Jeden Tag ist eine Person Strahlung ausgesetzt: Radongas sammelt sich in Wohnungen an, wir erhalten Strahlungsdosen aus dem Weltraum, dem Boden. Für ein Jahr erhalten wir durchschnittlich 3 mSv, von denen die Mehrheit Radon ist. In Russland bieten
formell 1,4 mSv pro Jahr medizinische Dienstleistungen an. In Wirklichkeit kann diese Zahl jedoch höher sein, da Sicherheitsverfahren und veraltete Geräte nicht eingehalten werden.
Eine Gruppe chinesischer Wissenschaftler beschloss, einen Weg zu finden, um die Strahlungsmenge von Röntgenbildern zu reduzieren: Die Forscher
schlagen vor , anstelle der üblichen Röntgentechnologie eine Einzelpixelkamera, Filter und Geisterbildtechnologie zu verwenden.
Für die Fotografie wird traditionell ein Objektiv verwendet, das den Lichtfluss auf eine Matrix lichtempfindlicher Elemente lenkt. Je mehr solche Elemente, desto besser das Bild. Es gibt jedoch Methoden zur
Verwendung einer lichtempfindlichen Matrix mit nur einem Pixel , die ohne spezielle Software nur zum Erhalten von Beleuchtungsdaten geeignet ist. Dieser Ansatz wird als
Computerfotografie bezeichnet . Eine der Aufgaben ist es, das Objektiv, den teuersten Teil, loszuwerden.
Oben: Beispielfoto. Zweite Reihe: Fotos, die mit einer Einzelpixel-Kamera mit 50 und 2500 Hintergrundbeleuchtungsmustern aufgenommen wurden. Dritte und vierte Reihe: Beschleunigte Kameras im März 2017 eingeführt.Objektive sind jedoch auch ein bedeutender und teurer Bestandteil des Röntgengeräts. Wissenschaftler aus China bieten billigere Technologien an, um Bilder auf der Basis eines 1-Pixel-Sensors zu erhalten. Die vor etwa zwanzig Jahren entwickelte Korrelationsmethode der Bildverarbeitung von Geisterbildern ermöglichte es, eine große Anzahl "schwacher" Fotografien zu einer qualitativ hochwertigen zu kombinieren - für die gewöhnliche Lichtquelle, für die Zukunft, für Röntgenstrahlen. Einer der Vorteile eines solchen Systems ist die Möglichkeit, billige Kameras ohne teure Optik zu verwenden. Aber was noch wichtiger ist - weniger Strahlenbelastung des Patienten.
„Unser System ist viel kleiner und billiger und kann für den Einsatz vor Ort tragbar gemacht werden“, sagt Wu Ling-An von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking, Leiter des Forschungsteams.
Bei der Ghost Imaging-Technologie wird die Strahlung durch einen Filter mit bekannten Mustern und Mehrfachaufnahmen auf ein Objekt gerichtet. Jeder neue Frame muss durch einen neuen Filter erstellt werden. Wissenschaftler des Wu-Teams haben die Position von Sandpapier geändert. Wissenschaftler experimentierten an Metallplatten in Form einer Muschel und mit geschnitzten Initialen. Tausende von Aufnahmen sind erforderlich, um das endgültige Bild aus schwarzen, weißen und grauen Quadraten zusammenzusetzen. Software, die die Filtermuster für jeden der Schnappschüsse kennt, berechnet das Endergebnis. Theoretisch sollte es heute nicht schlechter sein als Röntgenstrahlen, aber Sie müssen keine intensive Strahlung und hochauflösende Kameras verwenden.
Die Ghost Imaging-Technologie wurde verwendet, um ähnliche Systeme für die sichtbaren und infraroten Spektren basierend auf programmierbaren Filtern zu erstellen. Mithilfe eines IR-Systems lernte ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Miles Padgett von der Universität Glasgow, Großbritannien,
wie man Methanlecks verfolgt. Jetzt arbeitet das Team an der Kommerzialisierung der Erfindung und hofft, die Detektoren an Öl- und Gasunternehmen verkaufen zu können, um Rohrlecks billig zu finden.
Laut Wu ist die Schaffung eines programmierbaren Filters für Röntgenstrahlen eine schwierigere Aufgabe, da sie die meisten Materialien frei durchdringen. In der Zwischenzeit mussten sie für das Experiment, bei dem sie Sandpapier verwendeten, eine hochauflösende Kamera verwenden, um Muster zu verfolgen. Sie können sich jedoch ein kommerzielles System vorstellen, für das der Hersteller zunächst alle Muster aufzeichnet, sodass nur er eine solche Kamera benötigt - und der Verbraucher, dh der Arzt, eine Einzelpixelkamera verwendet.
Damit das neue System in der Medizin eingesetzt werden kann, müssen Wissenschaftler nachweisen, dass die endgültige Strahlendosis niedriger ist als in bestehenden Systemen. Das Problem ist die Anzahl der Bilder sowie die Tatsache, dass sie je nach dem für die Studie benötigten Bereich variieren. Wu ist sich sicher, dass eine kleine Menge Strahlung für die gesamten tausend Schüsse am Ende weniger gefährlich für den Menschen sein wird.
Die wissenschaftliche Arbeit wurde im März 2018 in der Publikation Science veröffentlicht.
DOI: 10.1126 / science.aat7285 .