Tomografia komputerowa (TK) zrewolucjonizowała dziedzinę obrazowania medycznego, choć jej zasadniczą wadą jest narażenie pacjenta na wysokie dawki promieniowania rentgenowskiego. W ramach projektu VOXEL naukowcy opracowali nowoczesną technologię obrazowania wolumetrycznego 3D wykorzystującą bardzo niskie dawki promieniowania rentgenowskiego, aby zmniejszyć ryzyko związane z ekspozycją na promienie X - poinformował Unijny Serwis Informacyjny Badań i Rozwoju (CORDIS).

Tomograf komputerowy jest wyposażony w obracające się źródło promieni rentgenowskich, które wykonuje tysiące zdjęć w różnych projekcjach, pozwalające na zbudowanie przekrojowego, cyfrowego obrazu obiektu w 3D. Jest to konieczne, gdyż detektor widzi jedynie cień całego obiektu w każdej projekcji.

Nowoczesna kamera promieni rentgenowskich

Członkowie finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu VOXEL postanowili pokonać te ograniczenia wykorzystując do tego celu obrazowanie plenoptyczne. Koordynatorka projektu Marta Fajardo wyjaśnia: „nasze urządzenie nie tylko rejestruje światło, które dociera do detektora, ale również kierunek, z którego do niego trafia. To oznacza, że możemy prowadzić dość dokładne obliczenia dla każdego punktu obiektu w 3D na podstawie zaledwie jednej projekcji”.

W skład zespołu naukowego projektu VOXEL wchodzą liderzy zajmujący się dziedzinami takimi jak metrologia RTG, czujniki czoła fali, fizyka atomowa, obliczenia matematyczne i obrazowanie medyczne 3D. W trakcie trwania projektu opracowali oni nowoczesną kamerę obejmującą źródło promieniowania rentgenowskiego, kolimator pozwalający na naświetlenie obiektu w możliwie najwydajniejszy sposób, a także soczewkę, matrycę rejestrującą kierunek, z którego dociera wiązka oraz czujnik. To pierwsza tego typu kamera opracowana z myślą o badaniach RTG.

Naukowcy musieli pokonać szereg technicznych trudności związanych ze skonstruowaniem układu optycznego promieniowania rentgenowskiego. Wykorzystali oni wiedzę konstrukcyjną i badania matematyczne prowadzone na prototypie z zastosowaniem światła widzialnego, co pozwoliło zawęzić konstrukcję rentgenowskiego układu optycznego. Dzięki temu naukowcy zbudowali dwa prototypy kamery – jeden na potrzeby badań mikroskopowych małych komórek biologicznych z użyciem miękkiego promieniowania rentgenowskiego, zaś drugi na potrzeby obrazowania małych zwierząt z użyciem twardego promieniowania RTG.

.... ZOBACZ RÓWNIEŻ: Sztuczna inteligencja zmienia oblicze opieki okulistycznej Powstaje nieinwazyjny system monitorowania poziomu glukozy we krwi Gabinet drWidget: dbamy o czas pacjentów i personelu medycznego

Naukowcom udało się jak dotąd uchwycić pierwsze obrazy plenoptyczne z wokseli, a obróbka otrzymanych danych jest w toku. Niemniej jednak pomiary, jakich dokonali, pozytywnie zweryfikowały konstrukcję kamery i skuteczność pozyskiwania informacji w 3D w bardzo wysokiej rozdzielczości i przy użyciu miękkiego promieniowania rentgenowskiego. „Niewątpliwie naszym największym osiągnięciem jest skuteczność plenoptycznego obrazowania z wykorzystaniem promieni RTG”, mówi Fajardo. Dodaje również, że zespoły naukowe są bardzo bliskie skonstruowania kamery 3D do badania małych próbek zwierzęcych lub do badań histologicznych. Obrazowanie całego ciała człowieka na tym etapie nie jest możliwe i wymagałoby dalszych zaawansowanych badań nad układami optycznymi promieniowania rentgenowskiego.

Perspektywy kamery RTG na przyszłość

Zdaniem Fajardo cztery lata temu twórcy projektu VOXEL porwali się na niezwykle ryzykowne przedsięwzięcie, jednak aktywna i ścisła współpraca kilku zespołów przyniosła doskonałe rezultaty. Zdobyta wiedza i współpraca w ramach całego projektu pomogły członkom zespołu w wypracowaniu sobie wysokiej pozycji na tym polu i przyczyniły się do wyszkolenia następnego pokolenia młodych naukowców.

Dzięki wyeliminowaniu obrotowego źródła promieni RTG i obrotów próbki, przełomowa technologia VOXEL umożliwia użycie skrajnie niskich dawek promieniowania, co ma ogromne znaczenie dla medycyny i biologii. Zanim kamera RTG wejdzie na rynek komercyjny naukowcy, pomimo zadowolenia z prototypów, będą musieli pokonać dalsze wyzwania.

Partner przemysłowy projektu VOXEL już zabezpieczył środki z programu dla przyszłych i rozwijających się technologii z przeznaczeniem na zbadanie potencjału komercyjnego kamery RTG. Dodatkowe finansowanie będzie niezbędne do zwiększenia poziomu gotowości technologii prototypowej oraz wsparcia jej przyszłego rozwoju od weryfikacji koncepcji aż po innowację medyczną.

© Unia Europejska, [2020] | źródło: CORDIS