معرفی آشکارسازهای شمارش فوتون به اسکنرهای سی تی راه را برای ظهور CT طیفی در تنظیمات بالینی هموار کرد. چنین سیستم هایی از دو یا چند انرژی اشعه ایکس برای ایجاد نقشه های سه بعدی مخصوص مواد استفاده می کنند. اما از آنجایی که CT طیفی مبتنی بر تضعیف اشعه ایکس است، هنگام تصویربرداری از مواد با جذب ضعیف مانند بافت‌های بیولوژیکی کنتراست پایینی از خود نشان می‌دهد. به این ترتیب، عوامل کنتراست با Z بالا اغلب برای برجسته کردن ساختارهای مورد علاقه استفاده می شوند.
به موازات آن، تصویربرداری فاز کنتراست اشعه ایکس به طور گسترده در دسترس است و توجه را برای کاربردهای پیش بالینی و بالینی به خود جلب می کند. تکنیک‌های کنتراست فاز، که بسیاری از آنها می‌توانند هم نقشه‌های تضعیف و هم نقشه‌های تغییر فاز تولید کنند، دید بالاتری از مواد کم Z مانند بافت‌های نرم ارائه می‌دهند.
می‌گوید: سی‌تی طیفی در طیف وسیعی از کاربردها، از کمیت‌سازی مواد گرفته تا کاهش مصنوعات تصویر، مؤثر بوده است، در حالی که تصویربرداری با کنتراست فاز دارای تجسم عالی بافت‌های نرم و ریزساختار است. لوکا برومبال از دانشگاه تریست و INFN. با تکیه بر این پایه ها، ما به دنبال استفاده از قدرت ترکیبی هر دو تکنیک بودیم.
برومبال و همکاران، همچنین از دانشگاه کالج لندن، اولین ادغام CT طیفی و کنتراست فاز را با استفاده از یک تنظیم نورپردازی لبه توموگرافی نشان داد. پروژه، شرح داده شده در فیزیک در پزشکی و زیست شناسی، شامل ایجاد یک تنظیم تصویربرداری است که می تواند داده هایی را با ویژگی های طیفی و کنتراست فازی در کنار اجرای یک مدل تجزیه مواد بدست آورد.
مزایای رویکرد ترکیبی فاز-کنتراست طیفی، امکان تولید همزمان سه نقشه چگالی جرمی از عناصر یا ترکیبات خاص در نمونه است، در حالی که نسبت سیگنال به نویز، به‌ویژه مولفه بافت نرم را بهبود می‌بخشد. برومبال توضیح می دهد که حساسیت فاز.
تجزیه مواد
این تیم از یک تنظیم فاز-کنتراست با نور لبه استفاده کرد که در آن ماسک‌هایی که در دو طرف نمونه قرار می‌گیرند، پرتو پرتو ایکس فرودی را شکل می‌دهند و به‌طور انتخابی آشکارساز را مسدود می‌کنند. یک منحنی روشنایی مرجع بدون نمونه در محل ایجاد می شود. هنگامی که نمونه وارد می شود، این منحنی ضعیف شده و به صورت جانبی جابجا می شود، تغییراتی که سپس برای بازیابی تصاویر تضعیف و محاسبه تغییر فاز ناشی از نمونه استفاده می شود.
برای این مطالعه، محققان از تابش سینکروترون از تاسیسات سینکروترون ایتالیا استفاده کردند الکترا. با این حال، آنها خاطرنشان می کنند که ترجمه به یک آزمایشگاه با استفاده از لوله های اشعه ایکس معمولی باید ساده باشد. آنها ابتدا یک فانتوم آزمایشی شامل کووت های پلاستیکی پر از پنج مایع را اسکن کردند: محلول کلرید کلسیم (370 و 180 میلی گرم بر میلی لیتر). محلول ید (50 و 10 میلی گرم در میلی لیتر، مشابه غلظت های مورد استفاده در کنتراست های مبتنی بر ید). و آب مقطر.
سیستم تصویربرداری مبتنی بر یک آشکارساز شمارش فوتون با یک سنسور تلورید کادمیوم با پیکسل کوچک (62 میکرومتر) است که در حالت دو رنگ کار می‌کند تا فوتون‌های ورودی را در سطل‌های کم و پر انرژی ثبت کند. محققان تصاویر توموگرافی از این فانتوم را به دست آوردند که 360 برجستگی در 180 درجه را با زمان نوردهی 1.2 ثانیه در هر مرحله و زمان کل اکتساب 2.9 ساعت ثبت کردند.
پس از بازسازی حجم های سه بعدی از پیش بینی های میرایی و فاز، تیم تجزیه مواد را با استفاده از سه الگوریتم انجام داد: تجزیه طیفی، با استفاده از بازسازی های میرایی کم و انرژی بالا به عنوان ورودی. تضعیف/تجزیه فاز، اعمال شده برای بازسازی فاز و میرایی به دست آمده از جمع سطل های انرژی. و تجزیه طیفی/فاز، که از بازسازی های کم انرژی، انرژی بالا و فاز استفاده می کند.
الگوریتم تجزیه طیفی/فاز بهترین عملکرد را از این سه نشان داد، به‌دلیل نویز کم کانال فاز ورودی، همه مواد بدون آلودگی سیگنال در کانال‌ها و نویز بسیار کمتری نسبت به تجزیه طیفی استاندارد به درستی شناسایی کرد. این الگوریتم نزدیکترین مقادیر به چگالی جرم اسمی را با خطاهای RMS به ترتیب 1.1، 1.9 و 3.5 درصد برای محلول های آب، ید و کلرید کلسیم محاسبه کرد.
تجزیه طیفی/فاز نیز نسبت سیگنال به نویز تصاویر را با ضریب 1.3 در کانال آب و ضریب XNUMX در تصاویر ید در مقایسه با تجزیه طیفی بهبود بخشید. علاوه بر این، تنها تجزیه طیفی/فازی، کمیت همزمان هر سه چگالی مواد را فعال کرد.
نمایش بیولوژیکی
برای تایید این تکنیک با استفاده از یک نمونه بیولوژیکی، محققان تصویربرداری کردند شرایط ازمایشگاهی یک موش آزمایشگاهی پس از مرگ را با یک ماده کنتراست عروقی مبتنی بر ید پرفیوژن کرد. آنها 720 برجستگی را در 360 درجه، با کل زمان قرار گرفتن در معرض 5.8 ساعت و دوز تابش حاصل در حدود 2 گری به دست آوردند. آنها توجه دارند که برای آینده در داخل بدن برای مثال، با بهینه‌سازی طراحی ماسک یا استفاده از طرح‌های جذب با دوز کارآمدتر، دوز تحویل‌شده را می‌توان به صدها میلی‌گری کاهش داد.
برای حفظ جزئیات با وضوح بالا، محققان تصاویر میرایی و فاز را با 20 میکرومتر بازسازی کردند.3 اندازه وکسل تصاویر تضعیف طیفی سیگنالی را از استخوان ها (نقشه کلسیم) و عروق (نقشه ید) نشان داد، اما سیگنال بافت نرم را نداشت. در عین حال، بازسازی ورودی فاز، ساختارهای بافت نرم مانند لایه های پوستی و زیر جلدی و اندام های داخلی را نشان داد.
تجزیه مواد با استفاده از الگوریتم طیفی/فاز به وضوح عروق و استخوان‌ها را بدون سیگنال آلودگی جدا کرد، در حالی که کانال فاز دید خوبی از جزء بافت نرم تثبیت شده با فرمالین فراهم می‌کرد.
طراحی «Google Earth» از بدن انسان
وضوح بالای تصاویر ید و کلسیم نشان داد که این سیستم می تواند عروق خونی کوچکتر از 50 میکرومتر و همچنین ساختار ترابکولار ظریف استخوان را بگیرد. محققان همچنین یک رندر سه بعدی از بازسازی نمونه موش پس از تجزیه طیفی/فازی ایجاد کردند که به طور همزمان بافت های نرم، استخوان ها و عروق را تجسم می کند.
برومبال می گوید مرحله بعدی دنیای فیزیک، ترجمه این تکنیک از یک مطالعه اثباتی اصل به موارد علمی قانع کننده تر خواهد بود. ما اخیراً پروژه جدیدی را آغاز کردیم که بر روی کاربرد فاز-کنتراست طیفی در تحقیقات استئوآرتیکول، به ویژه در زمینه تشخیص بیماری هایی مانند استئوآرتریت، و بافت شناسی مجازی (کمی) متمرکز بود، که به طور بالقوه بینش های تکمیلی را در کنار آنالیز پاتولوژیک مرسوم جراحی ارائه می کند. نمونه های بافت.”
- محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
- PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
- PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
- PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
- منبع: https://physicsworld.com/a/spectral-and-phase-contrast-ct-combine-strengths-to-enhance-x-ray-imaging/
