|
|
|
|
|
| Radiogram lidského vlasu měřený tenkým scintilátorem monitorovaným CCD čipem | Radiogram lidského vlasu měřený zařízením typu Medipix | Srovnání patternů radiogramů lidského vlasu | Radiogram mušky uvězněné v jantaru |
|---|
Radiografie je technika využívající záření X (elektromagnetické vlnění pocházející z elektronového obalu atomu) k zobrazování vnitřní struktury předmětu. Základní techniky jsou založeny na zobrazování nehomogenního rozložení v jeho hustotě. Čím má předmět vyšší hustotu, tím je větší míra absorpce záření X a tím předmět vrhá sytější stín. Technika založená na tomto principu se nazývá Transmisní radiografie (Transmission radiography nebo Light-field imaging). Její nevýhodou v lékařských aplikacích je, že pro dosažení dobrého kontrastu musí dojít k dostatečné absorpci záření X ve zkoumaném předmětu, což v důsledku zvyšuje dávku, kterou pacient obdrží. S hustotou prostředí kromě absorpce souvisí též jeho index lomu, a to navíc mnohem silněji. Na rozhraní dvou prostředí s různým indexem lomu dochází k lomu paprsků, což se např. v případě arterie projeví "zesvětlením" jejích okrajů. Takto zvýrazněné okraje pomáhají zobrazit objekty s malým kontrastem v jejich stínech. Tento způsob zobrazování objektů se nazývá Phase-shift contrast technique a využívá fotony, které se pružně rozptýlily v dopředném směru. Využívá tedy fotony, které nepředávají látce žádnou energii a nezvyšují tak dávku, kterou pacient obdrží. To je důvod, proč je tato technika vyvíjena hlavně v lékařských aplikacích.
Obě dvě výše zmíněné techniky dávají informaci o rozložení hustoty ve zkoumaném vzorku. Nedávají však žádnou informaci o uspořádání atomů. Tato informace je nesena fotony, které jsou koherentně rozptýleny na uspořádaných atomech. Technika zobrazování využívající záření rozptýlené mimo primární svazek je nazývána Dark-field imaging. V současné době je zkoumán potenciál této techniky v lékařství. Do této techniky se někdy též zahrnují metody využívající nekoherentně rozptýlené fotony (Comptonův rozptyl). Tyto fotony sice nenesou informaci o uspořádání atomů, ale jen o lokální hustotě materiálu. Umožňují však zkoumání vnitřní struktury předmětů v těch případech, kde není možný přístup z obou jejich stran (viz úloha: "3D zobrazování pomocí Comptonova rozptylu" uvedená níže).
V poslední době nastal velmi významný pokrok ve vývoji detektorů záření X. Nové typy detektorů (např. zařízení typu Medipix/Timepix) poskytují doposud nevídané možnosti měření. Je zde tedy velká poptávka vyzkoušet tyto detektory v co nejvíce rozmanitých praktických situací. I když níže uvedené návrhy studentských prací jsou napsány spíše obecně, konkrétní zadání bude obsahovat též konkrétní aplikaci, ve které se má nový typ detektoru vyzkoušet.
Pixelové zobrazovací detektory rodiny Medipix/Timepix představují technologickou špičku v jaderné instrumentaci. Jsou vyvíjeny mezinárodním sdružením výzkumných organizací v CERN. Jedná se o plně digitální hybridní polovodičové detektory s jedinečnými vlastnostmi. Každý jejich pixel umožňuje registrovat s vysokým rozlišením pro každou detekovanou částici několik vlastností současně. Lze například zaznamenat nejen počet částic (intensitu záření), ale i jejich energetické spektrum, čas a často i směr letu. Díky hybridní konstrukci lze tyto detektory uzpůsobit pro zobrazování s různými druhy záření: rentgenové a gama záření, nabité částice, rychlé i pomalé neutrony.
Vynikající detekční vlastnosti umožňují využívat nové zobrazovací principy a povýšit tak radiografii na novou úroveň. V současnosti se jedná o velmi rychle se rozvíjející technologii s rostoucím množstvím aplikací: Od čistě vědeckých (včetně použití ve vesmíru), přes zobrazování v medicíně (radiografie, scintigrafie, SPECT, PET, monitoring radioterapie, iontová terapie), průmyslové použití (studium nových materiálů a nedestruktivní testování, elektronová mikroskopie, bezpečnostní aplikace) až po radiační ochranu a sledování životního prostředí. O vysoké úrovni této technologie svědčí i její použití ve vesmíru na palubě ISS ve spolupráci s NASA nebo na palubě družice ve spolupráci s ESA.
Studenti se zájmem o tuto oblast zobrazování budou spolupracovat se světovou špičkou v oboru a podle zájmu navštíví a postupně se seznámí s nejmodernějším vybavením u nás i na spolupracujících pracovištích v zahraničí jako je CERN, Centrum hadronové teratie v Heidelbergu (HIT), Centrum pokročilého preklinického zobrazování 1. LF UK, VTT Helsinki, DTU Copenhagen atd. Náplň studentských prací bude uzpůsobena tak, aby odpovídala zájmu studenta, a může zahrnovat tyto činnosti: