zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2018-84-12-32-39zldm-852Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование свойств материалов методами абсорбционной и дифракционной рентгеновской микротомографииX-ray microtomography setup for absorption and diffraction tomographyАсадчиковВ. Е.AsadchikovV. E.

Виктор Евгеньевич Асадчиков

Москва

Victor E. Asadchikov

Moscow

asad@crys.ras.ruБузмаковА. В.BuzmakovA. V.

Алексей Владимирович Бузмаков

Москва

Alexey V. Buzmakov

Moscow

asad@crys.ras.ruДьячковаИ. Г.DyachkovaI. G.

Ирина Геннадьевна Дьячкова

Москва

Irina G. Dyachkova

Moscow

asad@crys.ras.ruЗолотовД. А.ZolotovD. A.

Денис Александрович Золотов

Москва

Denis A. Zolotov

asad@crys.ras.ruКривоносовЮ. С.KrivonosovYu. S.

Юрий Станиславович Кривоносов

Москва

Yuri S. Krivonosov

Moscow

asad@crys.ras.ruРусаковА. А.RusakovА. A.

Андрей Артемьевич Русаков

Москва

Andrey A. Rusakov

Moscow

asad@crys.ras.ruЧуховскийФ. Н.ChukhovskiiF. N.

Феликс Николаевич Чуховский

Москва

Felix N. Chukhovskii

Moscow

asad@crys.ras.ruФНИЦ «Кристаллография и фотоника», РАНРоссияFSRC “Crystallography and Photonics” RASRussian Federation20182012201884123239Copyright © Асадчиков В.Е., Бузмаков А.В., Дьячкова И.Г., Золотов Д.А., Кривоносов Ю.С., Русаков А.А., Чуховский Ф.Н., 20182018Асадчиков В.Е., Бузмаков А.В., Дьячкова И.Г., Золотов Д.А., Кривоносов Ю.С., Русаков А.А., Чуховский Ф.Н.Asadchikov V.E., Buzmakov A.V., Dyachkova I.G., Zolotov D.A., Krivonosov Y.S., Rusakov А.A., Chukhovskii F.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/852

Приведены результаты исследований монокристаллов кремния и желчных камней с помощью лабораторного рентгеновского микротомографа с пространственным разрешением 10 мкм. Методика томографического эксперимента включала использование монохроматичного «параллельного пучка» с последующей трехмерной реконструкцией на основе набора двумерных проекций. Топотомографические измерения проводили в режиме вращения исследуемых образцов вокруг нормали к отражающей плоскости, настроенной по геометрии дифракционного отражения Лауэ, что позволило идентифицировать и исследовать одиночные дислокации в кристаллах совершенного кремния. Моделирование дислокационных петель осуществляли на основе численного решения уравнений Такаги – Топена. Используя микротомографию, in vitro исследовали желчные камни человека. Установили, что камни имеют слоистые образования, которые по своему составу могут быть модификациями карбоната кальция. Внутренняя структура камней неоднородна и содержит многочисленные полости и трещины, образованные в процессе их роста. Вместе с тем оценка пористости желчных камней необходима, поскольку последняя может влиять на скорость растворения камня при лечении литолитическими методами. По результатам измерений определяли линейные коэффициенты ослабления рентгеновского излучения холестериновых конкрементов. Хорошее совпадение экспериментально полученных коэффициентов поглощения с расчетом на основе табличных данных для чистого холестерина позволило предположить, что томографический метод можно использовать для прижизненной диагностики желчных камней холестеринового типа.

The results of studying silicon single crystals and gallstones on a laboratory X-ray microtomograph with a spatial resolution of 10 µm (developed at the Federal Scientific Research Centre for «Crystallography and Photonics» of the Russian Academy of Sciences) are reviewed. The method of tomographic experiment included the use of a monochromatic «parallel beam» with subsequent three-dimensional reconstruction based on a set of two-dimensional projections. Topotomographic measurements were performed in the mode of rotation of the samples under study around the normal to the reflecting plane adjusted to the Laue diffraction reflection geometry, which made it possible to identify and study single dislocations in perfect silicon crystals. Simulation of the dislocation loops was carried out on the basis of numerical solution of the Takagi-Taupin equations. In-vitro microtomographic study of human gallstones revealed the layered structure of the gallstones which are close in composition to modifications of calcium carbonate. The internal structure of the stones is heterogeneous and contains numerous cavities and cracks formed upon their growth. At the same time, the evaluation of the porosity of gallstones is necessary, since the latter can affect the rate of stone dissolution in their treatment by litholytic methods. Linear attenuation coefficients of x-ray radiation of cholesterol-type gallstones were calculated from the measurement results. The good agreement of the experimentally obtained results and calculations based on tabular data for pure cholesterol is demonstrated which proved that the tomographic method can be used for in vivo diagnosis of cholesterol-type gallstones.

рентгеновская микротомографиятопотомографияабсорбционная томографиядифракционные методыкамни желчного пузыряx-ray microtomographytopo-tomographyabsorption tomographydiffraction methodsgallstonesМинистерство науки и высшего образования, государственного задания ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАНReferencesLudwig W., Cloetens P., Härtwig J., et al. Three-dimensional imaging of crystal defects by ‘topo-tomography’ / J. Appl. Cryst. 2001. Vol. 34. P. 602 – 607.Ludwig W., Cloetens P., Härtwig J., et al. Three-dimensional imaging of crystal defects by ‘topo-tomography’ / J. Appl. Cryst. 2001. Vol. 34. P. 602 – 607.Hänschke D., Danilewsky A., Helfen L., et al. Correlated Three-Dimensional Imaging of Dislocations: Insights into the Onset of Thermal Slip in Semiconductor Wafers / Phys. Rev. Lett. 2017. Vol. 119. P. 215504(1 – 6).Hänschke D., Danilewsky A., Helfen L., et al. Correlated Three-Dimensional Imaging of Dislocations: Insights into the Onset of Thermal Slip in Semiconductor Wafers / Phys. Rev. Lett. 2017. Vol. 119. P. 215504(1 – 6).Золотов Д. А., Бузмаков А. В., Асадчиков В. Е. и др. Исследование внутренней структуры монокристалла фторида лития методом рентгеновской топотомографии в лабораторных условиях / Кристаллография. 2011. Т. 56. № 3. С. 426 – 430.Zolotov D. A., Buzmakov A. V., Asadchikov V. E., et al. Study of the internal structure of lithium fluoride single crystal by laboratory X-ray topo-tomography / Crystallography Reports. 2011. Vol. 56. N 3. P. 393 – 396.Barbara L. A comparative study of chenodeoxycholic acid and ursodeoxycholic acid as choledterol gallstone dissolving agents / MTP Press. 1983. P. 367 – 370.Barbara L. A comparative study of chenodeoxycholic acid and ursodeoxycholic acid as choledterol gallstone dissolving agents / MTP Press. 1983. P. 367 – 370.Roda E., Liva S., Ferrara F., et al. The UDCA dosage deficit: a fate shared with CDCA / Eur. J. Gastroenterol. Hepatol. 2002. N 14(3). P. 213 – 216.Roda E., Liva S., Ferrara F., et al. The UDCA dosage deficit: a fate shared with CDCA / Eur. J. Gastroenterol. Hepatol. 2002. N 14(3). P. 213 – 216.Bouchifr I. Non-surgical treatment of gall stones: many contenders but who will win the crown? / Gut. 1988. N 29. P. 137 – 142.Bouchifr I. Non-surgical treatment of gall stones: many contenders but who will win the crown? / Gut. 1988. N 29. P. 137 – 142.Helmstadter A. Ether and the chemical-contact dissolution of gallstones / Lancet. 1999. N 354(9187). P. 1376 – 1387.Helmstadter A. Ether and the chemical-contact dissolution of gallstones / Lancet. 1999. N 354(9187). P. 1376 – 1387.Padova C., Padova F., Montorsi W., et al. Methyl tert-butyl ether fails to dissolve retained radiolucent common bile duct stones / Gastroenterology. 1986. N 91. P. 1296 – 1300.Padova C., Padova F., Montorsi W., et al. Methyl tert-butyl ether fails to dissolve retained radiolucent common bile duct stones / Gastroenterology. 1986. N 91. P. 1296 – 1300.Tritapepe R., Rovagnati P., Da Pozzo L., et al. Rapid dissolution of residual biliary calculi with tert-butyl methyl ether / Minerva Med. 1986. N 77 (12). P. 483 – 485.Tritapepe R., Rovagnati P., Da Pozzo L., et al. Rapid dissolution of residual biliary calculi with tert-butyl methyl ether / Minerva Med. 1986. N 77 (12). P. 483 – 485.Nelson P. E., Moyer T. P., Thistle J. L. Gallstone dissolution in vitro with methyl tert-butyl ether: radiologic selection criteria / Gastroenterology. 1990. Vol. 98. P. 1345 – 1350.Nelson P. E., Moyer T. P., Thistle J. L. Gallstone dissolution in vitro with methyl tert-butyl ether: radiologic selection criteria / Gastroenterology. 1990. Vol. 98. P. 1345 – 1350.Kelly E., Williams J., Organ C. A history of the dissolution of retained choledocholithiasis. / Am J. Surg. 2000. N 180(2). P. 86 – 98.Kelly E., Williams J., Organ C. A history of the dissolution of retained choledocholithiasis. / Am J. Surg. 2000. N 180(2). P. 86 – 98.Petroni M., Jazrawi R., Pazzi P., et al. Risk factors for the development of gallstone recurrence following medical dissolution. The British-Italian Gallstone Study Group. / Eur. J. Gastroenterol Hepatol. 2000. N 12(6). P. 695 – 700.Petroni M., Jazrawi R., Pazzi P., et al. Risk factors for the development of gallstone recurrence following medical dissolution. The British-Italian Gallstone Study Group. / Eur. J. Gastroenterol Hepatol. 2000. N 12(6). P. 695 – 700.Hetzer F., Baumann M., Simmen H. Contact litholysis of gallstones with methyl tert-butyl ether in risk patients — a case report / Swiss Surg. 2001. N 7(1). P. 39 – 42.Hetzer F., Baumann M., Simmen H. Contact litholysis of gallstones with methyl tert-butyl ether in risk patients — a case report / Swiss Surg. 2001. N 7(1). P. 39 – 42.Lim M. Y., Chou T. C., Lin X. Z., et al. Enhanced dissolution of gallstone by combining ethanol with two commonly used cholelitholytic solvents / Hepatogastroenterology. 1999. N 46(26). P. 758 – 761.Lim M. Y., Chou T. C., Lin X. Z., et al. Enhanced dissolution of gallstone by combining ethanol with two commonly used cholelitholytic solvents / Hepatogastroenterology. 1999. N 46(26). P. 758 – 761.Cheng J. S., Lai K. H., Lo G. H., et al. In vitro dissolution of cholesterol and brown pigmented gallstones: a comparison of MTBE, DMSO and BA-EDTA / Zhonghua Yi/Xue Za Zhi (Taipei). 2000. N 63(9). P. 667 – 672.Cheng J. S., Lai K. H., Lo G. H., et al. In vitro dissolution of cholesterol and brown pigmented gallstones: a comparison of MTBE, DMSO and BA-EDTA / Zhonghua Yi/Xue Za Zhi (Taipei). 2000. N 63(9). P. 667 – 672.Тюрюмин Я. Л., Мальцев А. Б., Шантуров В. А. и др. Химический литолиз холестериновых желчных камней в лечении острого холецистита / Актуальные вопросы современной клинической медицины: сб. материалов / ИГМУ. — Иркутск, 1995. С. 191 – 193.Turyumin Ya. L., Shanturov V. A., Malcev A. B., et al. Chemical litholysis of cholesterol gallstones in the treatment of acute cholecystitis / Current issues of modern clinical medicine: a collection of materials / IGMU. — Irkutsk, 1995. P. 191 – 193. [in Russian]Тюрюмин Я. Л., Шантуров В. А., Мальцев А. Б. и др. Первый опыт литолиза холестериновых желчных камней с использованием метил-терт-бутилового эфира в лечении острого холецистита / Актуальные вопросы реконструктивной и восстановительной хирургии: сб. тез. итог. работ. — Иркутск, 1995. С. 185 – 186.Turyumin Ya. L., Shanturov V. A., Malcev A. B., et al. The first experience of litholysis of cholesterol gallstones using methyl-tert-butyl ether in the treatment of acute cholecystitis / Actual issues of reconstructive and reconstructive surgery: a collection of abstracts of the final work. — Irkutsk, 1995. P. 185 – 186 [in Russian].Сайфутдинов Р. Г., Рыжкова О. В., Шантуров В. А. и др. Тактика ведения пациентов с камнями в желчном пузыре. — Казань, 2003. — 29 с.Saifutdinov R. G., Rizhkova O. V., Shanturov V. A., et al. The tactics of treatment of patients with gallbladder stones. — Kazan, 2003. — 29 p. [in Russian].Рыжкова О. В. Растворяющая способность метил-трет-бутилового эфира камней желчного пузыря in vitro / Научно-практическая конференции молодых ученых: сб. тез. докл. — Казань, 2003. С. 69 – 70.Ryzhkova O. V. Solvent capacity of methyl tert-butyl ether of gallbladder stones in vitro / Scientific-practical conference of young scientists: a collection of abstracts. — Kazan, 2003. P. 69 – 70 [in Russian].Рыжкова О. В., Сайфутдинов Р. Г. Химический литолиз метил-трет-бутиловым эфиром (МТБЭ) камней желчного пузыря in vitro. / Сибирский журнал гастроэнтерологии и гепатологии. 2003. № 16, 17. С. 129 – 130.Ryzhkova O. V., Saifutdinov R. G. Chemical litholysis by methyl tert-butyl ether (MTBE) of gallbladder stones in vitro / Sib. Zh. Gastroénterol. Gepatol. 2003. N 16, 17. P. 129 – 130 [in Russian].Downling R. H. Cholelithiasis: medical treatment. / Clinics Gastroenterology. 1983. Vol. 12. P. 125 – 178.Downling R. H. Cholelithiasis: medical treatment. / Clinics Gastroenterology. 1983. Vol. 12. P. 125 – 178.Andersen A. H., Kak A. C. Simultaneous algebraic reconstruction technique (sart): a superior implementation of the art algorithm / Ultrasonic. Imag. 1984. Vol. 6. P. 81 – 94.Andersen A. H., Kak A. C. Simultaneous algebraic reconstruction technique (sart): a superior implementation of the art algorithm / Ultrasonic. Imag. 1984. Vol. 6. P. 81 – 94.Ерофеев В. Н., Никитенко В. И., Половинкина В. И. и др. Исследование особенностей ренгенодифракционного контраста и геометрии дислокационных полупетель в кремнии / Кристаллография. 1971. Т. 16. № 1. С. 191 – 197.Erofeev V. N., Nikitenko V. I., Polovinkina V. I., et al. Investigation of the features of x-ray diffraction contrast and geometry of dislocation half-grids in silicon / Crystallography Reports. 1971. Vol. 16. N 1. P. 191 – 197.Золотов Д. А., Бузмаков А. В., Елфимов Д. А. и др. Возможность выявления пространственного расположения одиночных дислокаций методом топотомографии на лабораторных установках / Кристаллография. 2017. Т. 62. № 1. С. 12 – 16.Zolotov D. A., Buzmakov A. V., Elfimov D. A., et al. The possibility of identifying the spatial location of single dislocations by topo-tomography on laboratory setups / Crystallography Reports. 2017. Vol. 62. N 1. P. 20 – 24.Huang X., Laue P. A graphical-user-interface program for simulating and analyzing white-beam X-ray diffraction Laue patterns / J. Appl. Cryst. 2010. Vol. 43. P. 926 – 928.Huang X., Laue P. A graphical-user-interface program for simulating and analyzing white-beam X-ray diffraction Laue patterns / J. Appl. Cryst. 2010. Vol. 43. P. 926 – 928.Беседин И. С., Чуховский Ф. Н., Асадчиков В. Е. Исследование дифракционного контраста дислокаций в рентгеновской топотомографии. Компьютерное моделирование и анализ изображений / Кристаллография. 2014. Т. 59. № 3. С. 365 – 373.Besedin I. S., Chukhovskii F. N., Asadchikov V. E. Study of the diffraction contrast of dislocations in X-ray topo-tomography: a computer simulation and image analysis / Crystallography Reports. 2014. Vol. 59. N 3. P. 323 – 330.Бузмаков А. В., Благов A. Е., Гулимова В. И. и др. Сопоставление данных рентгеновской микротомографии и флуоресцентного анализа при изучении структурной организации костной ткани / Кристаллография. 2012. Т. 57. № 5. С. 782 – 790.Buzmakov A. V., Blagov A. E., Gulimova V. I., et al. Comparison of the data of x-ray microtomography and fluorescence analysis in the study of bone-tissue structure / Crystallography. 2012. Vol. 57. N 5. P. 732 – 790.Prun V. E., Nikolaev D. P., Buzmakov A. V., et al. Effective Regularized Algebraic Reconstruction Technique for Computed Tomography / Crystallography Reports December. 2013. Vol. 58. Is. 7. P. 1063 – 1066.Prun V. E., Nikolaev D. P., Buzmakov A. V., et al. Effective Regularized Algebraic Reconstruction Technique for Computed Tomography / Crystallography Reports December. 2013. Vol. 58. Is. 7. P. 1063 – 1066.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.