергий — от 300 килоэлектронвольт до двух мегаэлектронвольт. Однако до сих пор прототипы комптоновской камеры были громоздкими и, из-за низкой чувствительности, требовали длительного времени на обследование. Кроме того, они не предполагали возможности для трехмерной визуализации живого организма.

 

Двухмерная визуализация всех гамма-квантов (d), только иода-131 (a), стронция-85 (b), цинка-65 (c) и проекция всех снимков на трехмерное пространство (e) / ©Aya Kishimoto et al., Scientific Reports, 2017

 

В 2011 году ученые представили прототип комптоновской камеры размером 4,9×5,6×10,6 сантиметра. Система состоит из сцинтиллятора (вещества, излучающего свет при поглощении гамма-квантов) — монокристалла Gd3Al2Ga3O12, легированного церием, — и счетчика фотонов со множеством ячеек (multi-pixel photon counter) на рассеивателе и поглотителе. В тестах с фантомами (шприцами) пространственное разрешение устройства превысило три миллиметра, а характеристическая эффективность достигла 0,06 процента для гамма-квантов с энергией 662 килоэлектронвольта. Теперь авторы испытали разработку на мыши. Самцу вводили три изотопа — редко (иод-131, стронций-85) или вовсе не используемых (цинк-65) в ПЭТ и ОФЭКТ, — после чего обследовали его под 12 углами с шагом в 30 градусов.

 

Трехмерные изображения животного восстанавливались с помощью EM-алгоритма. Анализ показал, что мишенью каждого изотопа выступали разные внутренние органы, например щитовидная железа — иода-131, печень, сердце, легкие — цинка-65. Регистрация гамма-квантов соответствовала выбросам энергии в широком диапазоне — 364, 514 и 1116 килоэлектронвольт. При этом измерение с одной позиции занимало у ученых примерно 10 минут, а на полное обследование ушло около двух часов (несколько камер могут сократить время до 10 минут). Пробные измерения с натрием-22 и цезием-137 также подтвердили, что система обладает разрешением 2,76–3,51 миллиметра в одномерной проекции и позволяет фиксировать 1,12×105 события с разрешением 5,33–6,31 миллиметра в двухмерной.

 

По словам авторов, несмотря на успешную визуализацию, пространственное разрешение новой камеры по-прежнему несколько ниже показателя ПЭТ. Причиной тому служит неспецифичность детектора гамма-квантов: в отличие от традиционных томографов, он работает не с определенной величиной, но с диапазоном энергий (особенно сильно разрешение ухудшалось при энергиях свыше мегаэлектронвольта). В то же время прототип уже обладает сопоставимой с ОФЭКТ эффективностью регистрации и позволяет одновременно использовать несколько радионуклидов.

 

Статья опубликована в журнале Scientific Reports.

 

Ранее международная группа ученых испытала новую технику медицинской визуализации с использованием квантовых точек в качестве флуоресцентных меток.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

4 часа назад
2 минуты
Илья Ведмеденко

Сегодня, в 13:15 (мск), NASA начнет трансляцию исторического события: первого полета вертолета Ingenuity, доставленного на Марс вместе с планетоходом Perseverance. Посмотреть трансляцию можно на нашем сайте.

Вчера, 21:00
7 минут
Василий Парфенов

Уже этой осенью в путешествие отправится крупнейший из созданных человеком космических телескопов — JWST. Он не только сменит на «посту» стремительно устаревающего «Хаббла», но и существенно раздвинет границы нашего понимания Вселенной. Американские астрономы с помощью моделирования показали, насколько быстро этот научный инструмент сможет обнаружить биосигнатуры в атмосферах планет у других звезд.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

16 апреля
8 минут
Александр Березин

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

Вчера, 21:00
7 минут
Василий Парфенов

Уже этой осенью в путешествие отправится крупнейший из созданных человеком космических телескопов — JWST. Он не только сменит на «посту» стремительно устаревающего «Хаббла», но и существенно раздвинет границы нашего понимания Вселенной. Американские астрономы с помощью моделирования показали, насколько быстро этот научный инструмент сможет обнаружить биосигнатуры в атмосферах планет у других звезд.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

26 марта
12 минут
Василий Парфенов

Похоже, история с американскими военными и «неопознанными воздушными феноменами» только набирает обороты. Новое расследование раскрыло многократные встречи нескольких кораблей Военно-морского флота Соединенных Штатов с аномально ведущими себя летательными аппаратами. Причем происходило это вне пределов досягаемости для любого коммерческого дрона или иного известного компактного БПЛА.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: