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レーザベースX線イメージングで高速化

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May, 11, 2018, Garching--ルートヴィヒマクシミリアン大学(LMU)、マックスプランク量子オプティクス研究所(MPQ)、ミュンヘン工科大学(TUM)の研究チームは、新しいレーザベースX線光源の臨床アプリケーションで大きく前進した。
 その計測器が、骨試料の3D微細構造の断層再構成を数分以内で可能にすることを研究チームは実証した。これまで、この種のレーザベース計測は数時間かかった。このブレイクスルーが可能になったのは、ATLASのさらなる開発によるものである。ATLASは、LMUのLEX Phtonics研究所の高性能レーザである。イメージングデータからの試料再建は、特殊設計コンピュータプログラムの利用で容易になった。
 医療イメージング、空港で乗客の荷物検査に利用されるX線は、X線管で生成される。その設計は、1世紀にわたり本質的に不変のままである。研究者は、X線光源としてシンクロトロン放射を利用したがる。シンクロトロン放射は、何倍も高輝度であり、従ってはるかに詳細な構造分析ができる。しかし、シンクロトロン放射光源は、比較的少なく、その生成は電子を超相対論的速度に加速する必要があり、必要なサイズの粒子加速器の建設は途方もなく高価になるからである。
 医療での一般利用にシンクロトロン放射の利点を役立てるために、研究チームはX線生成に高性能レーザを適用する研究を行ってきた。研究チームのセットアップでは、水素原子を高強度レーザパルスで照射する。その高エネルギー光場は、原子から電子を奪い、電離プラズマ電子の一部が加速される。同時に、これらの電子がプラズマ場で振動し、所望のシンクロトロン放射、つまり高強度X線を生成する。さらに、このプロセス全体は、15㎜以下のパス長で起こる。従ってレーザベースのX線光源は、従来のシンクロトロンと比べて、著しく省スペースであり、構築は遙かに安価であるが、同等品質のX線放射を生成する。
 2015年にマックスプランス研究所で行われた初期のトライアルで、研究チームは、様々な角度で撮った2D投影像から昆虫の3D構造を抽出することができた。LEX Photonicsで行われた最新の実験では、Stefan Karsch教授のチームが、パルスレート、光子収量、フォトンエネルギーを高め、今度は人の骨の試料を撮像した。TUMのFranz Pfeiffer教授のグループの開発で改善された処理アルゴリズムにより、研究チームが収集する必要のあるデータは以前に比べると著しく少なくてすんだ。従って、完全な断層が3分以下で得られた。
(詳細は、www.mpq.mpg.de)