स्पेक्ट्रल और चरण-कंट्रास्ट सीटी एक्स-रे इमेजिंग को बढ़ाने के लिए शक्तियों को जोड़ती है - भौतिकी विश्व

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/spectral-and-phase-contrast-ct-combine-strengths-to-enhance-x-ray-imaging-physics-world.jpg" data-caption="स्पेक्ट्रल चरण-विपरीत टोमोग्राफी तीन अपघटन चैनलों का उपयोग करके कंट्रास्ट-परफ्यूज्ड माउस नमूने का त्रि-आयामी प्रतिपादन: पानी (मुलायम ऊतक, नीला), आयोडीन (वास्कुलचर, लाल) और कैल्शियम (हड्डियां, सफेद)। (सौजन्य: CC BY 4.0/भौतिक. मेड. बायोल। 10.1088/1361-6560/ad3328)” title=”पॉपअप में छवि खोलने के लिए क्लिक करें” href=”https://platoblockchin.com/wp-content/uploads/2024/04/spectral-and-phase-contrast-ct- एक्स-रे-इमेजिंग-भौतिकी-विश्व को बढ़ाने के लिए संयोजन-शक्तियाँ.jpg">

सीटी स्कैनर में फोटॉन-गिनती डिटेक्टरों की शुरूआत ने नैदानिक ​​​​सेटिंग्स में वर्णक्रमीय सीटी के उदय का मार्ग प्रशस्त किया। ऐसी प्रणालियाँ सामग्री-विशिष्ट 3डी मानचित्र बनाने के लिए दो या दो से अधिक एक्स-रे ऊर्जाओं का उपयोग करती हैं। लेकिन चूंकि स्पेक्ट्रल सीटी एक्स-रे क्षीणन पर आधारित है, इसलिए यह जैविक ऊतकों जैसे कमजोर रूप से अवशोषित सामग्री की इमेजिंग करते समय कम कंट्रास्ट प्रदर्शित करता है। जैसे, उच्च-जेड कंट्रास्ट एजेंटों को अक्सर रुचि की संरचनाओं को उजागर करने के लिए नियोजित किया जाता है।

समानांतर में, एक्स-रे चरण-कंट्रास्ट इमेजिंग अधिक व्यापक रूप से उपलब्ध हो रही है और प्री-क्लिनिकल और क्लिनिकल दोनों अनुप्रयोगों के लिए ध्यान आकर्षित कर रही है। चरण-विपरीत तकनीकें, जिनमें से कई क्षीणन और चरण-शिफ्ट मानचित्र दोनों का उत्पादन कर सकती हैं, नरम ऊतकों जैसी कम-जेड सामग्री की उच्च दृश्यता प्रदान करती हैं।

"स्पेक्ट्रल सीटी सामग्री की मात्रा निर्धारित करने से लेकर छवि-आर्टिफैक्ट कमी तक कई अनुप्रयोगों में प्रभावी साबित हुई है, जबकि चरण-विपरीत इमेजिंग नरम और सूक्ष्म-संरचित ऊतकों के बेहतर दृश्य का दावा करती है," कहते हैं लुका ब्रोम्बल से ट्राइस्टे विश्वविद्यालय और आईएनएफएन. "इन आधारों पर निर्माण करते हुए, हमने दोनों तकनीकों की संयुक्त शक्तियों का लाभ उठाने की कोशिश की।"

ब्रोम्बल और सहकर्मियों से भी यूनिवर्सिटी कॉलेज लंडन, टोमोग्राफिक एज-रोशनी सेटअप का उपयोग करके वर्णक्रमीय और चरण-कंट्रास्ट सीटी के पहले एकीकरण का प्रदर्शन किया। परियोजना, में वर्णित है चिकित्सा और जीव विज्ञान में भौतिकीइसमें एक इमेजिंग सेटअप विकसित करना शामिल है जो सामग्री अपघटन मॉडल के कार्यान्वयन के साथ-साथ वर्णक्रमीय और चरण-विपरीत दोनों गुणों के साथ डेटा प्राप्त कर सकता है।

"संयुक्त वर्णक्रमीय चरण-विपरीत दृष्टिकोण का लाभ एक साथ नमूने में विशिष्ट तत्वों या यौगिकों के तीन द्रव्यमान घनत्व मानचित्रों का उत्पादन करने की संभावना है, जबकि सिग्नल-टू-शोर अनुपात में सुधार होता है, विशेष रूप से नरम-ऊतक घटक के कारण, चरण संवेदनशीलता, ब्रोम्बल बताते हैं।

सामग्री का अपघटन

टीम ने एक किनारे-रोशनी चरण-कंट्रास्ट सेट-अप का उपयोग किया, जिसमें नमूने के दोनों ओर रखे गए मास्क घटना एक्स-रे बीम को आकार देते हैं और डिटेक्टर को चुनिंदा रूप से अवरुद्ध करते हैं। बिना किसी नमूने के एक संदर्भ रोशनी वक्र बनाया जाता है। एक बार नमूना डालने के बाद, यह वक्र क्षीण हो जाता है और पार्श्व रूप से विस्थापित हो जाता है, जो परिवर्तन तब क्षीणन छवियों को पुनः प्राप्त करने और नमूना-प्रेरित चरण बदलाव की गणना करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/spectral-and-phase-contrast-ct-combine-strengths-to-enhance-x-ray-imaging-physics-world-1.jpg" data-caption="प्रयोगात्मक स्थापना एलेट्रा सिंक्रोट्रॉन सुविधा की SYRMEP बीमलाइन पर प्रयोग के मुख्य घटक। (सौजन्य: CC BY 4.0/भौतिक. मेड. बायोल। 10.1088/1361-6560/ad3328)” title=”पॉपअप में छवि खोलने के लिए क्लिक करें” href=”https://platoblockchin.com/wp-content/uploads/2024/04/spectral-and-phase-contrast-ct- एक्स-रे-इमेजिंग-भौतिकी-विश्व-1.jpg"> को बढ़ाने के लिए संयोजन-शक्तियां

इस अध्ययन के लिए, शोधकर्ताओं ने इतालवी सिंक्रोट्रॉन सुविधा से सिंक्रोट्रॉन विकिरण को नियोजित किया Elettra. हालाँकि, वे ध्यान देते हैं कि पारंपरिक एक्स-रे ट्यूबों का उपयोग करके प्रयोगशाला सेटअप में अनुवाद सीधा होना चाहिए। उन्होंने सबसे पहले एक परीक्षण फैंटम को स्कैन किया जिसमें पांच तरल पदार्थों से भरे प्लास्टिक क्यूवेट शामिल थे: कैल्शियम क्लोराइड समाधान (370 और 180 मिलीग्राम/एमएल); आयोडीन समाधान (50 और 10 मिलीग्राम/एमएल, आयोडीन-आधारित कंट्रास्ट में उपयोग की जाने वाली सांद्रता के समान); और आसुत जल.

इमेजिंग प्रणाली एक छोटे-पिक्सेल (62 µm) कैडमियम टेलुराइड सेंसर के साथ एक फोटॉन-गिनती डिटेक्टर पर आधारित है, जो कम और उच्च-ऊर्जा डिब्बे में आने वाले फोटॉन को रिकॉर्ड करने के लिए दो-रंग मोड में संचालित होता है। शोधकर्ताओं ने प्रेत की टोमोग्राफिक छवियां हासिल कीं, जिसमें 360 डिग्री पर 180 प्रक्षेपण रिकॉर्ड किए गए, प्रति चरण 1.2 सेकंड का एक्सपोज़र समय और 2.9 घंटे का कुल अधिग्रहण समय था।

क्षीणन और चरण अनुमानों से 3डी वॉल्यूम के पुनर्निर्माण के बाद, टीम ने तीन एल्गोरिदम का उपयोग करके सामग्री अपघटन किया: वर्णक्रमीय अपघटन, इनपुट के रूप में निम्न और उच्च-ऊर्जा क्षीणन पुनर्निर्माण का उपयोग करना; क्षीणन/चरण अपघटन, ऊर्जा डिब्बे के योग द्वारा प्राप्त चरण और क्षीणन पुनर्निर्माण पर लागू होता है; और वर्णक्रमीय/चरण अपघटन, जो कम-ऊर्जा, उच्च-ऊर्जा और चरण पुनर्निर्माण का उपयोग करता है।

वर्णक्रमीय/चरण अपघटन एल्गोरिथ्म ने तीनों में से सबसे अच्छा प्रदर्शन प्रदर्शित किया, इनपुट चरण चैनल के कम शोर के कारण, सभी चैनलों में कोई सिग्नल संदूषण नहीं होने और मानक वर्णक्रमीय अपघटन की तुलना में काफी कम शोर के साथ सभी सामग्रियों की सही पहचान की। इस एल्गोरिदम ने पानी, आयोडीन और कैल्शियम क्लोराइड समाधानों के लिए क्रमशः 1.1%, 1.9% और 3.5% की आरएमएस त्रुटियों के साथ नाममात्र द्रव्यमान घनत्व के निकटतम मूल्यों की गणना की।

वर्णक्रमीय/चरण अपघटन ने छवियों के सिग्नल-टू-शोर अनुपात में भी सुधार किया, जल चैनल में नौ के कारक और आयोडीन छवियों में 1.3 के कारक द्वारा, वर्णक्रमीय अपघटन की तुलना में। इसके अलावा, केवल वर्णक्रमीय/चरण अपघटन ही तीनों भौतिक घनत्वों की एक साथ मात्रा निर्धारित करने में सक्षम है।

जैविक प्रदर्शन

एक जैविक नमूने का उपयोग करके तकनीक को मान्य करने के लिए, शोधकर्ताओं ने छवि तैयार की पूर्व विवो एक प्रयोगशाला चूहे ने आयोडीन-आधारित संवहनी कंट्रास्ट एजेंट के साथ पोस्टमार्टम किया। उन्होंने 720° पर 360 प्रक्षेपण प्राप्त किए, जिसमें कुल एक्सपोज़र समय 5.8 घंटे और परिणामी विकिरण खुराक लगभग 2 Gy थी। वे इसे भविष्य के लिए नोट कर लेते हैं vivo में उदाहरण के लिए, मास्क डिज़ाइन को अनुकूलित करके, या अधिक खुराक-कुशल अधिग्रहण योजनाओं का उपयोग करके, वितरित खुराक को सैकड़ों मिलीग्राम तक कम किया जा सकता है।

उच्च-रिज़ॉल्यूशन विवरणों को संरक्षित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने 20 µm के साथ क्षीणन और चरण छवियों का पुनर्निर्माण किया³ स्वर का आकार. वर्णक्रमीय क्षीणन छवियों ने हड्डियों (कैल्शियम मानचित्र) और वास्कुलचर (आयोडीन मानचित्र) से संकेत दिखाया, लेकिन कोई नरम-ऊतक संकेत नहीं दिखाया। इस बीच, चरण इनपुट पुनर्निर्माण से त्वचीय और चमड़े के नीचे की परतों और आंतरिक अंगों जैसी नरम-ऊतक संरचनाओं का पता चला

वर्णक्रमीय/चरण एल्गोरिथ्म का उपयोग करके सामग्री के अपघटन ने स्पष्ट रूप से वाहिका और हड्डियों को अलग कर दिया, बिना किसी संदूषण संकेत के, जबकि चरण चैनल ने फॉर्मेलिन-निर्धारित नरम-ऊतक घटक की अच्छी दृश्यता प्रदान की।

मानव शरीर का 'गूगल अर्थ' तैयार करना

आयोडीन और कैल्शियम छवियों के उच्च रिज़ॉल्यूशन ने प्रदर्शित किया कि सिस्टम 50 µm से छोटी रक्त वाहिकाओं, साथ ही हड्डी की बारीक ट्रैब्युलर संरचना को भी पकड़ सकता है। शोधकर्ताओं ने वर्णक्रमीय/चरण अपघटन के बाद माउस नमूना पुनर्निर्माण का एक 3डी प्रतिपादन भी बनाया, जो एक साथ नरम ऊतकों, हड्डियों और वाहिका की कल्पना करता है।

अगला कदम, ब्रोम्बल बताता है भौतिकी की दुनिया, इस तकनीक को सिद्धांत-सिद्धांत अध्ययन से अधिक सम्मोहक वैज्ञानिक मामलों में अनुवादित करना होगा। "हमने हाल ही में ऑस्टियोआर्टिकुलर अनुसंधान के लिए वर्णक्रमीय चरण-विपरीत के अनुप्रयोग पर केंद्रित एक नई परियोजना शुरू की है, विशेष रूप से ऑस्टियोआर्थराइटिस जैसी बीमारियों का पता लगाने के संदर्भ में, और (मात्रात्मक) आभासी ऊतक विज्ञान, संभावित रूप से सर्जिकल के पारंपरिक रोगविज्ञान विश्लेषण के साथ-साथ पूरक अंतर्दृष्टि प्रदान करता है। ऊतक के नमूने।"

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/spectral-and-phase-contrast-ct-combine-strengths-to-enhance-x-ray-imaging/