لقد مهد إدخال كاشفات عد الفوتون في ماسحات التصوير المقطعي المحوسب الطريق لظهور التصوير المقطعي الطيفي في البيئات السريرية. تستخدم هذه الأنظمة طاقتين أو أكثر من طاقات الأشعة السينية لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد خاصة بالمواد. ولكن بما أن التصوير المقطعي الطيفي يعتمد على التوهين بالأشعة السينية، فإنه يظهر تباينًا منخفضًا عند تصوير مواد ضعيفة الامتصاص مثل الأنسجة البيولوجية. على هذا النحو، غالبًا ما يتم استخدام عوامل التباين عالية Z لتسليط الضوء على الهياكل محل الاهتمام.
بالتوازي مع ذلك، أصبح التصوير بالأشعة السينية على النقيض من الطور متاحًا على نطاق أوسع ويحظى بالاهتمام لكل من التطبيقات ما قبل السريرية والسريرية. توفر تقنيات تباين الطور، والتي يمكن للعديد منها إنتاج خرائط التوهين وخرائط تحول الطور، رؤية أعلى للمواد ذات مستوى Z المنخفض، مثل الأنسجة الرخوة.
يقول: "لقد أثبت التصوير المقطعي الطيفي فعاليته في مجموعة من التطبيقات، بدءًا من قياس كمية المواد وحتى تقليل عيوب الصورة، في حين يتميز التصوير على النقيض من الطور بتصور فائق للأنسجة الرخوة والأنسجة المجهرية". لوكا برومبال من جامعة تريست و INFN. "بناءً على هذه الأسس، سعينا إلى الاستفادة من نقاط القوة المشتركة لكلتا التقنيتين."
برومبال وزملاؤه أيضًا من كلية لندن الجامعية، أظهر التكامل الأول للتصوير المقطعي الطيفي وعلى النقيض من الطور باستخدام إعداد إضاءة الحافة المقطعية. المشروع الموصوف في الفيزياء في الطب وعلم الأحياء، تتضمن تطوير إعداد تصوير يمكنه الحصول على بيانات ذات خصائص طيفية وتباين الطور، إلى جانب تنفيذ نموذج تحلل المواد.
"إن فوائد نهج تباين الطور الطيفي المشترك هي إمكانية إنتاج ثلاث خرائط لكثافة الكتلة لعناصر أو مركبات محددة في العينة في وقت واحد، مع تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء، وخاصة مكون الأنسجة الرخوة، بسبب يشرح برومبال حساسية المرحلة.
تحلل المواد
استخدم الفريق إعدادًا لتباين طور إضاءة الحافة، حيث تعمل الأقنعة الموضوعة على جانبي العينة على تشكيل شعاع الأشعة السينية الساقطة وحجب الكاشف بشكل انتقائي. يتم إنشاء منحنى الإضاءة المرجعي بدون وجود عينة في مكانها. بمجرد إدراج العينة، يتم تخفيف هذا المنحنى وإزاحته أفقيًا، وهي التغييرات التي يتم استخدامها بعد ذلك لاسترداد صور التوهين وحساب تحول الطور الناتج عن العينة.
في هذه الدراسة، استخدم الباحثون إشعاع السنكروترون من منشأة السنكروترون الإيطالية أليترا. ومع ذلك، لاحظوا أن الترجمة إلى إعداد مختبري باستخدام أنابيب الأشعة السينية التقليدية يجب أن تكون واضحة ومباشرة. قاموا أولاً بمسح شبح اختبار يشتمل على تربيعات بلاستيكية مملوءة بخمسة سوائل: محلول كلوريد الكالسيوم (370 و180 ملجم/مل)؛ محلول اليود (50 و10 ملغم/مل، مشابه للتركيزات المستخدمة في التباينات المعتمدة على اليود)؛ والماء المقطر.
يعتمد نظام التصوير على كاشف عد الفوتون مع مستشعر تيلوريد الكادميوم صغير البكسل (62 ميكرومتر)، يعمل في وضع ثنائي اللون لتسجيل الفوتونات الواردة في صناديق منخفضة وعالية الطاقة. حصل الباحثون على صور مقطعية للشبح، مسجلين 360 إسقاطًا على 180 درجة، مع وقت تعريض قدره 1.2 ثانية لكل خطوة ووقت التقاط إجمالي قدره 2.9 ساعة.
بعد إعادة بناء أحجام ثلاثية الأبعاد من إسقاطات التوهين والطور، أجرى الفريق تحللًا للمواد باستخدام ثلاث خوارزميات: التحلل الطيفي، باستخدام عمليات إعادة بناء التوهين المنخفضة والعالية الطاقة كمدخلات؛ التوهين/تحلل الطور، المطبق على إعادة بناء الطور والتوهين الذي يتم الحصول عليه عن طريق جمع صناديق الطاقة؛ والتحلل الطيفي/الطوري، الذي يستخدم عمليات إعادة بناء منخفضة الطاقة وعالية الطاقة ومرحلة.
أظهرت خوارزمية التحلل الطيفي/الطوري أفضل أداء بين الثلاثة، حيث حددت بشكل صحيح جميع المواد دون تلوث الإشارة عبر القنوات وضوضاء أقل بكثير من التحلل الطيفي القياسي، وذلك بسبب انخفاض مستوى الضجيج لقناة طور الإدخال. قامت هذه الخوارزمية بحساب القيم الأقرب إلى كثافة الكتلة الاسمية، مع أخطاء RMS تبلغ 1.1% و1.9% و3.5% لمحاليل الماء واليود وكلوريد الكالسيوم، على التوالي.
كما أدى التحلل الطيفي/الطوري إلى تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء في الصور، بمعامل تسعة في قناة المياه وعامل 1.3 في صور اليود، مقارنة بالتحلل الطيفي. وبالإضافة إلى ذلك، فإن التحلل الطيفي/المرحلة فقط هو الذي أتاح القياس الكمي المتزامن لجميع كثافات المواد الثلاث.
مظاهرة البيولوجية
وللتحقق من صحة هذه التقنية باستخدام عينة بيولوجية، قام الباحثون بتصويرها خارج الجسم تم ضخ فأر مختبر بعد الوفاة باستخدام عامل تباين الأوعية الدموية القائم على اليود. حصلوا على 720 إسقاطًا على 360 درجة، مع إجمالي وقت تعرض قدره 5.8 ساعة وجرعة إشعاعية ناتجة تبلغ حوالي 2 غراي. لاحظوا ذلك للمستقبل في الجسم الحي في التطبيقات، يمكن تقليل الجرعة المقدمة إلى مئات المللي جراي، من خلال تحسين تصميم القناع، على سبيل المثال، أو استخدام مخططات اقتناء أكثر فعالية من حيث الجرعة.
وللحفاظ على تفاصيل عالية الدقة، أعاد الباحثون بناء صور التوهين والطور بمقاس 20 ميكرومتر.3 حجم فوكسل. أظهرت صور التوهين الطيفي إشارة من العظام (خريطة الكالسيوم) والأوعية الدموية (خريطة اليود)، ولكن لا توجد إشارة من الأنسجة الرخوة. وفي الوقت نفسه، كشفت عملية إعادة بناء مدخلات الطور عن هياكل الأنسجة الرخوة مثل الطبقات الجلدية وتحت الجلد والأعضاء الداخلية.
يفصل تحلل المواد باستخدام خوارزمية الطيف/الطور بشكل واضح بين الأوعية الدموية والعظام، مع عدم وجود إشارة للتلوث، في حين توفر قناة الطور رؤية جيدة لمكون الأنسجة الرخوة الثابت بالفورمالين.
إعداد "Google Earth" لجسم الإنسان
وأظهرت الدقة العالية لصور اليود والكالسيوم أن النظام يمكنه التقاط الأوعية الدموية الأصغر من 50 ميكرومتر، بالإضافة إلى البنية التربيقية الدقيقة للعظم. أنشأ الباحثون أيضًا عرضًا ثلاثي الأبعاد لإعادة بناء عينة الفأر بعد التحلل الطيفي/الطوري، والذي يصور في الوقت نفسه الأنسجة الرخوة والعظام والأوعية الدموية.
يقول برومبال إن الخطوة التالية عالم الفيزياء، سيتم ترجمة هذه التقنية من دراسة إثبات المبدأ إلى حالات علمية أكثر إلحاحًا. "لقد بدأنا مؤخرًا مشروعًا جديدًا يركز على تطبيق تباين الطور الطيفي على الأبحاث العظمية المفصلية، خاصة في سياق الكشف عن أمراض مثل هشاشة العظام، والأنسجة الافتراضية (الكمية)، مما قد يوفر رؤى تكميلية إلى جانب التحليل المرضي التقليدي للجراحة. عينات الأنسجة."
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://physicsworld.com/a/spectral-and-phase-contrast-ct-combine-strengths-to-enhance-x-ray-imaging/
