Рентгеновская микротомография с использованием увеличивающих рентгенооптических элементов, страница 3

Главным фактором,ограничивающим разрешение, является дифракция излучения на пути от объекта додетектора.Глава 3 Посвящена описанию созданных микротомографов и экспериментам порентгеновской микротомографии с использованием увеличивающих рентгенооптическихэлементов. Данная глава состоит из 5 разделов.Параграф 3.1 представляет собой обзор созданных нами рентгеновскихмикротомографов.

В их конструкции используются как линейные позиционночувствительные детекторы, так и детекторы на базе CCD-матриц. Применениеразличныхувеличивающихрентгенооптическихэлементовпозволилодостичьразрешения от 1 мкм до 100 мкм при поле зрения от 1 мм до 100 мм соответственно.Краткие характеристики созданных приборов приведены в таблице 1Таблица 1 Краткие характеристики созданных микротомографов.НомерПолеРазрешение Тип используемогоИспользуемыемикротозрениядетекторарентгенооптическимографае элементыЛинейныйпозиционно10.1×100 мм150 мкмчувствительныйдетектор с линиейзадержкиCCD-матрица210×10 мм13 мкм1024×1152 пикселяCCD-матрицаМногоэлементная31×1 мм6 мкм2048×2048 пикселя пузырьковая линзаАсимметричносрезанныеCCD-матрица40.6×0.6 мм1-2 мкмсовершенные2048×2048 пикселякристаллымонохроматорыВ разделе 3.2 описан дифрактометр ДРШ, используемый автором для рядатомографическихисследований.Даютсяоценкиточностиреконструкциипространственного разрешения и чувствительности прибора.

Описываются некоторые13эксперименты, выполненные автором на этом приборе. В частности приведенырезультаты исследования внутреннего строения тритона Salamandrella keyserlingii(Cибирский углозуб).Рис. 6. Реконструкции эпифизов головного мозга человека14Вразделе3.3приведеноописаниерентгеновскогомикротомографа,сконструированного автором на базе дифрактометра Амур-1, с использованиемдвумерного детектора – ПЗС-матрицы. Использование ПЗС-матрицы позволилоулучшить разрешение до ~13 мкм, при уменьшении времени проведения экспериментадо полутора часов.Вразделе3.4представленырезультатынекоторыхтомографическихисследований, проведённых на описанном в пункте 3.3 микротомографе.

В частности,нами были исследованы эпифизы в норме и при наличии патологии – болезниАльцгеймера и шизофрении. Разрешение на уровне 10-13 мкм позволило увидетьструктуру кальциевых конкрементов. Установлено, что при шизофрении по сравнению сгруппой сравнения уменьшено количество и относительная плотность мозгового песка.На рис. 6 представлены реконструкции некоторых эпифизов головного мозга человекаРаздел 3.5 посвящен описанию созданного лабораторного микротомографа сиспользованием микрокапиллярной линзы (рис. 7). Данная конструкция, по оценкамавтора, позволят получать реконструкции внутренней структуры объекта с разрешением3-6 мкм при поле зрения до 1 мм.

Для проведения томографических исследованийсобрана рентгенооптическая схема с двукратным увеличением.612345Рис.7. Схема экспериментальной установки. 1-источник, 2- блок монохроматора3- исследуемый объект на гониометрическом столике 4- диафрагма, 5- многоэлементнаялинза, 6 двумерный детектор на базе CCD-матрицы.На рис. 8 приведена трёхмерная реконструкция зуба геккона Pachydactylus bibroniiс увеличением в 2 раза и разрешением 6 мкм.15Рис.8. Томографическая реконструкция зуба геккона с двукратным увеличением.Впункте3.6.описываетсясозданныйлабораторныймикротомографсиспользованием асимметрично срезанных кристаллов монохроматоров (рис.

9). Наширасчёты показали , что данная конструкция позволят получать реконструкциивнутренней структуры объекта с разрешением 1-2 мкм при поле зрения до 1 мм. Дляпроведения томографических исследований собрана рентгенооптическая схема сувеличением в 20 раз.5324Рис.9. Схема экспериментальной установки. 1-источник, 2- исследуемый объект нагониометрическом столике 3,4- асимметрично срезанные кристаллы монохроматоры,6 двумерный детектор на базе CCD-матрицы.На рис. 10 приведена трёхмерная реконструкция зуба геккона Pachydactylusbibronii с увеличением 20 раз и разрешением ~1 мкм.16Рис.10.

Томографическая реконструкция и поперечное сечение зуба геккона сувеличением 20 раз.ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ1.Впервые показано, что излучение в интервале длин волн 0.07-0.23 нм,обычно используемое в рентгеноструктурном анализе и соответствующее длинам волншироко распространённых рентгеновских трубок, наиболее приемлемо для исследованияструктурыбиологическихобъектовслинейнымиразмерами1-100ммссубмиллиметровым, и даже микронным разрешением.

В этом диапазоне длин волннаблюдается наилучший контраст между мягкими тканями и окружающей средой(водой), а радиационная нагрузка на исследуемый объект является минимальной. Вчастности, для линейных размерах объекта порядка 1 см она составляет ~1 Гр, приточности восстановления 10 % на длине волны 0.15 нм.2.Разработаны конструкции нескольких микротомографов.- Микротомограф на базе дифрактометра ДРШ с полем зрения до 100 мм приразрешении порядка 150 мкм. В конструкции этого прибора используетсялинейный позиционно чувствительный детектор. В этом микротомографереализована послойная схема сканирования.-Микротомограф на базе дифрактометра АМУР-1 с полем зрения до 10 мм приразрешении порядка 10 мкм. В конструкции этого прибора используетсядвумерный CCD-детектор. Использование такого детектора позволило отказаться17от послойной схемы сканирования и, тем самым, уменьшить время проведенияисследований с нескольких дней, до полутора часов.- Внесение в конструкцию описанного выше микротомографа увеличивающегорентгенооптическогоэлемента–многоэлементнойпреломляющейлинзы,позволило улучшить разрешение до ~6 мкм при поле зрения ~2 мм- Для исследования объектов с разрешением ~1 мкм при поле зрения ~1 мм, созданмикротомограф с использованием увеличивающей оптики на базе асимметричносрезанных отражающих кристаллов Si(220) с коэффициентом асимметрии 20.3.Создан комплекс программного обеспечения для обработки данныхтомографическихэкспериментовреализующийметодсвёрткииобратногопроецирования и модифицированный автором алгебраический метод.

Реализованнаяавторомвозможностьраспараллеливанияэтихалгоритмовнанескольковычислительных узлов позволяет эффективно использовать разработанные программына современных многопроцессорных компьютерах. Проведён детальный анализточности методов реконструкции. Выполнен анализ влияния шумов эксперимента нарезультаты томографических исследований.4.Исследована структура двух медико-биологических объектов.- Впервые систематически изучена пространственная организация шишковиднойжелезы (эпифиза) головного мозга человека с разрешением ~10 мкм. Наосновании более 30 независимых реконструкций показано, что конкрементнаяструктура эпифиза в норме существенно отличается, по крайней мере, для двухпатологий – шизофрении и болезни Альцгеймера.-Исследованы особенности строения опорно-двигательного аппарата и другихчастейскелетамикрогравитации.гекконаСPachydactylusпомощьюbibroniрентгеновскойвнормеивмикротомографииполучены достоверные свидетельства того, чтоусловияхвпервыеминеральный обмен неподвергается изменениям при наличии реакции опоры у этих экспериментальныхживотных.

В частности, для образцов, побывавших в невесомости средний покости линейный показатель поглощения составляет величину 0.24 мм-1, а дляконтрольной группы – 0.23 мм-1.18Основные результаты диссертационной работы отражены в следующихстатьях:1. В.Е. Асадчиков, А.В. Бузмаков, Р.А. Сенин и др. “Рентгеновский дифрактометр сподвижной системой излучатель-детектор” //Приборы и техника эксперимента,№3, c. 99-107 (2005).2.

А.В. Андреев, В.Е. Асадчиков, А.В. Бузмаков, Ю.В. Пономареви др.“Рентгеномикроскопические методы в исследовании трековых мембран ибиологических объектов”// Мембраны №3 (27), 2005. c.17-27.3. А.В.Андреев, В.Е. Асадчиков, А.В. Бузмаков, А.А. Коновко, Ю.В.Пономарев,Р. А. Сенин и др. “Двумерное увеличение изображения в рентгеновскоммикроскопе асимметричного отражения. ” // Письма в ЖЭТФ, том 85, вып. 1,2007 г., с. 106-1084. М.В.Чукалина,А.В.Бузмаков,Д.П.Николаевидр.“Рентгеновскаямикротомография на лабораторном источнике: техника измерений и сравнениеалгоритмов реконструкции.” // Измерительная техника, №2, 2008 г., стр. 19-245. Гулимова В.И., Никитин В.Б., Асадчиков В.Е., Бузмаков А.В и др. “Морфологиятолстопалого геккона (Pachydactylus bibronii Smith, 1846) после 16-суточногокосмического полёта.

” // Морфология, 2006, №4, с.41-42.6. Фокин Е.А., Савельев С.В., Гулимова В.И., Асадчиков В.Е., Сенин Р.А.,Бузмаков А.В. “Морфогенез и пространственная организация конкрементовэпифиза человека при болезни Альцгеймера, шизофрении и алкоголизме.”//Архив патологии, 2006, Т.68, №5, c.20-22.7. Gulimova V.I. , Nikitin V.B., Asadchikov V.E., Buzmakov A.V., Okshtein I.L.,Almeida E.A.C., Ilyin E.A., Tairbekov M.G., Saveliev S.V. “Effect of 16-dayspaceflight on the morphology of thick-toed geckos (Pachydactylus turneryGray, 1846).” // Journal of Gravitational Physiology, 2006, V.13, N.1, P. 197-200.8.

Т.Н. Данильчук. В.Е. Асадчиков, А.В. Бузмаков, Д.А. Золотов. “Рентгеновскаятомография при исследовании изменений структуры зерновок в процессесолодоращения.”// Пиво и напитки: безалкогольные и алкогольные напитки, сокивино. №2, 2008, с. 20-219. В.В. Аристов,Л.Г. Шабельников,Я.Л. Шабельникова,Т.А. Сагдуллин,В.Я. Панченко, А.В. Евсеев, М.М. Новиков, В.Е. Асадчиков, А.В. Бузмаков19“Рентгеновские преломляющие линзы, имеющие профиль вращения, смасштабным сокращением радиуса кривизны” // Доклады Академии Наук2009, том 426, №6, с.

750-753202122.