Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В данной работе представлена разработка прототипа рентгеновского томографа с импульсным рентгеновским источником. Разработанный импульсный рентгеновский источник, формирование высоковольтных импульсов в котором осуществляется твердотельной системой коммутации и полупроводниковым прерывателем тока (SOS). Рентгеновский источник имеет следующие параметры: импульсное напряжение 120 кВ, ток в импульсе 150 А, длительность рентгеновской вспышки на полувысоте 20 нс, частота следования рентгеновских импульсов до 5 кГц, диаметр эффективного фокусного пятна 0,5 мм. Разработанная импульсная рентгеновская трубка имеет диаметр фокусного пятна 0.5 мм, что дает хорошую разрешающую способность, как для проекционных рентгеновских снимков, так и для томографических изображений. Для двух исследуемых объектов получены серии проекционных снимков для параллельно лучевой проекции, получены синограммы для нескольких областей. Выполнена реконструкция синограмм с помощью обратного преобразования Радона. Разрешение на томографических срезах достаточно высокое: минимальная толщина среза равна размеру пикселя детектора 0,139 мкм, разрешение самого слоя 0,2 мм. На изображениях хорошо различимы объекты разной плотности. Точная синхронизация импульсного источника и приемника позволяет производить облучение объекта только в момент накопления сигнала детектором, а в момент передачи информации и восстановления детектора облучение отсутствует. Благодаря этому сильно повышается соотношение сигнал/шум. Длительность рентгеновской вспышки порядка 20 нс приводит к повышению разрешающей способности на томографических срезах, т.к. отсутствует размытие, возникающее за счет перемещения детектора. Произведено измерение дозы облучения, в случае, когда в качестве исследуемого объекта использована курица, доза облучения за данное исследование составила 0.25 мЗв, что по оценкам значительно ниже, чем при применении рентгеновского источника непрерывного действия. Результаты работы представлены: на международной конференции в виде устного доклада: Using an X-ray pulse generator with a semiconductor opening switch for computed tomography / IEEE 2nd European Conference on Electrical Engineering & Computer Science EECS 2018: Bern, Switzerland. на всероссийской конференции в виде устного доклада: Компьютерный томограф с импульсным рентгеновским источником / XIX Всероссийской школа-семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества, г. Екатеринбург, стр. 172 (2018). Принята для печати статья «Using an X-ray pulse generator with a semiconductor opening switch for computed tomography», индексируемая в Scopus. Подготовлена и отправлена в редакцию журнала, индексируемого WOS и Scopus статья «The pulsed X-ray radiation source with the focal point diameter of 0.5 mm for CT» с проведенными экспериментами и основными результатами, обсуждением ограничений и возможностей применения разработанного источника импульсного рентгеновского излучения для компьютерной томографии. Стадия дискуссии с рецензентами.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В ходе реализации второго этапа проекта получены следующие результаты. Создан источник рентгеновских импульсов с напряжением до 280 кВ, импульсный ток достигает 240 А, энергия передаваемая за один импульс составляет 3 Дж, частота следования импульсов достигает 2 кГц, длительность рентгеновской вспышки на полувысоте около 40 нс. Высоковольтный генератор имеет полностью твердотельную элементную базу, формирование высоковольтного импульса обеспечивается полупроводниковым прерывателем тока (SOS). Интенсивность излучения за один импульс увеличена более чем на порядок, в отличие от импульсного рентгеновского источника, изготовленного в предыдущем периоде проекта. Доза рентгеновского излучения составляет 1 мкЗв за один рентгеновский импульс при расположении дозиметра на 1 метре от источника излучения. Рентгеновская трубка имеет эффективное фокусное пятно 0,5 мм. Зависимость мощности дозы излучения разработанного импульсного рентгеновского источника линейно растет при увеличении частоты следования импульсов. Это означает, что стабильность импульсного источника рентгеновского излучения не зависит от частоты следования импульсов. Средняя доза за импульс на расстоянии 1 метр от источника составляет около 1 мкЗв. Используя формулу Крамерса рассчитан тормозной спектр излучения. Для импульсного рентгеновского излучения учитывается изменение напряжения и тока в течение всей длительности импульса. Вклад характеристического излучения не учитывается. Расчет тормозной рентгеновский спектр для разработанного импульсного рентгеновского источника показывает, что спектр излучения импульсного источника с импульсным напряжением 280 кВ соответствует спектру источника непрерывного излучения с напряжением 230 кВ. Проведен эксперимент с применением разработанного рентгеновского источника в компьютерной томографии. В данном случае в качестве объекта исследования использован фантом, имитирующий голову ребенка. Одна экспозиция получена за один рентгеновский импульс, тогда как для предыдущего источника было необходимо для одной экспозиции около 20 рентгеновских импульсов. Реконструкция томографического среза произведена с учетом веерного распространения рентгеновского излучения (FAN beam projection), что привело к снижению искажений на получаемых срезах. Реализована компьютерная программа для получения 3-х мерных изображений внутренней структуры объектов. На выходе создается множество срезов интересующей области исследования. Получены 3D реконструкций объектов исследования. Разрешение получаемых проекционных изображений ограничено размером пикселя детектора (0,139 мм размер пикселя, и разрешение около 3,5 LP/mm). При реконструкции срезов разрешающая способность зависит от угла поворота и методов, используемых при реконструкции. На изготовленном фантоме хорошо различимы наименьшие отверстия размером 1 мм, видно, что это не предельное разрешение. Разработана система фильтров для получаемых срезов за счет фильтрации в частотной области, удается повысить резкость и снизить шумы на полученных изображениях. Эксперименты показали хорошую перспективу для использования разработанных импульсных рентгеновских источников для КТ сканеров. Они имеют высокую стабильность излучения, рентгеновские изображения, полученные на их основе, имеют высокое разрешение. Разработанные источники импульсного излучения обладают рядом преимуществ перед традиционными рентгеновскими излучателями непрерывного действия: позволяют снизить дозу облучения пациентов до 30% (в зависимости от регистрирующей аппаратуры), также повысить разрешающую способность за счет короткой рентгеновской вспышки (отсутствует эффект размытия изображения, возникающий из-за движения объекта относительно системы регистрации). Результаты работы представлены (уст. доклад) на «VI Всероссийская научно-практическая конференция производителей рентгеновской техники», проводимой в Санкт-Петербурги, СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 2019. Опубликованы тезисы конференции: Комарский А.А., Корженевский С.Р., Комаров Н.А. «Рентгеновские источники наносекундных импульсов на основе полупроводникового прерывателя тока (SOS) для компьютерной томографии» / VI Всероссийская научно-практическая конференция производителей рентгеновской техники. Программа и материалы конференции. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 2019, стр. 36-41 (2019 г.) Должна быть опубликована работа, индексируемая в WOS, Scopus: А.А. Комарский, С.Р. Корженевский, Н.А. Комаров (A.A. Komarskiy, S.R. Korzhenevskiy, N.A. Komarov) X-ray Sources of Nanosecond Pulses Based on Semiconductor Opening Switch for CT AIP Conference Proceedings: 6th International Conference on X-Ray, Electrovacuum and Biomedical Technique (2020 г.)