تداخل سنجی گریتینگ می تواند تشخیص زودهنگام سرطان سینه را امکان پذیر کند - Physics World

تداخل سنجی گریتینگ می تواند تشخیص زودهنگام سرطان سینه را امکان پذیر کند - Physics World

تمبر زمانی: 8 اوت 2023، 5:00 صبح

میشال راولیک و مارکو استامپانونی
توسعه تشخیصی مایکل راولیک (سمت چپ) و مارکو استامپانونی در حال بررسی یک روش جدید تصویربرداری اشعه ایکس هستند که امیدوارند تشخیص سرطان سینه را به طور قطعی بهبود بخشد. (با احترام: موسسه پل شرر/مارکوس فیشر)

نشان داده شده است که غربالگری ماموگرافی مرگ و میر ناشی از سرطان سینه را کاهش می دهد. اما ماموگرافی با یک مطالعه نشان داد که تنها 46 درصد از سرطان های شناسایی شده مثبت واقعی بودند، در حالی که 22 درصد از موارد سرطان واقعی نادیده گرفته شدند. مشکل به این دلیل به وجود می‌آید که بافت نرم سینه کنتراست محدودی با اشعه ایکس ایجاد می‌کند و برجستگی دوبعدی مورد استفاده در ماموگرافی نمی‌تواند ساختار پیچیده پستان را به وضوح نشان دهد.

توموگرافی کامپیوتری سینه اختصاصی (CT) داده‌های حجمی را فراهم می‌کند و در نتیجه چالش‌های ناشی از همپوشانی بافت و فشرده‌سازی پستان را حذف می‌کند. اما محدودیت اصلی کنتراست تصویربرداری اشعه ایکس مبتنی بر تضعیف را حل نمی کند. برای غلبه بر این محدودیت، محققان به تصویربرداری اشعه ایکس با کنتراست فاز روی آورده اند، تکنیکی که از اثرات شکست و تداخل برای ایجاد تصاویر با کنتراست و وضوح بسیار بالاتر استفاده می کند. چنین پیشرفت هایی می تواند به شناسایی تومورها در مراحل اولیه کمک کند و شانس بقا را افزایش دهد.

تا به امروز، تصویربرداری پرتو ایکس با کنتراست فاز به دلیل نیاز به منابع پرتو ایکس بسیار منسجم مانند سنکروترون ها محدود شده است. روش دیگر گریتینگ CT کنتراست فاز مبتنی بر تداخل سنجی (GI-CT) است که با لوله های اشعه ایکس معمولی کار می کند اما به دوزهای پرتو ایکس بالایی نیاز دارد. اکنون، یک تیم تحقیقاتی در موسسه پل شرر (PSI) و ETH زوریخ یک تکنیک GI-CT را توسعه داده است که از CT معمولی برای تصویربرداری پستان در شرایط نزدیک به بالینی کارآمدتر است.

تداخل سنجی گریتینگ (که بود اولین بار در PSI نشان داده شد) با قرار دادن یک سری توری پراش، با فاصله خطوط چند میکرومتر، بین منبع اشعه ایکس و آشکارساز کار می کند. گریتینگ ها یک الگوی تداخلی را به پرتو اشعه ایکس وارد می کنند، که پس از عبور پرتو از نمونه، تغییر شکل می دهد. شکست در ساختارهای مقیاس بزرگ باعث می شود که الگو به صورت جانبی جابجا شود (تضاد فاز)، در حالی که شکست در ساختارهای کوچک غیرقابل حل، الگو را تار می کند (سیگنال میدان تاریک). بنابراین تجزیه و تحلیل الگوی تحریف شده سه تصویر بالقوه به دست می دهد: بر اساس تضعیف، کنتراست فاز و سیگنال میدان تاریک.

ارزیابی عملکرد

مارکو استامپانونیاستاد تصویربرداری اشعه ایکس در ETH زوریخ و رئیس گروه تحقیقاتی در PSI، و همکارانش یک سیستم GI-CT بر اساس منبع اشعه ایکس آند تنگستن (که با انرژی سی تی سینه معمولی 70 کیلو ولت بر ثانیه کار می کند) ساختند. یک آشکارساز شمارش فوتون با مساحت فعال 195×19.2 میلی متر و یک تداخل سنج تالبوت-لاو بر اساس گریتینگ های تجاری موجود با گام 4.2 میکرومتر.

محققان از این دستگاه استفاده کردند که در اپتیکابرای تصویربرداری از یک نمونه سینه انسان، با دوز متوسط ​​تحویلی از 5.5 تا 219 میلی‌گری. آنها تصاویر را با استفاده از تضعیف و کنتراست فاز بازسازی کردند و دریافتند که کیفیت بصری هر دو کنتراست با دوز تحویلی افزایش می یابد. در کمترین دوز، تصویر کنتراست فاز پایین‌تر از تصویر تضعیف-کنتراست به نظر می‌رسد. با این حال، برای دوز بالاتر، تصویر PC برتر به نظر می رسید.

برای حل موثر مورفولوژی پستان، نسبت کنتراست به نویز (CNR) XNUMX بین بافت چربی و غدد مورد نیاز است. برای کاهش CNR به آن مقدار، محققان حجم های بازسازی شده را با یک هسته گاوسی فیلتر کردند. برای هر تصویر، اندازه هسته (حد پایین تر وضوح) مورد نیاز برای دستیابی به این CNR و دوز لازم در این وضوح را تعیین کردند.

آنها دریافتند که نیاز به دوز برای تصاویر مبتنی بر میرایی سریعتر از تصاویر مبتنی بر فاز افزایش می یابد. در وضوح 214 میکرومتر یا بالاتر، تصاویر کنتراست فاز واضح تر از تصاویری بودند که صرفاً از تضعیف در همان دوز بدست می آمدند.

محققان همچنین GI-CT را با CT مبتنی بر میرایی معمولی مقایسه کردند. حتی اگر GI-CT فقط از نیمی از شار فوتون استفاده می کند، ادغام سیگنال های تضعیف و کنتراست فاز اطلاعات کافی برای جبران این تلفات ارائه می دهد. نویسنده اصلی توضیح می‌دهد: «ما نشان دادیم که به دلیل جذب نیمی از فوتون‌هایی که توسط شبکه تحلیلگر جذب می‌شوند، بیشتر از انکسار اطلاعاتی که از دست می‌دهیم به دست می‌آوریم. میشال راولیک.

برای وضوح فضایی بهتر از 263 میکرومتر و دوز جذبی 16 میلی‌گی (هر دو در محدوده بالینی)، GI-CT از CT معمولی بهتر عمل کرد. برای هسته‌های تیزتر، GI-CT مزایای فزاینده‌ای را نشان می‌دهد، برای مثال، تنها به ۵۳ درصد دوز در ۱۵۰ میکرومتر نیاز دارد. هدف تیم این است که دوز را در مقایسه با اشعه ایکس معمولی دو تا سه برابر کاهش دهد و در عین حال وضوح یکسانی را حفظ کند. از آنجایی که حساسیت GI-CT توسط ساخت گریتینگ محدود می‌شود، پیشرفت‌ها در فناوری ساخت باید GI-CT را به این حد نزدیک‌تر کند و با زمین‌های گریتینگ کوچک‌تر، احتمالاً فراتر از آن باشد.

از آنجایی که این مطالعه یک نمونه بافت پستان را بدون تومور یا میکروکلسیفیکاسیون بررسی کرد، محققان سیگنال میدان تاریک را در تجزیه و تحلیل خود وارد نکردند. مطالعات آتی بر روی نمونه‌های پاتولوژیک به آن‌ها امکان می‌دهد تا مزایای سیگنال میدان تاریک را برای سی‌تی سی سی بررسی کنند. آنها همچنین قصد دارند تاثیر تراکم سینه و اینکه چگونه افزایش CNR با دقت تشخیصی مرتبط است را بررسی کنند.

محققان خاطرنشان می‌کنند که GI-CT با اسکنرهای سی‌تی معمولی سازگار است، و آن را برای استفاده گسترده در بیمارستان‌ها مناسب می‌کند و بلافاصله برای سیستم‌های سی‌تی سی‌سی اختصاصی قابل استفاده است. آنها اکنون دو دستگاه تحقیقاتی مبتنی بر GI بالینی، از جمله یک سیستم ماموگرافی دوبعدی مجهز به تداخل سنج گریتینگ که در بیمارستان دانشگاه زوریخ نصب شده است، ساخته اند. این دستگاه تاییدیه Swissmedic را دریافت کرده است و قرار است مطالعه بالینی آن در سال جاری آغاز شود. مورد دیگر یک دستگاه سی تی سینه با کنتراست فاز است که تیم در حال حاضر در آزمایشگاه ETH زوریخ در حال راه اندازی است و تا پایان سال 2 تایید دستگاه را برنامه ریزی کرده است.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک