Spektral ve faz kontrastlı BT, X-ışını görüntülemeyi geliştirmek için güçlü yönleri birleştiriyor - Fizik Dünyası

<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="Spektral faz kontrastlı tomografi Üç ayrıştırma kanalı kullanılarak kontrast perfüze edilmiş bir fare numunesinin üç boyutlu görüntülenmesi: su (yumuşak dokular, mavi), iyot (damar sistemi, kırmızı) ve kalsiyum (kemikler, beyaz). (Nezaket: CC BY 4.0/Fizik Med. Biol. 10.1088/1361-6560/ad3328)” title=”Resmi açılır pencerede açmak için tıklayın” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/spectral-and-phase-contrast-ct- x-ışını görüntüleme-fiziği-dünyasını-geliştirmek için-güçleri-birleştirin.jpg”>

Foton sayma dedektörlerinin BT tarayıcılarına dahil edilmesi, klinik ortamlarda spektral BT'nin yükselişinin yolunu açtı. Bu tür sistemler, malzemeye özgü 3 boyutlu haritalar oluşturmak için iki veya daha fazla X-ışını enerjisi kullanır. Ancak spektral CT, X-ışını zayıflamasına dayandığından, biyolojik dokular gibi zayıf emici materyalleri görüntülerken düşük kontrast gösterir. Bu nedenle, yüksek Z kontrast maddeleri genellikle ilgilenilen yapıları vurgulamak için kullanılır.

Buna paralel olarak, X-ışını faz kontrastlı görüntüleme daha yaygın hale geliyor ve hem klinik öncesi hem de klinik uygulamalarda ilgi görüyor. Birçoğu hem zayıflama hem de faz kayması haritaları üretebilen faz kontrast teknikleri, yumuşak dokular gibi düşük Z'li malzemelerin daha yüksek görünürlüğünü sağlar.

"Spektral BT'nin malzeme miktarının belirlenmesinden görüntü artefaktlarının azaltılmasına kadar çeşitli uygulamalarda etkili olduğu kanıtlanmıştır; faz kontrastlı görüntüleme ise yumuşak ve mikro yapılı dokuların üstün görselleştirilmesini sağlar" diyor Luca Brombal itibaren Trieste Üniversitesi ve INFN. "Bu temellere dayanarak, her iki tekniğin güçlü yanlarından yararlanmaya çalıştık."

Brombal ve meslektaşları da University College London, tomografik kenar aydınlatma kurulumu kullanılarak spektral ve faz kontrastlı BT'nin ilk entegrasyonunu gösterdi. Projede anlatılan Tıp ve Biyolojide Fizik, bir malzeme ayrışma modelinin uygulanmasının yanı sıra, hem spektral hem de faz kontrast özelliklerine sahip verileri elde edebilen bir görüntüleme kurulumunun geliştirilmesini içeriyordu.

"Birleşik spektral faz-kontrast yaklaşımının faydaları, numunedeki belirli elementlerin veya bileşiklerin üç kütle yoğunluk haritasını eş zamanlı olarak üretme ve aynı zamanda özellikle yumuşak doku bileşeninin sinyal-gürültü oranını iyileştirme olanağıdır. faz duyarlılığı," diye açıklıyor Brombal.

Malzeme ayrışması

Ekip, numunenin her iki tarafına yerleştirilen maskelerin gelen X-ışını ışınını şekillendirdiği ve dedektörü seçici olarak bloke ettiği bir kenar aydınlatma faz kontrastı düzeni kullandı. Hiçbir numune yerinde olmadan bir referans aydınlatma eğrisi oluşturulur. Numune yerleştirildikten sonra bu eğri zayıflatılır ve yanal olarak yer değiştirir; bu değişiklikler daha sonra zayıflama görüntülerini almak ve numunenin neden olduğu faz kaymasını hesaplamak için kullanılır.

<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="Deneysel kurulum Elettra sinkrotron tesisinin SYRMEP ışın hattındaki deneyin ana bileşenleri. (Nezaket: CC BY 4.0/Fizik Med. Biol. 10.1088/1361-6560/ad3328)” title=”Resmi açılır pencerede açmak için tıklayın” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/spectral-and-phase-contrast-ct- x-ışını görüntüleme-fiziği-dünya-1.jpg'yi-geliştirmek için-güçleri-birleştirin”>

Bu çalışma için araştırmacılar İtalyan sinkrotron tesisinden sinkrotron radyasyonu kullandılar. Elettra. Bununla birlikte, geleneksel X-ışını tüplerini kullanan bir laboratuvar kurulumuna çevirinin basit olması gerektiğini belirtiyorlar. İlk önce beş sıvıyla doldurulmuş plastik küvetlerden oluşan bir test fantomunu taradılar: kalsiyum klorür çözeltisi (370 ve 180 mg/ml); iyot çözeltisi (50 ve 10 mg/ml, iyot bazlı kontrastlarda kullanılan konsantrasyonlara benzer); ve damıtılmış su.

Görüntüleme sistemi, düşük ve yüksek enerjili kutulara gelen fotonları kaydetmek için iki renkli modda çalıştırılan, küçük pikselli (62 µm) kadmiyum tellür sensörlü bir foton sayma dedektörüne dayanmaktadır. Araştırmacılar hayaletin tomografik görüntülerini elde etti; 360° üzerinde 180 ​​projeksiyonu kaydettiler; adım başına 1.2 saniyelik bir pozlama süresi ve toplam 2.9 saatlik bir yakalama süresi vardı.

Zayıflatma ve faz projeksiyonlarından 3 boyutlu hacimleri yeniden oluşturduktan sonra ekip, üç algoritma kullanarak malzeme ayrıştırması gerçekleştirdi: düşük ve yüksek enerji zayıflama yeniden yapılandırmalarını girdi olarak kullanan spektral ayrıştırma; enerji kutularının toplanmasıyla elde edilen faz ve zayıflama yeniden yapılandırmalarına uygulanan zayıflama/faz ayrıştırması; ve düşük enerji, yüksek enerji ve faz yeniden yapılandırmalarını kullanan spektral/faz ayrıştırma.

Spektral/faz ayrıştırma algoritması, giriş fazı kanalının düşük gürültüsü nedeniyle kanallar arasında sinyal kirliliği olmadan ve standart spektral ayrıştırmadan önemli ölçüde daha az gürültüyle tüm malzemeleri doğru bir şekilde tanımlayarak üçü arasında en iyi performansı sergiledi. Bu algoritma, su, iyot ve kalsiyum klorür çözeltileri için sırasıyla %1.1, %1.9 ve %3.5'lik RMS hatalarıyla nominal kütle yoğunluğuna en yakın değerleri hesapladı.

Spektral/faz ayrıştırması ayrıca görüntülerin sinyal-gürültü oranını, spektral ayrıştırmayla karşılaştırıldığında su kanalında dokuz kat ve iyot görüntülerinde 1.3 kat artırdı. Ek olarak, yalnızca spektral/faz ayrışması, üç malzeme yoğunluğunun hepsinin eşzamanlı olarak ölçülmesini mümkün kıldı.

Biyolojik gösteri

Biyolojik bir örnek kullanarak tekniği doğrulamak için araştırmacılar, ex vivo bir laboratuvar faresine otopsi sonrası iyot bazlı bir vasküler kontrast madde verildi. Toplam 720 saatlik maruz kalma süresi ve sonuçta 360 Gy civarında radyasyon dozu ile 5.8° üzerinde 2 projeksiyon elde ettiler. Gelecek için şunu belirtiyorlar in vivo uygulamalarda, örneğin maske tasarımının optimize edilmesi veya doz açısından daha verimli kazanım şemalarının kullanılmasıyla iletilen doz yüzlerce miligriye düşürülebilir.

Yüksek çözünürlüklü ayrıntıları korumak için araştırmacılar, zayıflama ve faz görüntülerini 20 µm'lik bir aralıkla yeniden oluşturdular.³ voksel boyutu. Spektral zayıflama görüntüleri kemiklerden (kalsiyum haritası) ve damar sisteminden (iyot haritası) sinyal gösterdi, ancak yumuşak doku sinyali yoktu. Bu arada faz girişi rekonstrüksiyonu, kutanöz ve subkütanöz katmanlar ve iç organlar gibi yumuşak doku yapılarını ortaya çıkardı.

Spektral/faz algoritmasını kullanan malzeme ayrıştırması, hiçbir kontaminasyon sinyali olmaksızın damar sistemini ve kemikleri açıkça ayırırken, faz kanalı formalinle sabitlenmiş yumuşak doku bileşeninin iyi bir şekilde görülebilmesini sağladı.

İnsan vücudunun 'Google Earth'ünü çizmek

İyot ve kalsiyum görüntülerinin yüksek çözünürlüğü, sistemin 50 µm'den küçük kan damarlarının yanı sıra kemiğin ince trabeküler yapısını da yakalayabildiğini gösterdi. Araştırmacılar ayrıca, yumuşak dokuları, kemikleri ve damar sistemini aynı anda görselleştiren, spektral/faz ayrışmasından sonra fare örneğinin yeniden yapılandırılmasının 3 boyutlu bir görüntüsünü oluşturdular.

Bir sonraki adım, Brombal'a göre Fizik dünyası, bu tekniği prensip kanıtı çalışmasından daha ilgi çekici bilimsel vakalara dönüştürmek olacaktır. "Yakın zamanda, özellikle osteoartrit gibi hastalıkların tespiti bağlamında, spektral faz kontrastının osteoartiküler araştırmalara ve (kantitatif) sanal histolojiye uygulanmasına odaklanan ve potansiyel olarak cerrahi operasyonların geleneksel patolojik analizinin yanı sıra tamamlayıcı bilgiler sağlayan yeni bir proje başlattık. doku örnekleri.”

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/spectral-and-phase-contrast-ct-combine-strengths-to-enhance-x-ray-imaging/