Рентгеновские снимки станут цветными благодаря коллайдеру

Технологии большого адронного коллайдера позволили создать рентгеновские аппараты, дающие цветное изображение и позволяющие врачам ставить более точные диагнозы.

Обычные рентгеновские снимки – черно-белые; иногда, чтобы глазу проще было заметить разницу, с помощью компьютера их окрашивают в так называемые «условные цвета». А вот новый рентгеновский аппарат, разработанный учеными из ЦЕРН совместно со специалистами из Новой Зеландии на основе детекторов элементарных частиц для LHC, позволяет видеть рентгеновские лучи в цвете по-настоящему.
Кому важно знать, какого цвета рентген?

Такая характеристика света, как цвет, связана с длиной волны светового излучения. Длинные волны глаз воспринимает как красные, короткие – как фиолетовые, а остальной спектр располагается по убыванию длины волны от оранжевого к синему. И названия «ультрафиолетовый» и «инфракрасный» появились потому, что в спектре эти излучения лежат за фиолетовым и красным цветом соответственно. Некоторые организмы даже могут видеть эти невидимые цвета, однако передать их ощущение невозможно, приходится довольствоваться простым указанием длин волн.

Длина волны излучения также связана с энергией – чем длина волны короче, тем больше энергия. Рентгеновские лучи имеют еще меньшую длину волны, чем ультрафиолет, а их энергия еще больше, поэтому они способны как проникать через тело, так и повреждать клетки. При лучевой терапии рака используются оба этих эффекта, а вот при диагностике – только первый. И чем меньше доза излучения, тем меньше вероятность нежелательных последствий рентгеновского обследования.

Есть «рентгеновские аппараты», которые применяются уже не медиками, а физиками и материаловедами для просвечивания образцов мощным пучком излучения. Рентгеновский лазер XFEL, в строительстве которого принимает участие и Россия, будет иметь в длину 3,5 километра и тоже будет работать на технологии, разработанной для ускорителей заряженных частиц.

А чтобы уменьшить дозу не в ущерб точности диагноза, различные ухищрения придумывают уже физики: создаются более чувствительные детекторы для излучения, системы восстановления объемного изображения по серии снимков (томография) и даже цветной рентген.
Из ускорителя в госпиталь

Изначально цветной рентген был придуман вовсе не для просвечивания пациентов, а для экспериментов в области физики элементарных частиц. Ведь цвет, как уже говорилось, – это длина волны, и долгое время врачам было не особенно интересно то, какого именно «цвета» лучи прошли сквозь пациента, лишь бы изображение было резким, а доза – поменьше.

А вот физикам длина волны как раз была нужна в первую очередь, поскольку она несет информацию о том, с какой энергией частица попала в детектор и в каких реакциях могла участвовать. И чем точнее будет эта информация, тем лучше: создаваемые для экспериментов на ускорителях детекторы совершенствовались именно в этом направлении.

Все поменялось тогда, когда стало понятно, что энергия рентгеновских лучей (то есть длина волны, то есть цвет) меняется в зависимости от того, через какой материал проходит излучение. Этот эффект полностью аналогичен тому, который может наблюдать каждый, глядя на цветные стекла: разные секции витражей могут иметь одинаковую прозрачность, но совершенно разный цвет.

Возможность однозначно отличить один материал от другого по пропускаемому им излучению постоянно используется на практике – например, для химического анализа растворов или газовых смесей. А если можно отличить одно вещество от другого просто глядя на то, какого цвета образец, то что мешает применить такой же метод для выявления злокачественных опухолей или исследования структуры органов, которые сами по себе плохо задерживают рентгеновские лучи?

Только одно: медицинские рентгеновские детекторы «цвета» не видят. Но зато прибор, созданный физиками, с этим прекрасно справляется!

И как показали предварительные клинические исследования – действительно, при помощи нового оборудования можно, например, отличить жировую ткань от ткани печени (http://ir.canterbury.ac.nz//handle/10092/2908). Если учесть, что детекторы производятся серийно, в будущем можно ожидать и массового производства «цветных» рентгеновских аппаратов.