Представьте компьютерный томограф — и, скорее всего, в воображении возникнет громоздкая машина в форме бублика размером с небольшой автомобиль, высотой около 2 метров и весом в несколько тонн. Китайские инженеры построили устройство того же назначения, которое умещается в одной руке.
Рекорд компактности
Новое устройство под названием Xtomo-Cube имеет габариты всего 14 × 13 × 22 см — это примерно размер настольной колонки — и весит около 6 кг. Его создатель, компания Ruiying Detection Technology, стартап, выросший из Института физики высоких энергий при Китайской академии наук, называет свою разработку самой маленькой и лёгкой КТ-системой в мире.
До этого рекорд самого компактного переносного томографа принадлежал устройству немецкого исследовательского центра Fraunhofer EZRT весом 19 кг — то есть более чем втрое тяжелее китайской разработки. По словам инженера Лю Баодуна, генерального директора Ruiying, аппарат действительно можно удержать в одной руке, за что его уже прозвали «ручным томографом».
От грузовиков до настольных моделей
КТ-сканеры бывают самых разных форм и размеров: одни промышленные установки размером с грузовик и втрое тяжелее стандартного больничного аппарата, другие достаточно компактны, чтобы закатить их в операционную, а третьи умещаются на столе, как микроволновая печь, и предназначены для сканирования небольших образцов. По словам Баодуна, разновидностей томографов, пожалуй, больше, чем моделей автомобилей — от спорткаров до грузовиков, и Xtomo-Cube в этом ряду занимает место компактного городского автомобиля.
Компьютерная томография строит трёхмерную модель внутренней структуры объекта, объединяя рентгеновские снимки, сделанные с разных углов. Эту технологию ещё в 1970-х годах разработал британский инженер Годфри Хаунсфилд, построивший первый клинический сканер в Лондоне — на нём впервые удалось обнаружить опухоль мозга у пациента.
Главной инженерной сложностью было уместить тот же принцип — источник рентгеновского излучения, вращающуюся платформу и детектор — в корпус размером 140 × 132 × 220 мм, не потеряв при этом качество изображения.
Компромиссы ради компактности
Xtomo-Cube не предназначен для замены больничных или промышленных сканеров: поле съёмки у него всего 16 мм в диаметре, поэтому он подходит только для небольших объектов, а не для тела человека. За компактность и лёгкость отвечает источник излучения мощностью всего 50 кВп (килоВольт-пик — показатель энергии рентгеновских лучей) — заметно ниже, чем в медицинских сканерах. Более низкая энергия излучения означает и то, что аппарату требуется гораздо меньше защитного экранирования.
Детектор устройства — по сути, его «сетчатка» — использует пиксели размером всего 18,5 мкм: чем меньше пиксель, тем выше детализация изображения. Пространственное разрешение сканера, то есть минимальный различимый в реконструированном изображении элемент, составляет 80 мкм — примерно толщину человеческого волоса. Для сравнения: у промышленных настольных томографов, предназначенных для похожих задач, разрешение обычно измеряется десятыми долями миллиметра, так что по детализации Xtomo-Cube ничем им не уступает, несмотря на компактность.
Малый вес и низкое энергопотребление также означают, что устройству не требуется массивная система охлаждения или отдельная силовая установка — весь корпус можно унести в обычном рюкзаке вместе с ноутбуком для обработки снимков, что было бы немыслимо для любого из прежних портативных сканеров.
При потреблении около 200 Вт Xtomo-Cube можно запитать от обычного портативного зарядного устройства для телефона, что делает его удобным для полевой работы. Компания также предлагает его для университетского обучения: низкое напряжение снижает риск облучения, а в отличие от многих закрытых коммерческих систем, параметры сканирования здесь можно настраивать, а сырые данные — использовать для экспериментов с алгоритмами реконструкции изображения.
Что дальше
Ruiying пока не раскрывает цену и сроки начала продаж Xtomo-Cube. Но если устройство оправдает ожидания, оно избавит археологов и геологов от необходимости бережно упаковывать хрупкие находки, отправлять их в лабораторию и неделями ждать результатов. Вместо этого заглянуть внутрь древних семян, амулетов или образцов грунта можно будет прямо на месте раскопок — и в считаные минуты решить, стоит ли продолжать работу на конкретном участке.
Похожий принцип уже применяется в геологоразведке и таможенном контроле, где важно быстро оценить содержимое образца или посылки без разрушения упаковки. Появление доступного ручного томографа может расширить круг задач, для которых раньше требовалось либо дорогое стационарное оборудование, либо долгая доставка образцов в специализированную лабораторию, а значит — ускорить работу небольших экспедиций и полевых команд, у которых нет доступа к крупным исследовательским центрам.
