Первый трехмерный цветной рентгеновский снимок человека с использованием технологии CERN

Рентгенография является одним из наиболее эффективных методов диагностики различных заболеваний тканей и органов человеческого организма. Получение изображения основано на ослаблении рентгеновского излучения при его прохождении через различные ткани с последующей регистрацией его на рентгеночувствительную плёнку. В результате прохождения через образования разной плотности и состава пучок излучения рассеивается и тормозится, в связи с чем на пленке формируется изображение разной степени интенсивности. В результате, на плёнке получается усреднённое, суммационное изображение всех тканей (тень). Из этого следует, что для получения адекватного рентгеновского снимка необходимо проводить исследование рентгенологически неоднородных образований.

История рентгенологии начинается в 1895 году, когда Вильгельм Конрад Рентген впервые зарегистрировал затемнение фотопластинки под действием рентгеновского излучения. Им же было обнаружено, что при прохождении рентгеновских лучей через ткани кисти на фотопластинке формируется изображение костного скелета. Это открытие стало первым в мире методом медицинской визуализации, до этого нельзя было прижизненно, не инвазивно получить изображение органов и тканей. Рентгенография очень быстро распространилась по всему миру.

За 123 года вид рентгеновского снимка не претерпел изменений. Однако 10 июля 2018 года на сайте CERN была опубликована новость о настоящем прорыве в области лучевой диагностики.

Что, если вместо черно-белого рентгеновского снимка врач больного раком имел доступ к цветным изображениям, идентифицирующим сканируемые ткани? Этот метод рентгенографии мог бы давать более четкие и точные снимки и помогать врачам ставить своим пациентам более точные диагнозы. Это стало реальностью благодаря новозеландской компании, которая впервые исследовала человеческое тело с использованием цветного медицинского сканера на основе технологии Medipix3, разработанной в CERN. Ученые из университетов Кентербери и Отаго (Новая Зеландия) отец и сын Фил и Энтони Батлер представили результат 10-летних исследований и разработки нового продукта на основании технологий CERN.

Medipix- это семейство считываемых микросхем для обработки изображений и обнаружения частиц. Первоначальная концепция Medipix заключается в том, что она работает как камера, обнаруживая и подсчитывая каждую отдельную частицу, поражающую пиксели, когда ее электронный затвор открыт. Это позволяет получать высококонтрастные, высококонтрастные и очень надежные изображения, что делает его уникальным для приложений обработки изображений, в частности в медицинской области. Первоначально технология гибридного пиксельного детектора была разработана для отслеживания частиц на Большом адронном коллайдере, а последовательные поколения чипов Medipix продемонстрировали большой потенциал технологии вне физики высоких энергий. MARS Bioimaging Ltd, которая занимается коммерциализацией 3D-сканера, связана с университетами Отаго и Кентербери. Последний, вместе с более чем 20 научно-исследовательскими институтами, формирует третье поколение сотрудничества Medipix. Чип Medipix3 является самым современным чипом, доступным сегодня, и профессор Фил Батлер признает, что «эта технология отталкивает машину от диагноза, потому что ее небольшие пиксели и точное энергетическое разрешение означают, что этот новый инструмент обработки изображений способен получать изображения, которые никакой другой инструмент для создания изображений не может достичь».

Решение MARS объединяет спектроскопическую информацию, генерируемую детектором с поддержкой Medipix3, с мощными алгоритмами для генерации трехмерных изображений. Цвета представляют различные уровни энергии рентгеновских фотонов, регистрируемые детектором, и, следовательно, позволяет идентифицировать различные структуры тела, такие как жир, воду, кальций, а также признаки патологии.

До сих пор исследователи использовали небольшую версию сканера MARS для изучения рака, состояния костей и суставов, а также сосудистых заболеваний, которые вызывают сердечные приступы и инсульты.

«Во всех этих исследованиях перспективные ранние результаты показывают, что, когда спектральная визуализация используется в клиниках, это позволяет более точно диагностировать и персонализировать лечение», - говорит профессор Энтони Батлер.

Группа Knowledge Transfer от CERN имеет многолетний опыт в передаче технологий CERN, в частности для медицинских приложений. В случае 3D-сканера между ЦЕРНом было создано лицензионное соглашение от имени сотрудничества Medipix3 и MARS Bioimaging Ltd. Как говорит Аурели Пезус, сотрудник по передаче знаний CERN заявляет: «Всегда приятно видеть, что наша работа приносит пользу для пациентов во всем мире. Реальные приложения, такие как это, подпитывают наши усилия, чтобы достичь еще большего».

В ближайшие месяцы пациенты нескольких клиник ортопедии и ревматологии в Новой Зеландии будут обследованы при помощи революционного сканера MARS в клиническом испытании, которое является первым в мире, прокладывающим путь для дальнейшего рутинного использования этого оборудования нового поколения.