Spektraalne ja faasikontrastne CT ühendavad tugevad küljed röntgenpildi täiustamiseks – Physics World

<a data-fancybox data-src="https://platoaistream.net/wp-content/uploads/2024/04/spectral-and-phase-contrast-ct-combine-strengths-to-enhance-x-ray-imaging-physics-world.jpg" data-caption="Spektraalne faasikontrasttomograafia Kontrastperfusiooniga hiireproovi kolmemõõtmeline renderdamine, kasutades kolme lagunemiskanalit: vesi (pehmed koed, sinine), jood (veresoonkond, punane) ja kaltsium (luud, valge). (Viisakalt: CC BY 4.0/Phys. Med. Biol. 10.1088/1361-6560/ad3328)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoaistream.net/wp-content/uploads/2024/04/spectral-and-phase-contrast-ct-combine-strengths-to-enhance-x-ray-imaging-physics-world.jpg”>

Footonite loendamise detektorite kasutuselevõtt CT-skannerites sillutas teed spektraalse CT tõusule kliinilistes tingimustes. Sellised süsteemid kasutavad materjalispetsiifiliste 3D-kaartide loomiseks kahte või enamat röntgenikiirgust. Kuid kuna spektraalne CT põhineb röntgenikiirguse sumbumisel, on sellel nõrgalt neelduvate materjalide, näiteks bioloogiliste kudede pildistamisel madal kontrast. Sellisena kasutatakse huvipakkuvate struktuuride esiletõstmiseks sageli kõrge Z-kontrastaineid.

Paralleelselt on röntgenfaasikontrastne pildistamine muutumas laiemalt kättesaadavaks ja pälvib tähelepanu nii prekliiniliste kui ka kliiniliste rakenduste jaoks. Faasikontrastmeetodid, millest paljud võivad luua nii sumbumise kui ka faasinihke kaarte, pakuvad madala Z-ga materjalide, näiteks pehmete kudede paremat nähtavust.

"Spektraalne CT on osutunud tõhusaks paljudes rakendustes, alates materjali kvantifitseerimisest kuni kujutise artefaktide vähendamiseni, samas kui faasikontrastne pildistamine pakub pehmete ja mikrostruktureeritud kudede paremat visualiseerimist," ütleb ta. Luca Brombal alates Trieste ülikool ja INFN. "Nendele alustele tuginedes püüdsime kasutada mõlema tehnika kombineeritud tugevusi."

Brombal ja kolleegid, ka pärit University College London, demonstreeris spektraalse ja faasikontrastse CT esimest integreerimist, kasutades tomograafilist servavalgustuse seadistust. Projekt, mida on kirjeldatud aastal Füüsika meditsiinis ja bioloogias, hõlmas pildistamise seadistuse väljatöötamist, mis suudab hankida andmeid nii spektraalsete kui ka faasikontrastsete omadustega koos materjali lagunemise mudeli rakendamisega.

"Kombineeritud spektraalse faasikontrastsuse lähenemisviisi eelised on võimalus toota üheaegselt kolm massitiheduse kaarti proovis olevate konkreetsete elementide või ühendite kohta, parandades samal ajal signaali-müra suhet, eriti pehmete kudede komponendi puhul. faasitundlikkus,” selgitab Brombal.

Materjali lagunemine

Meeskond kasutas servavalgustuse faasi-kontrastsuse seadistust, kus proovi mõlemale küljele asetatud maskid kujundavad langeva röntgenikiire ja blokeerivad selektiivselt detektori. Võrdlusvalgustuse kõver luuakse ilma näidiseta. Kui proov on sisestatud, see kõver nõrgeneb ja nihutatakse külgsuunas, muudatusi, mida seejärel kasutatakse sumbumispiltide hankimiseks ja proovist põhjustatud faasinihke arvutamiseks.

<a data-fancybox data-src="https://platoaistream.net/wp-content/uploads/2024/04/spectral-and-phase-contrast-ct-combine-strengths-to-enhance-x-ray-imaging-physics-world-1.jpg" data-caption="Eksperimentaalne seadistus Katse põhikomponendid Elettra sünkrotroni rajatise SYRMEP valgusvihus. (Viisakalt: CC BY 4.0/Phys. Med. Biol. 10.1088/1361-6560/ad3328)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoaistream.net/wp-content/uploads/2024/04/spectral-and-phase-contrast-ct-combine-strengths-to-enhance-x-ray-imaging-physics-world-1.jpg”>

Selle uuringu jaoks kasutasid teadlased Itaalia sünkrotronirajatise sünkrotronkiirgust Electra. Nad märgivad siiski, et tavapäraste röntgentorude abil labori seadistusse tõlkimine peaks olema lihtne. Esmalt skaneerisid nad katsefantoomi, mis koosnes viie vedelikuga täidetud plastikküvettidest: kaltsiumkloriidi lahus (370 ja 180 mg/ml); joodilahus (50 ja 10 mg/ml, sarnane kontsentratsiooniga, mida kasutatakse joodipõhistes kontrastainetes); ja destilleeritud vett.

Pildistamissüsteem põhineb väikese piksliga (62 µm) kaadmiumtelluriidsensoriga footonite loendusdetektoril, mis töötab kahevärvilises režiimis, et salvestada sissetulevad footonid madala ja suure energiatarbega prügikastidesse. Teadlased omandasid fantoomi tomograafilised kujutised, mis salvestasid 360 projektsiooni üle 180 °, säriajaga 1.2, 2.9 s sammu kohta ja kogu saamise ajaga XNUMX, XNUMX tundi.

Pärast 3D-mahtude rekonstrueerimist sumbumise ja faasiprojektsioonide põhjal teostas töörühm materjali lagundamist, kasutades kolme algoritmi: spektraalne lagunemine, kasutades sisenditena madala ja suure energiaga sumbumise rekonstruktsioone; sumbumine/faasidekompositsioon, rakendatakse energiasalvede summeerimisel saadud faasi- ja sumbumise rekonstruktsioonidele; ja spektraalne/faasiline lagunemine, mis kasutab madala energiatarbega, suure energiatarbega ja faasirekonstruktsioone.

Spektraalne / faaside lagunemise algoritm näitas neist kolmest parimat tulemust, tuvastades õigesti kõik materjalid, millel ei olnud signaali saastumist kanalite vahel ja mis on sisendfaasikanali madala müra tõttu oluliselt vähem müra kui tavaline spektraalne lagunemine. See algoritm arvutas nimimassi tihedusele kõige lähedasemad väärtused, vee, joodi ja kaltsiumkloriidi lahuste RMS-vigadega vastavalt 1.1%, 1.9% ja 3.5%.

Spektraalne/faasiline lagunemine parandas ka kujutiste signaali-müra suhet, võrreldes spektraalse lagunemisega, üheksa korda veekanalis ja 1.3 korda joodipiltidel. Lisaks võimaldas ainult spektraalne / faasiline lagunemine kõigi kolme materjali tiheduse samaaegset kvantifitseerimist.

Bioloogiline demonstratsioon

Tehnika kinnitamiseks bioloogilise proovi abil tegid teadlased pildi ex vivo laborihiir, keda perfuseeriti surmajärgselt joodipõhise veresoonte kontrastainega. Nad said 720 projektsiooni üle 360°, kogu kokkupuuteaeg oli 5.8 tundi ja sellest tulenev kiirgusdoos oli umbes 2 Gy. Nad märgivad seda tuleviku jaoks in vivo rakendustes saab tarnitud annust vähendada sadade millihallideni, optimeerides näiteks maski disaini või kasutades annusesäästlikumaid kogumisskeeme.

Kõrge eraldusvõimega detailide säilitamiseks rekonstrueerisid teadlased sumbumise ja faasi kujutised 20 µm³ voksli suurus. Spektri sumbumise kujutised näitasid signaali luudest (kaltsiumikaart) ja veresoontest (joodikaart), kuid mitte pehmete kudede signaali. Vahepeal näitas faasisisendi rekonstrueerimine pehmete kudede struktuure, nagu naha ja nahaalused kihid ning siseorganid

Materjali lagunemine spektraal-/faasialgoritmi abil eraldas selgelt veresoonkonna ja luud ilma saastesignaalita, samas kui faasikanal tagas formaliiniga fikseeritud pehmete kudede komponendi hea nähtavuse.

Inimkehast Google Earthi koostamine

Joodi ja kaltsiumi kujutiste kõrge eraldusvõime näitas, et süsteem suudab jäädvustada veresooni, mis on väiksemad kui 50 µm, ja ka luu trabekulaarset struktuuri. Teadlased lõid ka hiire proovi rekonstrueerimise 3D-renderduse pärast spektraalset / faasilist lagunemist, mis visualiseerib samaaegselt pehmeid kudesid, luid ja veresoonkonda.

Järgmine samm, räägib Brombal Füüsika maailm, on selle tehnika tõlkimine põhimõtet tõendavast uuringust kaalukamateks teaduslikeks juhtumiteks. "Alustasime hiljuti uut projekti, mis keskendub spektraalse faasikontrastsuse rakendamisele osteoartikulaarsetes uuringutes, eriti selliste haiguste nagu osteoartriidi tuvastamise kontekstis ja (kvantitatiivses) virtuaalses histoloogias, mis võib pakkuda täiendavaid teadmisi tavapärase kirurgilise patoloogilise analüüsi kõrval. koeproovid."

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/spectral-and-phase-contrast-ct-combine-strengths-to-enhance-x-ray-imaging/