Микротомография биологических объектов с использованием лабораторных рентгеновских источников тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи УДК 535.34, 548.732

Сенин Роман Алексеевич

МИКРОТОМОГРАФИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ

ИСТОЧНИКОВ

Специальность 01.04.07 - «Физика конденсированного состояния»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 2005

Работа выполнена в Институте кристаллографии имени А В Шубникова Российской академии наук.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук Асадчиков Виктор Евгеньевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Хейкер Даниэль Моисеевич

доктор физико-математических наук, профессор Бушуев Владимир Алексеевич

Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН

Защита диссертации состоится «_6_» декабря 2005 г. в 12 часов 30 минут

на заседании диссертационного Совета Д 002.114.01 при Институте кристаллографии имени А В.Шубникова РАН по адресу 1 19333, Москва, Ленинский проспект, 59

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института кристаллографии имени А.В Шубникова РАН.

Ведущая организация:

Автореферат разослан «

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002 114.01 кандидат физико-математических наук /

Каневский В.М.

208Н5"

Актуальность темы. Прогресс в таких областях научного знания как нанотехнологии, полимерные технологии, микробиология, а также медицинская диагностика, связан с методами неразрупгающего исследования внутренней структуры объектов со все более высоким разрешением Наиболее удобным для изучения структуры непрозрачных объектов по сей день остается использование рентгеновского излучения.

В связи с этим значительное количество научных групп во всем мире занимается развитием методов рентгеновской интроскопии Большинство из них работает на синхротронных источниках, что обусловлено высокой яркостью таких источников, малой угловой расходимостью излучения, перестраиваемостью по энергиям

Одной из главных задач этих исследований является создание рентгеновских микроскопов, имеющих разрешение выше, нежели в оптическом диапазоне, но в отличие от электронных, не требующих предварительной обработки образцов Кроме того, рентгеномикроскопические методы, в отличие от электронномикроскопических, позволяют исследовать влажные образцы

В настоящее время получение только лишь двумерных отображений внутренней структуры объектов уже не удовлетворяет исследователей Во многих случаях требуется получить трехмерную модель объекта, описывающую распределение плотности (или рентгенооптической плотности) внутри исследуемого образца Это возможно, если воспользоваться техникой компьютерной томографии

Большинство рентгеномикроскопических исследований выполняется в так называемом диапазоне длин волн 2,2-4,4 нм («водяное окно»), между АТ-краями поглощения углерода и кислорода При этом поглощение в воде на порядок меньше чем в биологических (углеродосодержащих) тканях, что и обеспечивает высокий контраст В диапазоне «водяного окна» достигнуты наибольшие успехи по получению высокого разрешения. Однако, в этом диапазоне глубина проникновения излучения в вещество (например, биологические ткани) не превышает двух десятков микрон, что допускает исследования только очень тонких, специально приготовленных объектов. Кроме того, малая глубина проникновения существенно затрудняет проведение томографических исследований.

В медицинских, геологических исследованиях, а также в промышленной дефектоскопии используется весьма жесткий (короче чем 0,05 нм) диапазон излучения

РОС НАЦИОНАЛЬНА* I

Отметим, что для таких длин волн рентгенооптические элементы не находят широкого применения, а также значительно уменьшается эффективность детекторов В рентгеновской микроскопии использование такого излучения, по нашему мнению, нецелесообразно вследствие весьма малого поглощения излучения, к тому же близкого для различных мягких биологических тканей, и, следовательно, слабого контраста

Для проведения исследования структуры углеродосодержащих объектов с линейными размерами от 0,01-100 мм методами рентгеновской микроскопии и микротомографии разумно применять более жесткое, чем соответствующее области водяного окна, рентгеновское излучение Его длина волны, однако, должна быть больше, чем, например, при дефектоскопии металлов Данным условиям соответствует излучение в диапазоне 0,25-0,05 нм, обычно применяемое в рештеноструктурных исследованиях Микроскопические исследования в этом диапазоне также ведутся в ряде лабораторий Рентгеновское излучение такого диапазона возможно получать при помощи простого и достаточно дешевого источника - рентгеновской трубки

Интервал 0,25-0,05 нм удобен также тем, что выбор различных длин волн путем смены анода позволяет получать различную глубину проникновения излучения в вещество (от десятков микрон до десятков миллиметров), и, соответственно, варьировать контраст изображения По названным причинам именно в этом диапазоне длин волн рентгеновского излучения были проведены все исследования, представленные в данной работе.

Цели работы.

Экспериментальная и теоретическая разработка методов рентгеновской интроскопии с субмиллиметровым разрешением в интервале длин волн 0,05-0,25 нм на лабораторных рентгеновских источниках.

Научная новизна работы. Выполнены исследования изображающих свойств двух рентгенооптических элементов, наиболее перспективных для получения увеличенных изображений на лабораторных источниках в диапазоне длин волн 0,25-0,05 нм - преломляющей многоэлементной рентгеновской линзы и асимметричного кристалла-монохроматора С применением этих элементов на лабораторных рентгеновских источниках получены увеличенные изображения тест-объектов Методом численного моделирования проведены теоретические расчеты достижимого разрешения и поля зрения

Автором предложена и осуществлена модификация дифрактометра ДРШ, разработанного в СКБ Института кристаллографии РАН, позволившая проводить на нем томографические измерения. Разработана методика таких измерений. Выполнены эксперименты по определению разрешения, а также чувствительности и точности данного томографа. Выполнена реконструкция пространственной структуры ряда биологических объектов.

Сконструирован микротомограф на базе дифрактометра Амур-1. Дифрактометр дооснащен двумерным координатным детектором с размером чувствительного элемента -10x10 мкм и числом элементов 1152x1024 Это позволило получить трехмерные реконструкции трубчатых костей рептилий с разрешением порядка 10 мкм.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований спроектирован макетный образец лабораторного микротомографа, расчетное разрешение которого составляет 1-2 мкм при поле зрения около 1 мм.

Работа выполнена по плану НИР ИК РАН номер государственной регистрации 0186002495 б.Тема диссертационной работы утверждена ученым советом ИК РАН 5 февраля 2003 г., протокол №3.

Практическая значимость работы. Разработанная методика томографических измерений установлена на рентгеновском дифрактометре ДРШ, изготовленном в СКБ ИК РАН.

Установлена перспективность интервала длин волн от 0,25 до 0,05 нм для исследования пространственной организации биоструктур.

Методами рентгеновской томографии исследованы пространственная структура двух биологических образцов разной природы: амфибии 8а1ашапёге11а кеувегИпяп и эпифизов головного мозга человека в норме и патологии, а также структура плечевых костей геккона РасЬу<1ас1у1и5 ЫЬгопп.

На защиту выносятся следующие положения:

1 Обоснование возможности создания с использованием рентгенооптических элементов лабораторного микротомографа с разрешением не ниже 1 мкм при поле зрения порядка 1 мм.

2 Теоретические оценки достижимого разрешения и поля зрения для двух рентгенооптических элементов - преломляющей многоэлементной рентгеновской линзы и асимметричного кристалла-монохроматора

3 Разработка методики рентгеновских томографических исследований для лабораторных дифрактометров с позиционно-чувствительными детекторами

4 Результаты восстановления трехмерной структуры ряда биологических объектов

Апробация работы Результаты работы докладывались на молодежном конкурсе научных работ ИК РАН в 2001 году; на молодежном конкурсе научных работ ИК РАН в 2004 году; совещании «Рентгеновская оптика», Нижний Новгород, 2001; третьей национальной конференции по применению Рентгеновского, Синхротронного излучений, Нейтронов и Электронов для исследования материалов (РСНЭ-2001), Москва, 2001 г.; International Conference on X-ray and Neutron Capillary Optics, 8-12 September 2001, Zvenigorod, Russia; Четвертой национальной конференции по применению Рентгеновского, Синхротронного излучений, Нейтронов и Электронов для исследования материалов (РСНЭ-2003), Москва, 17-22 ноября 2003 г; совещании «Рентгеновская оптика», Нижний Новгород, 2004.; VII Всероссийской конференция по патологии клетки, Москва, НИИ морфологии человека РАМН, 2005.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и содержит 142 страницы, включая 81 рисунок и список литературы из 93 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обсуждена актуальность темы диссертации, сформулированы цели исследований, кратко изложено содержание работы

Глава 1 посвящена обзору литературы по рентгеновской микроскопии и микротомографии. В первой части литературного обзора выделяются четыре диапазона рентгеновского излучения, описаны рентгенооптические элементы, применяемые в этих диапазонах Далее рассматриваются используемые детекторы рентгеновского излучения и дается краткое описание принципов их работы. Раздел 1.3. содержит описание основных схем рентгеновской микроскопии, рентгенооптических элементов и их характеристик В конце главы 1 делается вывод о целесообразности использования

асимметричных кристаллов и многоэлементных преломляющих линз для получения увеличенных рентгеновских изображений в лабораторных условиях

В главе 2 рассматривается получение увеличенных изображений на лабораторных рентгеновских источниках. Данная глава состоит из двух разделов.

В первом разделе рассматривается использование в качестве увеличивающего (в одном направлении) элемента асимметричного кристалл-монохроматора (Для получения увеличения в 2-х направлениях надо использовать два таких кристалла )

а - угол падения излучения а - ширина падающего пучка Р - угол отражения Ь- ширина отраженного пучка V/ - угол наклона атомных плоскостей к входной грани кристалла

Рис. 1. Схема формирования увеличенного изображения при асимметричном отражении излучения от монокристалла.

В подразделе 2.1.1. приведены результаты численного моделирования, показывающие возможность получения при отражении от кристалла разрешения порядка 0,08 мкм при использовании излучения Мо Ка (А.=0 7 А) и 0,3 мкм при Си£а.(А,=1.54 А).

Однако фактором, существенно влияющим на качество получаемого изображения, является дифракция излучения на объекте, вследствие чего возникает дополнительная расходимость зондирующего излучения еще до его взаимодействия с оптическим элементом (кристаллом). При использовании излучения с длиной волны 0,1 нм этот эффект приводит к падению разрешения до 1 мкм при расстоянии в 1 см от объекта исследований до кристалла Вследствие того, что при использовании асимметричной дифракции углы скольжения излучения невелики, для различных частей объекта путь, проходимый излучением до поверхности кристалла, будет различным. Следовательно, разрешение описываемой схемы будет существенно меняться по полю зрения, и субмикронное разрешение возможно получить только для областей объекта, расположенных вблизи поверхности кристалла.

В подразделе 21.2. описаны проведенные эксперименты с асимметричным кристаллом-монохроматором.

В качестве объектов для получения увеличенных изображений были выбраны медная предметная решетка для электронной микроскопии и танталовая ударная мембрана Электронномикроскопические изображения объектов представлены на рис 2

1мм

Рис. 2. Электронномикроскопические изображения тест-объектов а) общий вид со стороны входа частиц в фольгу; б) часть фольги более крупно, в) обратная сторона фольги. На рис. а) справа видна медная сетка.

Предметная решетка для электронной микроскопии представляет собой сетку с квадратными отверстиями со стороной ~ 65 мкм и периодом повторяемости ~ 100 мкм Ударные трековые мембраны представляют собой систему отверстий в танталовой фольге с диаметрами 10-70 мкм Эти отверстия (треки) могут иметь разный наклон по отношению к поверхности мембраны (см. рис 2 , треки а и Ь)

Результаты проведенных рентгеновских экспериментов даны на рис 3 а Использовалось излучение Мо Ка (Х=0 7 А) Полученное изображение медной сетки представляет систему штрихов, разделенных светлыми полосами. Один штрих соответствует одному квадратному отверстию С учетом того обстоятельства, что увеличение достигалось лишь в одном направлении, отношение длины и ширины штриха соответствует реальному увеличению и равно примерно 20, как мы и ожидали

Изображение отверстий в ударных мембранах также представляет собой систему штрихов, причем удается сопоставить рентгеновское изображение с изображением, полученным на оптическим микроскопе (рис 3 б,в). Диаметры пор, полученные в рентгеновском эксперименте, хорошо соответствуют данным электронной микроскопии. Число треков, различимых на оптическом микроскопе, меньше обнаруживаемого на

электронных микрофотографиях, что указывает на то, что не все треки являются сквозными, однако они различимы на рентгеновском снимке (см рис 2 ,3 треки 10, 12, 21)

Рис. 3. а) Рентгеновская фотография тест-объектов, (негатив), б) Изображение, видимое в оптический микроскоп, в) оно же, растянутое при помощи графического редактора в 20 раз.

В разделе 2.2. приведено описание микрокапиллярной рентгеновской

линзы Данная линза - ряд воздушных пузырьков, сформированных в стеклянном капилляре, заполненном эпоксидной смолой. Ввиду того, что в рентгеновском диапазоне показатель преломления всех веществ меньше единицы, каждый воздушный пузырек работает как собирающая линза Однако с учетом малого отличия показателя преломления от единицы ((п-1)~Ю 6) фокусное расстояние даже при весьма малых диаметрах капилляра (200 мкм) составляет 2-3 м Разместив один за другим N пузырьков можно в N раз увеличить оптическую силу системы, и, соответственно, уменьшить в N раз фокусное расстояние.

Использованная в работе линза была предоставлена Белорусским государственным университетом Данная линза была сформирована в капилляре диамегром 200 мкм, состоит из 67 пузырьков и имеет фокусное расстояние 9 см для излучения СгКа (Х=229 А).

В работе описаны построенные автором численные модели микрокапиллярной линзы, использовавшиеся для оценки изображающих свойств линзы, поля зрения, а также хроматических аберраций Даны простые оценки достижимого разрешения (0,5 мкм для излучения Сг Ка , Х=2.29 А) и поля зрения (~1 мм) Приведены результаты экспериментов, где в качестве детектора изображений использовалась фотопленка (см рис 5 ) и ПЗС- матрица (рис 6 )

17' Г

Ш1

-а

№

2Я

(К

Рис. 4. Схема микрокалиллярной линзы. 1 - диафрагма, 2 - капилляр, 3 - полимер.

«9 1

Ги

■к

У М111М111

Рис. 5. Сетка с периодом Т=60 мкм в оптическом микроскопе (а), контактный снимок (Ь), снимок с линзой с увеличением ~1 (с) и с увеличением ~3(ф На рис (е) приведено (в том же масштабе) изображение оптической миры расстояние между длинными штрихами - 100ц

Рис. 6. Изображение никелевой сетки с рентгеновским увеличением 13

В разделе 2 2 4 рассматривается вопрос о глубине резкости изображающей системы на основе микрокапиллярной линзы Установлено, что глубина резкости превышает размер поля зрения.

В заключении главы 2 даются кратко результаты исследования изображающих свойств асимметричного кристалла и микрокапиллярной линзы и делается вывод о применимости данных элементов для рентгеновской микротомографии. *

Глава 3 диссертационной работы посвящена рентгеновской томографии и

}

микротомографии В разделе 3 1. кратко описан метод рентгеновской томографии В I

следующем разделе приводится классификация поколений медицинских томографов, описываются их основные особенности и даются основные характеристики Затем приводятся описания известных лабораторных микротомографов. В разделе 3 3. описан дифрактометр ДРШ, использовавшийся автором для ряда томографических экспериментов, описана модификация данного прибора, и пакет созданных автором программ для проведения томографических экспериментов В разделе 3 4 представлены эксперименты по томографии, проведенные на дифрактометре ДРШ Даются оценки точности реконструкции рентгенооптической плотности, минимально обнаружимой плотности, и размер разрешаемой на реконструкции детали Описываются исследования, выполненные автором на этом приборе. В частности, приводится пример реконструкции лиофилизированного (высушенного с сохранением структуры) сибирского углозуба (см рис 7) На реконструкции видны элементы скелета, кожные покровы, глаза животного, орган равновесия - отолитовая мембрана, а также кишечник, заполненный пищей

f *

Хвостовые позвонки

/7 "

Череп

Тазовая область

Коленные чашечки

Глаза

\\

\ ,

/

<7

Р /

/

/ /

Челюсти Области с повышенным

содержанием оксалата кальция

Рис. 7. Объемная реконструкция сибирского углозуба вид сбоку (вверху) и сверху

(внизу).

На данном томографе были также изучены эпифизы головного мозга человека (рис 8 ) Показано различие внутренней структуры в норме и при патологии Впервые обнаружен факт значительного уменьшения содержания солей кальция, и отсутствие связности областей кальцификации при наличии патологии.

Результаты томографического исследования таковы' рентгенооптическая плотность в эпифизе человека при отсутствии патологии мозга - до 1,23 мм'1, при болезни Альцгеймера в диапазоне до 0,28 мм'1 и при шизофрении до 0,34 мм'1 Это различие столь велико, что не может быть отражено в одном цветовом масштабе на рис 8

В)

Рис. 8. Реконструкция эпифиза человека а) - при отсутствии патологии, б) - при болезни Альцгеймера, Ь) - при шизофрении 10 единиц по осям соответствуют одному миллиметру.

В разделе 3 5 приведено описание рентгеновского микротомографа сконструированного автором на базе дифрактометра Амур-1 с использованием двумерного детектора - ПЗС-матрицы Представлены реконструкции трубчатых костей рептилий, полученных данном микротомографе (см рис 9 ) с разрешением порядка 10 мкм Результаты рентгенотомотрафических и гистологических исследований не ^ позволяют сделать заключение о декальцификации данных костей этих рептилий при

пребывании в невесомости, что, возможно, отличает их от других исследованных ранее I животных Видимо, это вызвано тем, что гекконы в силу своих физиологических

особенностей могут фиксироваться на любой поверхности, и по этой причине в невесомости продолжают иметь нагрузку на опорный аппарат

Рис. 9. Реконструкция большой берцовой кости геккона РасЬуёас1у1из ЫЬгопп (100 единиц по осям соответствуют 1 мм).

Раздел 3 6. посвящен обоснованию возможности создания лабораторного микротомографа с использованием микрокапиллярной линзы. Данная конструкция, по оценкам автора, позволит получать реконструкции внутренней структуры объекта с разрешением 1-2 мкм при поле зрения до 1 мм.

Рис. 10. Схема лабораторного микротомографа с использованием преломляющей линзы на базе дифрактометра Амур-1 1-Источник с монохроматором; 2 - образец на гониометре, 3-диафрагма на входе линзы; 4 - преломляющая линза, 5- детектор (ГТЗС-матрица).

ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Теоретически и экспериментально обоснована возможность создания лабораторного рентгеновского микротомографа с разрешением не менее 1 мкм и полем зрения ~1 мм при использовании увеличивающих рентгенооптических элементов. Создан рентгеновский микротомограф, позволяющий получать реконструкции с разрешением ~10 мкм (без применения рентгенооптического элемента).

2. С использованием методов численного моделирования проведен теоретический анализ изображающих свойств двух рентгенооптических элементов для лабораторной рентгеновской микроскопии - асимметричного кристалла-монохроматора и рентгеновской капиллярной пузырьковой линзы. Выполнены теоретические оценки достижимого разрешения и поля зрения для данных оптических элементов при использовании лабораторных рентгеновских источников В случае асимметричного кристалла достижимое увеличение - порядка 100, разрешение меняется по полю зрения и может составлять 0,08 мкм, поле зрения - ограничено доступными размерами кристаллов. Для исследованной рентгеновской линзы разрешение достигает 0,5 мкм, а поле зрения около 1 мм.

3. На ряде тест-объектов экспериментально продемонстрирована возможность получения увеличенных изображений при использовании названных оптических элементов и лабораторных рентгеновских источников. В случае использования асимметричного кристалла было получено увеличение 20 (в одном направлении, т к использовался один кристалл). При использовании пузырьковой линзы было получено рентгеновское изображение с увеличением до 13 при поле зрения до 1мм.

4 Разработана методика рентгеновских томографических исследований для автоматизированных лабораторных дифрактометров с позиционно-чувствительным детектором Эта методика испытана на рентгеновском дифрактометре ДРШ, изготовленном в ИК РАН, на длинах волн 0,15 и 0,07 нм В экспериментах использовался линейный позиционно-чувствительный детектор с линией задержки, ^ что обеспечивало разрешение не хуже 200 мкм при общей длине окна детектора

100 мм.

У 5 Методами рентгеновской томографии исследована пространственная структура двух

биообъектов разной природы Восстановлено внутренне строение амфибии 8а1атапс1ге11а кеувегИг^п Получены реконструкции эпифизов в норме, при поражении болезнью Альцгеймера и при шизофрении. Впервые обнаружен факт значительного уменьшения содержания солей кальция и отсутствие связности областей кальцификации при наличии патологии

При исследовании структуры этих объектов было достигнуто разрешение не ниже 0,2 мм, что превосходит разрешение современных медицинских томографов 6 Впервые выполнены на основании рентгеновских экспериментов реконструкции трехмерной структуры костей рептилий - геккона РасИускйу!^ ЫЬготт, с характерным размером деталей порядка 10 мкм Выявлены все характерные особенности строения большой берцовой кости этого животного Результаты рентгенотомографических и гистологических исследований не позволяют сделать заключение о декальцификации данных костей этих рептилий при пребывании в невесомости

Основные результаты диссертационной работы отражены в следующих

статьях:

В Е Асадчиков, Б В Мчедлишвили, Ю В Пономарев, А А Постнов, Р А Сенин, Т В Цыганова Рентгеновская микроскопия с использованием асимметричного отражения от монокристалла Письма в ЖЭТФ 2001, т.73, вып 4, сс 205 - 209 А В Андреев, В Е Асадчиков, И А Артюков, А В Виноградов, В Н Зрюев, Ю С Касьянов, В В Кондратенко, В.Е Левашов, Б В Мчедлишвили, Ю В Пономарев, А.В Попов, А А Постнов, С В Савельев, Р А Сенин, И И.Струк

Рентгеновская микроскопия трековых мембран и биологических объектов в мягком и жестком диапазонах длин волн Кристаллография 2001, т46, №4, сс.658-663.

3. V E.Asadchikov, Yu.I.Dudchik, N N.Kolchevsky, F F Komarov, RASenin, A V Vinogradov. Using a multielement refractive lens for formation of a beam of 5 4 keV photons Proceedings of SPIE. 2002 V.4765, pp 60-66.

4. S A Pikuz, V E.Asadchikov, К M.Chandler, D A Hammer, Yu.I Dudchik, N N.Kolchevsky, F F.Komarov, M.D.Mitchell, A V Popov, T.A.Shelkovenko, R.A Senin, I. A Suloev, and A V Vinogradov Application of a refractive bubbles-in-capillary x-ray lens to X pinch experiments Review of Scientific Instruments 2003 V 74, N 3, pp. 2247-2250.

5 BE Асадчиков, В Г Бабак, А В Бузмаков, Ю П Дорохин, И П Глаголев, Ю В.Заневский, ВНЗрюев, Ю С.Кривоносов, В Ф Мамич, ЛАМосейко, Н И Мосейко, Б В Мчедлишвили, С В Савельев, Р А Сенин, JT П Смыков, Г.А.Тудоси, В.Д Фатеев, С П Черненко, Г.А Черёмухина, Е А Черёмухин, А И.Чуличков, Ю.Н.Шилин, В А Шишков Рентгеновский дифрактометр с подвижной системой «излучатель - детектор» Приборы и техника эксперимента 2005. т.48, №3, сс. 99-107.

6 А В. Андреев, В.Е Асадчиков, И А Артюков, А В Бузмаков, А В Виноградов, Ю И.Дудчик, В.Н Зрюев, Ю С.Касьянов, Н Н Кольчевский, Ф Ф.Комаров, В В Кондратенко, Б В.Мчедлишвили, Ю В Пономарев, А В Попов, А А Постнов, С В Савельев, Р А Сенин, И В Сулоев Рентгеномикроскопические методы в исследовании трековых мембран и биологических объектов Мембраны 2005 №3 (27), сс. 17-27.

Заказ №2020 Подписано в печать 28.10.05 Тираж 150 экз Усл. пл. 0,67

^ ООО "Цифроиичок", тел. (095) 797-75-76; (095) 778-22-20 ,' fj www.cfr.ru ; e-mail:info@cfr.ru

.« 196 8 7

РНБ Русский фонд

2006-4 20845

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РЕНТГЕНОВСКОЙ МИКРОСКОПИИ. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Диапазоны рентгеновского излучения.

1.2. Детекторы рентгеновского излучения.

1.3. Используемые рентгенооптические схемы.

1.3.1. Контактная микроскопия.

1.3.2. Проекционная микроскопия.

1.3.3. Зонная пластинка Френеля. ф 1.3.4. Микроскоп с Шварцшильдовским объективом.

1.3.5. Сканирующая микроскопия.

1.3.6. Микроскопия с использованием преломляющей оптики.

1.3.7. Микроскопия при помощи асимметричных кристаллов. выводы главы 1.

ГЛАВА 2 ПОЛУЧЕНИЕ УВЕЛИЧЕННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ЛАБОРАТОРНЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ИСТОЧНИКАХ.

2.1. Получение увеличенных изображений при помощи асимметричного кристалла.[69].

2.1.1 Численные оценки пространственного разрешения при асимметричной дифракции. ф 2.1.2. Проведенные эксперимепты[72].

2.2. Получение изображений при помощи многоэлементной преломляющей линзы.

2.2.1. Эксперименты по изображению одномерных объектов (щелей)[73].

2.2.2. Эксперименты по изображению более сложных объектов,.

2.2.3. Эксперименты с использованием ПЗС-матрицы.

2.2.4. Глубина резкости.

Выводы главы 2.

ГЛАВА 3 РЕНТГЕНОВСКАЯ ТОМОГРАФИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ С СУБМИЛЛИМЕТРОВЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ.

3.1. Компьютерная томография.

3.2. Существующие в мире приборы.

3.3. Рентгеновский томограф на базе дифрактометра ДРШ.

3.3.1. Система управления дифрактометром.

3.3.2. Датчики угловых перемещений.

3.3.3. Измерительный комплекс на базе линейного позиционного рентгеновского детектора.

3.3.4.У правление комплексом «гониометр - линейный детектор».

3.4. Эксперименты по томографии.

3.4.1. Анализ точности реконструкции и чувствительности прибора.

3.4.2. Медико-биологическое применение томографа.

3.5. Лабораторный микротомограф с использованием ПЗС-матрицы.

3.6. Создание лабораторного микротомографа с использованием преломляющей оптики. выводы главы 3.

ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ.

БЛАГОДАРНОСТИ.

ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ.

Прогресс в таких областях научного знания как нанотехнологии, полимерные технологии, микробиология, а также медицинская диагностика, связан с методами неразрушающего исследования внутренней структуры объектов со все более высоким разрешением. Наиболее удобным, а в некоторых случаях и единственным подходом для таких исследований остается использование рентгеновского излучения.

В связи с этим значительное количество научных групп во всем мире занимается развитием методов рентгеновской интроскопии [1]-[14]. Большинство из них работает на синхротронных источниках [1]-[Ю], что обусловлено высокой яркостью таких источников, малой угловой расходимостью излучения, перестраиваемостыо по энергиям. Однако синхротронные источники имеют свои недостатки - высокая стоимость и малая доступность, ограниченность времени проведения конкретного исследования.

Кроме синхротронных используются также различные плазменные источники (лазерные, пинчевые) [10],[11],[14],[15]. Проводятся и эксперименты с традиционными рентгеновскими трубками [12,13].

Одной из главных задач и по сей день остается создание рентгеновских микроскопов, имеющих разрешение выше, нежели в оптическом диапазоне, но в отличие от электронных, не требующих предварительной обработки образцов. Кроме того, рентгено-микроскопические методы исследования, в отличие от электронно-микроскопических, позволяют исследовать влажные образцы и в ряде случаев не вызывает значительного повреждения их структуры.

Второй большой задачей, для которой используются методы рентгеновской интроскопии, является исследование массивных и непрозрачных в видимом диапазоне объектов.

Однако получение только лишь двумерных отображений внутренней структуры объектов уже не удовлетворяет исследователей. Во многих случаях требуется получить трехмерную модель объекта, описывающую распределение плотности (или рентгенооптической плотности) внутри исследуемого образца. Это возможно, если воспользоваться техникой компьютерной томографии [16]. Этот метод в различных вариациях широко используется в настоящее время в большом числе рентгеновских исследований [17]-[27] в том числе и в данной работе. При этом энергия используемого рентгеновского излучения определяет круг решаемых задач.

Большинство рентгеномикроскопических исследований выполняется в так называемом «водяном окне» - диапазоне длин волн 2,2-4,4 нм между А^-краями поглощения углерода и кислорода. При этом поглощение в воде на порядок меньше поглощения в биологических (углеродосодержащих) тканях, что и обеспечивает высокий контраст. В диапазоне «водяного окна» достигнуты наибольшие успехи по получению высокого разрешения [26] (в настоящее время лучшие зонные пластинки позволяют получать изображение с разрешением лучше 30 нм). Однако, в этом диапазоне глубина проникновения излучения в вещество (например, биологические ткани) не превышает двух десятков микрон, что позволяет исследовать только очень тонкие - специально приготовленные объекты [26]. Кроме того, малая глубина проникновения существенно затрудняет проведение томографических исследований. (Поскольку поперечные размеры объекта часто много больше его толщины, возможно получение теневых проекций только в ограниченном интервале углов). Это усложняет процедуру реконструкции и снижает ее точность [26].

В медицинских, геологических исследованиях, а также в промышленной дефектоскопии [19] используется весьма жесткий (короче 0,05 нм) диапазон излучения. Отметим, что для таких длин волн рентгенооптические элементы не находят широкого . применения, а также значительно уменьшается эффективность детекторов. В рентгеновской микроскопии использование такого излучения, по нашему мнению, нецелесообразно вследствие весьма малого, и близкого для различных мягких биологических тканей поглощения излучения и, следовательно, слабого контраста.

Таким образом, по нашему мнению, для проведения исследования структуры углеродосодержащих объектов с линейными размерами от 0,01-100 мм, методами рентгеновской микроскопии и микротомографии разумно применять более жесткое, чем соответствующее области водяного окна, рентгеновское излучение. Его длина волны, однако, должна быть больше, чем , например, при дефектоскопии металлов. Этим условиям соответствует излучение в диапазоне 0,25-0,05 нм, обычно применяемое в рентгеноструктурных исследованиях. Микроскопические исследования в таком диапазоне также ведутся в ряде мировых лабораторий [28]-[32]. Рентгеновское излучение в этом диапазоне возможно получать при помощи простого и достаточно дешевого источника - рентгеновской трубки.

Интервал 0,25-0,05 нм удобен также тем, что выбор различных длин волн (путем смены анода трубки) позволяет получать различную глубину проникновения излучения в вещество (от десятков микрон до десятков миллиметров), и, соответственно, варьировать контраст изображения. Поэтому именно в этом диапазоне и были проведены все исследования, представленные в данной работе.

Большинство существующих лабораторных рентгеновских томографов обеспечивают разрешение на уровне 5-10 мкм. Это недостаточно для некоторых практических применений. По нашему мнению, наиболее перспективным и весьма актуальным является создание прибора, имеющего разрешение порядка 1-2 мкм и поле зрения 1-2 мм. В представляемой работе проводится теоретическое и экспериментальное обоснование возможности создания такого прибора.

Выполнены исследования изображающих свойств рентгенооптических элементов наиболее перспективных для достижения этой цели. Как нам представляется такими элементами являются преломляющая многоэлементная рентгеновская линза и асимметричный кристалл-монохроматор. С применением этих элементов на лабораторных рентгеновских источниках выполнены эксперименты и получены увеличенные изображения тест-объектов. Методом численного моделирования проведены теоретические расчеты достижимого разрешения и поля зрения.

Автором предложена и осуществлена модификация дифрактометра ДРШ, разработанного в СКБ Института кристаллографии РАН [33] для проведения томографических измерений. Разработана методика таких измерений. Выполнены эксперименты по определению разрешения, а также чувствительности и точности микротомографа созданного на базе дифрактометра ДРШ. Выполнена реконструкция пространственной структуры ряда биологических объектов.

Сконструирован микротомограф на базе дифрактометра Амур-1. Дифрактометр дооснащен двумерным координатным детектором с размером чувствительного элемента ~10х10 мкм и числом элементов 1152x1024. Это позволило получить трехмерные реконструкции трубчатых костей рептилий с разрешением порядка 10 мкм.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований спроектирован и изготовлен макетный образец лабораторного микротомографа, используя который возможно получить разрешение порядка 1-2 мкм при поле зрения около 1 мм.

ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Теоретически и экспериментально обоснована возможность создания лабораторного рентгеновского микротомографа с разрешением не менее 1 мкм и полем зрения ~1 мм при использовании увеличивающих рентгенооптических элементов. Создан рентгеновский микротомограф, позволяющий получать реконструкции с разрешением ~10 мкм (без применения рентгенооптического элемента).

2. С использованием методов численного моделирования проведен теоретический анализ изображающих свойств двух рентгенооптических элементов для лабораторной рентгеновской микроскопии - асимметричного кристалла-монохроматора и рентгеновской капиллярной пузырьковой линзы. Выполнены теоретические оценки достижимого разрешения и поля зрения для данных оптических элементов при использовании лабораторных рентгеновских источников. В случае асимметричного кристалла достижимое увеличение - порядка 100, разрешение меняется по полю зрения и может составлять 0,08 мкм, поле зрения - ограничено доступными размерами кристаллов. Для исследованной рентгеновской линзы разрешение достигает 0,5 мкм, а поле зрения около 1 мм.

3. На ряде тест-объектов экспериментально продемонстрирована возможность получения увеличенных изображений при использовании названных оптических элементов и лабораторных рентгеновских источников. В случае использования асимметричного кристалла было получено увеличение 20 (в одном направлении, т.к. использовался один кристалл). При использовании пузырьковой линзы было получено рентгеновское изображение с увеличением до 13 при поле зрения до 1мм.

4. Разработана методика рентгеновских томографических исследований для автоматизированных лабораторных дифрактометров с позиционно-чувствительным детектором. Эта методика испытана на рентгеновском дифрактометре ДРШ, изготовленном в ИК РАН, на длинах волн 0,15 и 0,07 нм. В экспериментах использовался линейный позиционно-чувствительный детектор с линией задержки, что обеспечивало разрешение не хуже 200 мкм при общей длине окна детектора 100 мм.

5. Методами рентгеновской томографии исследована пространственная структура двух биообъектов разной природы. Восстановлено внутреннее строение амфибии Salamandrella keyserlingii. Получены реконструкции эпифизов в норме, при поражении болезнью Альцгеймера и при шизофрении. Впервые обнаружен факт значительного уменьшения содержания солей кальция и отсутствие связности областей кальцификации при наличии патологии.

При исследовании структуры этих объектов было достигнуто разрешение не ниже 0,2 мм, что превосходит разрешение современных медицинских томографов.

6. Впервые выполнены на основании рентгеновских экспериментов реконструкции трехмерной структуры костей рептилий - геккона Pachydactylus bibronii с характерным размером деталей порядка 10 мкм. Выявлены все характерные особенности строения большой берцовой кости этого животного. Результаты рентгенотомографических и гистологических исследований не позволяют сделать заключение о декальцификации данных костей этих рептилий при пребывании в невесомости.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность:

Своему научному руководителю В.Е. Асадчикову, который направлял его научную работу на протяжении более 5 лет.

Ю.В.Пономареву, кафедра ОФВП Физического факультета МГУ им.М.В.Ломоносова, за его огромную помощь в части работы, касающейся асимметричных кристаллов.

С.В.Савельеву, Институт морфологии человека РАМН, за биологические консультации и весьма приятное общение, а также за предоставленные образцы.

А.В.Бузмакову, студенту кафедры ОФВП Физического факультета МГУ, без которого данная работа существенно замедлилась бы, или вообще могла стать невозможной.

Ю.И.Дудчику, Белорусский государственный университет, за интересные обсуждения и предоставленную микрокапиллярную линзу.

С.В.Кузину и другим сотрудникам ФИАН за предоставленную CCD-камеру и ценные замечания.

Е.А. Черемухину, Г.А.Тудоси и А.И. Чуличкову за консультации по вопросам восстановления томографических изображений.

Автор хочет поблагодарить и сотрудников своего сектора рентгеновской рефлектометрии и нейтронографии И.В.Кожевникова, М.В.Чукалину и В.Н.Шкурко за помощь в работе и участие в обсуждении.

Автор также хочет поблагодарить В.В.Волкова, К.А.Дембо и Л.А.Фейгина, сотрудников лаборатории малоуглового рассеяния ИК РАН.

Отдельную благодарность автор хочет выразить А.В.Меренскому, В.А.Шишкову, А.С.Арсеньтеву а также другим сотрудникам СКБ ИК РАН, без помощи которых была бы невозможна модификация установок, а, следовательно, и выполнение всей экспериментальной части работы.

ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. В.Е.Асадчиков, Б.В.Мчедлишвили, Ю.В.Пономарев, А.А.Постнов, Р.А.Сенин, Т.В.Цыганова. Рентгеновская микроскопия с использованием асимметричного отражения от монокристалла. Письма в ЖЭТФ. 2001, т.73, вып.4, сс.205 - 209

2. А.В.Андреев, В.Е.Асадчиков, И.А.Артюков, А.В.Виноградов, Ю.С.Касьянов, В.В.Кондратенко, В.Е.Левашов, Б.В.Мчедлишвили, Ю.В.Пономарев, А.Г.Пономаренко, А.В.Попов, А.А.Постнов, С.В.Савельев, Р.А.Сенин, И.И.Струк. Рентгеновская микроскопия в мягком и жестком диапазонах длин волн. // Нижний Новгород, материалы совещания Рентгеновская оптика - 2001, сс.7-15.

3. А.В.Андреев, Ю.В.Пономарев, А.А.Коновко, В.Е.Асадчиков, Р.А.Сенин. Рентгеновская микроскопия с использованием асимметричного отражения от монокристалла. //Третья Национальная конференция по применению Рентгеновского, Синхротронного излучений, Нейтронов и Электронов для исследования материалов (РСНЭ-2001), Москва 2001, с.404.

4. А.В.Андреев, В.Е.Асадчиков, И.А.Артюков, А.В.Виноградов, В.Н.Зрюев, Ю.С.Касьянов, В.В.Кондратенко, В.Е.Левашов, Б.В.Мчедлишвили, Ю.В.Пономарев, А.Г.Пономаренко, А.В.Попов, А.А.Постнов, С.В.Савельев, Р.А.Сенин, И.И.Струк. Абсорбционная рентгеновская микроскопия в мягком и жестком диапазонах длин волн. //Третья Национальная конференция по применению Рентгеновского, Синхротронного излучений, Нейтронов и Электронов для исследования материалов (РСНЭ-2001), Москва 2001, с.408.

5. В.Е.Асадчиков, А.В.Виноградов, Ю.И.Дудчик, Н.Н.Кольчевский, Ф.Ф.Комаров, Р.А.Сенин. Использование многоэлементной преломляющей линзы для формирования пучка рентгеновского излучения с энергией фотонов 5.4 кэв. //Третья Национальная конференция по применению Рентгеновского, Синхротронного излучений, Нейтронов и Электронов для исследования материалов (РСНЭ-2001), Москва 2001, с.422.

6. А.В.Андреев, В.Е.Асадчиков, И.А.Артюков, А.В.Виноградов, В.Н.Зрюев, Ю.С.Касьянов, В.В .Кондратенко, В.Е.Левашов, Б.В.Мчедлишвили, Ю.В.Пономарев, А.В.Попов, А.А.Постнов, С.В.Савельев, Р.А.Сенин, И.И.Струк. Рентгеновская микроскопия трековых мембран и биологических объектов в мягком и жестком диапазонах длин волн. Кристаллография. 2001, т.46, №4, сс.658 - 663.

7. V.E.Asadchikov, Yu.I.Dudchik, N.N.Kolchevsky, F.F.Komarov, A.V.Popov, R.A.Senin, I.V.Suloev, A.V.Vinogradov. The usage of multielement refractive lens for imaging at5.4 kev. Seventh international conference on X-ray microscopy. Book of abstracts. P.54.

8. V.E.Asadchikov, Yu.I.Dudchik, N.N.Kolchevsky, F.F.Komarov, R.A.Senin, A.V.Vinogradov "Using a multielement refractive lens for formation of a beam of 5.4 keV photons". Proceedings of SPIE. (2002), vol.4765 pp.60-66.

9. S. A. Pikuz, V. E. Asadchikov, К. M. Chandler, D. A. Hammer, Yu. I. Dudchik,N. N. Kolchevsky, F. F. Komarov, M. D. Mitchell, A. V. Popov, T. A. Shelkovenko, R. A. Senin, I. A. Suloev, and A. V. Vinogradov Application of a refractive bubbles-in-capillary x-ray lens to X pinch experiments. Review of Scientific Instruments, 2003, vol.74, №3, pp. 2247-2250.

10. В.Е.Асадчиков, В.В.Березкин, А.Б.Васильев, Б.В.Мчедлишвили, Р.А.Сенин Рентгеновские и оптические методы в исследовании трековых мембран. Четвертая Национальная конференция по применению

Рентгеновского, Сннхротронного излучений, Нейтронов и Электронов для исследования материалов (РСНЭ-2003), Москва 2003, с.442.

11. В.ЕЛсадчиков, А.В.Бузмаков, Ю.В.Заневский, В.Н.Зрюев, Р.А.Сенин, Л.П.Смыков, Г.А.Тудоси, Г.А.Черёмухина, Е.А.Черёмухин, С.П.Черненко, А.И.Чуличков Рентгеновская томография на длинах волн 0,7 -2,29 А с использованием лабораторного источника и линейного позиционно-чувствительного детектора. Четвертая Национальная конференция по применению Рентгеновского, Синхротронного излучений, Нейтронов и Электронов для исследования материалов (РСНЭ-2003), Москва 2003, с.470.

12. В.ЕЛсадчиков, В.Г.Бабак, А.В.Бузмаков, Ю.П.Дорохин, В.Н.Зрюев, И.В.Кожевников, Ю.С.Кривоносов, В.Ф.Мамич, Л.А.Мосейко, Н.И.Мосейко, Р.А.Сенин, Ю.Н.Шилин, В.А.Шишков. Рентгеновский дифрактометр с подвижной системой излучатель-детектор: конструкция и опыт эксплуатации. // Нижний Новгород, материалы совещания Рентгеновская оптика-2004, сс.149 - 157.

13. В.Е.Асадчиков, А.В.Бузмаков, Ю.В.Заневский, В.Н.Зрюев, Р.А.Сенин, С.В.Савельев, Л.П.Смыков, Г.А.Тудоси, Г.А.Черёмухина, Е.А.Черёмухин, С.П.Черненко, А.И.Чуличков Трансмиссионная рентгеновская томография на длинах волн 0.7-1.54А в лабораторных условиях. // Нижний Новгород, материалы совещания Рентгеновская оптика - 2004, сс.123 - 130.

14. В.Е.Асадчиков, А.В.Виноградов, Ю.И.Дудчик, Н.Н.Кольчевский, Ф.Ф.Комаров, А.В.Попов, Р.А.Сенин, И.В.Сулоев Применение рентгеновских многоэлементных капиллярных линз для получения увеличенных изображений с использованием лабораторного источника на длине волны 2.29А. // Нижний Новгород, материалы совещания Рентгеновская оптика-2004, сс.158 - 165.

15. В.Е.Асадчиков, В.Г.Бабак, А.В.Бузмаков, Ю.П.Дорохин, И.П.Глаголев, Ю.В.Заневский, В.Н.Зрюев, Ю.С.Кривоносов, В.Ф.Мамич, Л.А.Мосейко, Н.И.Мосейко, Б.В.Мчедлишвили, С.В.Савельев, Р.А.Сенин, Л.П.Смыков, Г.А.Тудоси, В.Д.Фатеев, С.П.Черненко, Г.А.Черёмухина, Е.А.Черёмухин, А.И.Чуличков, Ю.Н.Шилин, В.А.Шишков. "Рентгеновский дифрактометр с подвижной системой «излучатель - детектор»", ПТЭ. 2005 т.48, №3, сс. 99-107.

16. СБ.Савельев, В.Е.Асадчиков, Е.И.Фокин, Р.А.Сенин, А.В.Бузмаков, В.Б.Никитин, Е.А.Ерофеева, Т.В.Быстрова. Пространственная организация конкрементов эпифиза человека при старении. // Сборник научных трудов VII Всероссийской конференции по патологии клетки. Москва ГУ НИИМЧ РАМН (2005) сс. 111-114.

17. А.В. Андреев, В.Е. Асадчиков, И.А.Артюков, А.В.Бузмаков, А.В. Виноградов, Ю.И.Дудчик, В.Н.Зрюев, Ю.С.Касьянов, Н.Н.Кольчевский, Ф.Ф.Комаров, В.В. Кондратенко, Б.В.Мчедлишвилли, Ю.В. Пономарев, А.В.Попов, А.А.Постнов, С.В.Савельев, Р.А.Сенин, И.В.Сулоев. Рентгеномикроскопические методы в исследовании трековых мембран и биологических объектов. Мембраны №3 (27), 2005. сс. 17-27.

1. A. L. D. Kilcoyne, Т. Tyliszczak, W. F. Steele, S. Fakra, P. Hitchcock, K. ф Franck, E. Anderson, B. Harteneck, E. G. Rightor, G. E. Mitchell, A. P. Hitchcock,

2. Yang, T. Warwick and H. Ade, Interferometer-controlled scanning transmission X-ray microscopes at the Advanced Light Source, J. Synchrotron Rad. (2003). vol 10, pp. 125-136

3. T. Beetz, M. Feser, H. Fleckenstein, B. Hornberger, C. Jacobsen, J. Kirz, M. Lerotic, E. Lima, M. Lu, D. Sayre, D. Shapiro, A. Stein, D. Tennant, and S. Wirick, "Soft x-ray microscopy at the NSLS," Synchrotron Radiation News 16, no. 3, pp. 11-15,(2003).

4. M.Awaji, Y. Suzuki, A. Takeuchi, H. Takano, N. Kamijo, S. Tamura, M. Yasumoto, X-ray imaging microscopy at 25keV with Fresnel zone plate optics. Nucl. Inst, and Meth. Sect. A, Vol: 467-468, Part 2, July 21, 2001 pp. 845-848

5. S. Jiang, ;L. Chen, ;C. Y. Xu, ,S. J. Fu, ;J. Chen,; Z. Xu, The scanning transmission X-ray microscope at NSRL, Journal de Physique IV (Proceedings), Volume 104, Issue 2, March 2003, pp.81-84

6. M. Kiskinova. Chemical Specific Imaging and Spectroscopy of Interfaces and Dynamic Surface Processes with Synchrotron-Based X-ray Microscopy. J. Surf. Sci. Nanotechn. 1 (2003) p 1.

7. Berglund, L. Rymell, M. Peuker, T. Wilhein, and H. M. Hertz. Compact water-window transmission X-ray microscopy. Journal of Microscopy 197, pp.268273 (2000).

8. Michette AG, Pfauntsch SJ, Powell AK, Graf T, Losinski D, McFaul CD, Ma A, Hirst GJ, Shaikh W 2003 Progress with the King's College Laboratory scanning x-ray microscope. Journal de Physique IV (Proceedings), France 104 (2003) pp. 123126

9. A. Sasov, D. Van Dyck, Desktop X-ray microscopy and microtomography Journal of Microscopy, August 1998, vol. 191, no. 2, pp. 151-158

10. G.R.Davis, J.C. Elliott, High definition X-ray microtomography using a conventional impact x-ray source. Journal de Physique IV (Proceedings), Volume 104, Issue 2, March 2003, pp. 131-134

11. H. Aritome, A compact imaging X-ray microscope by using a laser plasma source. Journal de Physique IV (Proceedings), Volume 104, Issue 2, March 2003, pp.137-140

12. G. V. Ivanenkov, S. A. Pikuz, D. B. Sinars et al. Microexplosion of a Hot Point in an X-Pinch Constriction. Plasma Physics Reports Vol. 26, No. 10, 2000 pp. 868-874

13. G. N. Hounsfield. A method of and apparatus for examination of a body by radiation such as x-ray or gamma radiation. Patent Specification 1283915, The Patent Office, 1972.

14. R.A. Ketcham, W.D. Carlson, Acquisition, optimization and interpretation of X-ray computed tomographic imagery: applications to the geosciences, Computers & Geosciences, vol. 27 (2001) pp. 381-400.

15. U.Wiesemann. The Scanning transmission X-ray microscopy at BESSY-II. Dissertation for the degree of doctor of philosophy in physics. University of Gottingen, 2003.21. http://www.xradia.com

16. N.Gurker, R.Nell, W.Backfrieder. X-ray microtomography experiments using a diffraction tube and a focusing multilayer-mirror. Nucl Inst and Meth В vol. 94 pp. 154-171 (1994)23. http://www.skyscan.be

17. B. Muller, A.Lange, M.Harwardt et. al. Refraction computed tomography MP Materialprufung Jahrg 46 (2004) №6 pp 314-319

18. C. G. Schroer, J. Meyer, M. Kuhlmann et al., Nanotomography based on hard x-ray microscopy with refractive lenses. Applied Physics Letters, Vol 81, №8, 2002

19. B.L. Winn. Tomography with a cryogenic scanning transmission x-ray microscope. Dissertation for the degree of doctor of philosophy in physics. St. Univ. of NY at Stony Brook, 2000

20. C.B. Савельев, B.E. Асадчиков, E.B. Фокин и др., Пространственная организация конкрементов эпифиза человека при старении, сс. 111-114, VII всероссийская конференция по патологии клетки. Москва, 2005.

21. T.Ohigashi, N.Watanabe, H.Yokosuka and S.Aoki. Full-field X-ray fluorescence microscope with a quasi-monochromatic beam. Proc. of the 7-thinternational conference on x-ray microscopy, pp. 53-56. ESRF, Grenoble, France, July 28 August 2.,2002.

22. M.Yasumoto, E.Ishiguro, K.Takemoto, T.Tomimasu, H.Kihara, N.Kamijo, T.Tsurushima, A.Takahara, K.Hara and Y.Chikaura. Proc. of the 7-th international conference on x-ray microscopy, pp. 63-66. ESRF, Grenoble, France, July 28 -August 2.,2002.

23. B.Nohammer, J.Hoszowska, H.-P.Herzig and C.David, Zoneplates for hard X-rays with ultra-high diffraction efficiencies. Proc. of the 7-th international conference on x-ray microscopy, pp. 193-196. ESRF, Grenoble, France, July 28 -August 2.,2002.

24. B.E. Асадчиков, Ю.Н. Шилин, B.A. Шишков. "Рентгеновский дифрактометр". Свидетельство N 1148 на полезную модель, приоритет 24.02.1993, заявка N 93009882 зарегистрирована 16.11.1995. Бюллетень полезные модели и промышленные образцы. 1995. №11 с. 34-35.

25. А.А. Постнов. Развитие методов рентгеновской микроскопии для изучения биологических и полимерных объектов. Диссертация, на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Москва (1999).166 стр.

26. О.П. Братов, H.B. Денисов, И.П. Жижин, Н.И. Комяк, В.Г. Лютцау и др., Рентгеновский теневой микроскоп МИР-1. Аппаратура и методы рентгеновского анализа, Вып.4, 1969, с. 3-13.

27. W.Ranwez. Application de la photographie par les rayons Roentgen aux recherches analytiques des matrieres vegetales. Comptes Rendue de Seances de l'Academie des Siences, Paris, 122, (apr 1896), pp 396-412.

28. R.L. Davies, N.A. Flores, J.K. Pye. Development in contact X-ray microscopy in biological research. Journal of Microscopy, Vol. 138, (1985), pp. 293-300.

29. W.A.Ladd, W.M. Hess and M.W. Ladd, High resolution microradiography, Science, vol. 123, (1956) pp. 370-371.

30. R. Feder, D. Sayre, E. Spiller et. al., Specimen replication for electron microscopy using X-rays and X-ray resist. Journal of Applied Physics, vol 47, (1976), pp. 1192-1193;

31. R. Feder. X-ray projection printing of electrical circuit patterns. Technical report IBM. Technical report TR 22.1065, IBM Components Division, East Fishkill facility, Hopewell Junction, NY, (1970).

32. J.W. McGowan, B. Borwein, J.A. Medeiros et. al. Journal of Cell Biology, vol 80, Iss. 3. (1979), pp. 732-735.45. http://www.photonic-science.co.uk/46. http://www.mar-usa.com/

33. С.Е.Гурьянов Знакомьтесь: ПЗС; http://edu.zelenogorsk.ru/astron/articles/ccdart.htm

34. G. Charpak, R. Bouclier, Т. Bressani, J. Favier and S. Zupansis. The use of multiwire proportional counters to select and localize charged particles. Nucl. Inst, and Meth., Vol 62, Iss 3, (1968), Pages 262-268

35. Заневскнй Ю.В. и др. «Автоматизированные позиционно-чувствительные детекторы для структурных и радиоизотопных исследований» Препринт ОИЯИ Д13-88-602, Дубна, 1988.

36. M.Feser, C.Jacobsen, P.Rehak and G.DeGeronimo. Scanning transmission x-ray microscopy with a segmented detector, J. Phys IV France, vol.104. (2003).pp. 529-534.

37. J.Kirz, C.Jacobsen. Soft X-ray Microscopes and Their Biological Applications. Quarterly Reviews of Biophysics 28(1), 30-130 (1995).

38. P.Goby. Une application nouvelle des rayons x: la microradiographie, Comptes Rendue de'lAcademie des Sciences, Paris, vol. 156, (1913), p.686

39. P.Goby, New application of the X-rays: microradiography. Journal of Royal Microscopy Soc., vol.4, (1913), pp.373-375

40. V. E. Cosslett and W. C. Nixon, The X-Ray Shadow Microscope, Journal of Applied Physics -- May 1953 — Volume 24, Issue 5, pp. 616-623

41. S. Spector, C. Jacobsen and D.Tennant. Process optimization for production of sub-20 nm soft x-ray zone plates. Journal of Vacuum Science and Technology B, Vol. 15, №6 pp.2872-2876. (1997).

42. И.А. Артюков, B.E. Асадчиков, А.И. Виленский, A.B. Виноградов, B.E. Левашов, Б. В. Мчедлишвили, A.B. Попов, А.А. Постнов, И.И. Струк.

43. Получение изображений фильтрационных каналов в трековых мембранах с помощью рентгеновского микроскопа Шварцшильда //Доклады академии наук., т.372, №5, сс.608-611. (2000)

44. S.Suehiro, H.Miyaji, and H.Hayashi. Refractive lens for X-ray focus. Nature (London) vol 356, pp. 385-386. (1991)

45. B.X. Yang. Fresnel and refractive lenses for X-rays. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 328, pp. 578-587 (1993)

46. A.Snigirev, V.Kohn, I.Snigireva, B.Lengeler. A compound refractive lens for focusing high-energy X-rays. Nature, Vol 384 (1996), pp.49-51.

47. B.Lengeler,A.Snigirev,C.Shroer et al. A microscope for hard x-rays based on parabolic compound refractive lenses. Appl. Phys. Let. vol 74 .№26 pp. 3924-3926 (1999)

48. Y.Kohmura, M.Awaji, Y.Suzuki and T. Ishikava. X-ray bubble lens and x-ray hollow plastic ball lens. Proc.SPIE vol 3449, pp. 185-194. (1998)

49. M. Takagi, T. Norimatsu, Y. Yamanaka and S. Nakai. Development of deuterated polystyrene shells for laser fusion by means of a density-matched emulsion method. Journal of Vacuum Science and Technology A Vol 9, Iss. 4, pp. 2145-2148 (1991).

50. WJ. Bottinger, R.C.Dobbyn, H.E. Burdette and M.Kuriyama. Real Time Topography with X-Ray Image Magnification. Nucl. Inst, and Meth. vol. 195. (1982) pp. 355-361.

51. R.D. Spal. Submicrometer resolution hard x-ray holography with the asymmetric Bragg diffraction microscope. Physical Review Letters; vol 86, №14 pp. 3044-3046 (2001)

52. M. Stampanoni, G. Borchert, R. Abela, P. Ruegsegger. Bragg magnifier: A detector for submicrometer x-ray computer tomography. Journal Of Applied Physics, vol. 92, № 12 (2002). pp.7630-7635.

53. B.E. Асадчиков, Б.В. Мчедлишвили, Ю.В. Пономарев, А.А. Постнов, Р.А. Сеннн, Т.В. Цыганова Рентгеновская микроскопия с использованием асимметричного отражения от монокристалла. Письма в ЖЭТФ. т.73, вып.4, сс.205-209 (2001).

54. A.M. Афанасьев, П.А. Александров, P.M. Имамов. Рентгенодифракционная диагностика субмикронных слоев. М. Наука, 1989, 152 с.

55. З.Г. Пинскер. Динамическое рассеяние рентгеновских лучей в идеальных кристаллах. М. Наука. 1974.

56. А.В.Андреев, В.Е.Асадчиков, И.А.Артюков, А.В.Виноградов, В.Н.Зргоев, Ю.С.Касьянов, В.В.Кондратенко, В.Е.Левашов, Б.В.Мчедлишвили,

57. Ю.В.Пономарев, А.В.Попов, А.А.Постнов, С.В.Савельев, Р.А.Сенин, И.И.Струк. Кристаллография., т.46, №4, с.658 (2001).

58. A.V.Popov, I.V.Suloev, and A.V.Vinogradov. Application of the parabolic wave equation to the simulation of refractive X-ray multilenses. Proc. SPIE, Vol 4765, pp. 33-43 (2002).

59. М.Борн, Э.Вольф. Основы оптики. М. Наука. 1970. 856 стр.

60. В. А. Яштолд-Говорко, Фотосъёмка и обработка. Съемка, формулы, термины, рецепты. Изд. 4-е, сокр. М., «Искусство», 1977.

61. A.C.Kak, М. Slaney. Principles of Computerized Tomographic imaging. (IEEE Press, NY 1988)

62. IK Indrajit, Mn Shreeram, Jd D'souza, Multislice CT : A Quantum Leap in Whole Body Imaging. Ind. J. Radiol. Imag. № 14: Iss 2 (2004) pp.209-216 http://www.ijri.org/articles/ARCHIVES/2004-14-2/newtechphysics209.htm

63. B.A Бушуев, B.H. Ингал, Е.А.Белявская. Динамическая теория изображения некристаллических объектов в методе фазодисперсионной интроскопии. Кристаллография, Том 41 №5 с 808-815. 1996.

64. В.А Бушуев, В.Н. Ингал, Е.А.Белявская. Волновая теория рентгеновской фазоконтрастной интроскопии. Кристаллография, Том 43 №4 с586-595. 1998.

65. Б.М. Алаутдинов, В.Е. Асадчиков, Б.В. Мчедлишвили и др. Рентгеновский многоцелевой дифрактометр с горизонтальным расположением образца. Научное приборостроение. 1995. Т.5.№1-2. С 95-112.

66. В.Е. Асадчиков, В.Г.Бабак, А.В.Бузмаков и др., "Рентгеновский дифрактометр с подвижной системой «излучатель детектор»", ПТЭ. 2005 №3, сс. 99-107.

67. Э.Н. Асиновский, А.А. Ахметжанов, М.А. Габидулин и др. «Высокоточные преобразователи угловых перемещений» Под общей редакцией А.А.Ахметжанова. М.: Энергоатомиздат, 1986.128 с.

68. С.Е. Васильев, Д.Е. Донец, Ю.В. Заневский и др. ПТЭ. 1995. № 2. С. 172.

69. Ф. Натеррер, "Математические аспекты компьютерной томографии" М. 'Мир' 1990 г.

70. Е.А.Черемухин. Задачи анализа и интерпретации данных для приближенных моделей. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.М. 2004.

71. А.И.Чуличков. Основы измерительно-вычислительных систем сверхвысокого разрешения.(Линейные стохастические измерительно-вычислительные системы). Тамбов. Изд-во ТГТУ. 2000.140 с.

72. E.L.Henke, P.Lee et.al., Low energy X-ray interaction coefficients: Photoionization, scattering and reflection. Atomic and nuclear data tables, vol.27, (1982), p.l. + Электронная версия уточненных оптических констант: http://www-cxro.lbl.gov/tools.html

73. С.В. Савельев. Введение в зоопсихологию. М., Ареа 17.(1998) 292 с.

74. С.В.Савельев, Л.В.Серова, Н.В.Бесова, А.Носовский. Влияние невесомости на развитие нейроэндокринной системы у крыс. Авиакосмическая и экологическая медицина. 1998. Том 32. №2, сс. 36-42.