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X 線から位相コントラストまで: 科学者は画像のコントラストをどのように向上させているのでしょうか?
医療画像の進歩に伴い、X 線技術の応用はますます一般的になってきています。従来の X 線イメージングは、X ビームの強度減衰に依存して画像を生成しますが、この方法では組織内の小さな違いを効果的に識別できません。しかし、科学者たちは最近、位相コントラスト X 線イメージング技術を発見しました。この技術は、物体を通過した後の X 線ビームの位相変化を観察することにより、特に低原子番号元素のサンプルの検出において、より高いコントラストの画像を生成できます。 。
干渉縞の観察から生まれた位相コントラストイメージング技術の開発により、画像のコントラストを大幅に向上させることができます。
位相コントラスト X 線イメージングの基本原理は、X 線が物質を通過すると、その強度が変化するだけでなく、その位相にも影響を与えるということです。この位相変化を直接測定することは容易ではありませんが、画像強度の変化に変換して記録することができます。したがって、位相コントラスト技術は投影画像を生成するだけでなく、他の技術と組み合わせてより豊富な 3 次元画像情報を取得することもできます。
このテクノロジーの歴史における先駆的な研究は、ヴィルヘルム コンラート レントゲンが初めて X 線を発見し、人骨の画像を記録した 1895 年に遡ります。その後数十年間、科学者たちは X 線技術の改良を続けましたが、フリッツ ゼルニケが位相コントラストの原理を可視光顕微鏡に応用することに成功したのは 20 世紀半ばになってからでした。ゼルニケ氏の発見は 1953 年にノーベル賞を受賞しましたが、その概念を X 線イメージングに応用するにはさらに時間がかかりました。
位相コントラスト X 線イメージング技術の成功は、幾何光学ほど単純ではない、物質を通過するときの X 線ビームの複雑な挙動を十分に実証しています。
1970 年代、シンクロトロン放射技術の出現により、科学者たちはこの放射が従来の X 線管よりも強力で柔軟であることに徐々に気づきました。この発見は、位相コントラスト X 線イメージングのさらなる開発を促しました。 1965 年、ウルリッヒ・バングスとマイケル・ハートは結晶干渉計を革新的に開発し、その後の生物学的イメージングの基礎を提供しました。ただし、従来の X 線管は、これらの結晶の要件を満たすことができません。
2012 年、Han Wen と彼のチームの研究は、結晶の代わりにナノスケールの位相格子を使用することで従来の制約を打ち破り、生体サンプル中の数度の屈折曲がりを検出することに成功しました。これらの新しい技術の出現に伴い、科学者は回折格子に基づくイメージング技術など、より効率的なイメージング方法の探索も始めています。
科学者は、位相コントラスト イメージング技術が日常の医療においてより大きな役割を果たすことができるよう、臨床応用への普及に取り組んでいます。
研究の中で、科学者たちは、伝播イメージングやアナライザーベースのイメージングなど、いくつかの異なる位相コントラストイメージング技術を発見しました。伝播イメージング技術は主にフレネル縞の検出に依存しており、この方法の出現によりイメージングプロセスが大幅に簡素化されます。アナライザーベースのイメージングでは、ブラッグ結晶を角度フィルターとして使用して、ブラッグ条件を満たす X 線の一部のみを反射し、画像をより鮮明にします。
これらの革新的な技術の開発に伴い、研究チームはエッジ照明やグリッド干渉などの新しい方法も開発し、これらの技術は、特に医療画像処理において画像のコントラストを向上させ、医療治療をより正確かつ詳細にすることに大きな成果をもたらしました。最近の研究では、これらの進歩は基本的な病理学的検査に限定されず、複雑な組織サンプルの分析にも当てられ、さらに前臨床試験や実用化にも拡張されていることが示されています。
科学界における最新の研究結果の一部は、特に生物医学の分野において、位相コントラストイメージング技術の発展の見通しは明るいことを示しており、医師が病気を発見したり、病理学的変化を分析したりするのに役立つ重要なツールとなることを示していることは注目に値します。以前。さらに、技術が徐々に成熟するにつれて、これらの厳密な画像法が診断の標準となり、診断の精度が向上するだけでなく、患者の治療効果も向上する可能性があります。
位相コントラスト X 線イメージングは徐々に成熟しつつありますが、今後のイメージング医学はどのように発展し、まだ解明されていない詳細を明らかにしていくのでしょうか?
