Pengenalan detektor penghitungan foton ke dalam pemindai CT membuka jalan bagi munculnya CT spektral dalam pengaturan klinis. Sistem tersebut menggunakan dua atau lebih energi sinar-X untuk membuat peta 3D spesifik material. Namun karena CT spektral didasarkan pada redaman sinar-X, CT ini menunjukkan kontras yang rendah ketika melakukan pencitraan pada material dengan daya serap lemah seperti jaringan biologis. Oleh karena itu, zat kontras Z tinggi sering digunakan untuk menyorot struktur yang diinginkan.
Secara paralel, pencitraan kontras fase sinar-X kini tersedia lebih luas dan mendapat perhatian baik untuk aplikasi pra-klinis maupun klinis. Teknik kontras fase, banyak di antaranya dapat menghasilkan peta atenuasi dan pergeseran fase, menawarkan visibilitas yang lebih tinggi pada material dengan Z rendah seperti jaringan lunak.
“Spectral CT telah terbukti efektif dalam berbagai aplikasi, mulai dari kuantifikasi material hingga reduksi artefak gambar, sementara pencitraan fase kontras memberikan visualisasi superior pada jaringan lunak dan struktur mikro,” kata Luca Brombal dari Universitas Trieste dan INFN. “Membangun landasan ini, kami berupaya memanfaatkan kekuatan gabungan dari kedua teknik tersebut.”
Brombal dan rekan-rekan, juga dari University College London, mendemonstrasikan integrasi pertama CT spektral dan kontras fase menggunakan pengaturan iluminasi tepi tomografi. Proyek ini, dijelaskan dalam Fisika dalam Kedokteran & Biologi, melibatkan pengembangan pengaturan pencitraan yang dapat memperoleh data dengan sifat spektral dan kontras fase, di samping penerapan model dekomposisi material.
“Manfaat dari pendekatan kontras fase spektral gabungan adalah kemungkinan untuk secara bersamaan menghasilkan tiga peta kepadatan massa unsur atau senyawa tertentu dalam sampel, sekaligus meningkatkan rasio signal-to-noise, terutama komponen jaringan lunak, karena sensitivitas fase,” jelas Brombal.
Dekomposisi material
Tim menggunakan pengaturan kontras fase iluminasi tepi, di mana masker ditempatkan di kedua sisi sampel untuk membentuk sinar X-ray yang datang dan secara selektif memblokir detektor. Kurva iluminasi referensi dibuat tanpa sampel pada tempatnya. Setelah sampel dimasukkan, kurva ini dilemahkan dan dipindahkan ke samping, perubahan yang kemudian digunakan untuk mengambil gambar atenuasi dan menghitung pergeseran fasa yang disebabkan oleh sampel.
Untuk penelitian ini, para peneliti menggunakan radiasi sinkrotron dari fasilitas sinkrotron Italia Elettra. Namun mereka mencatat bahwa penerjemahan ke pengaturan laboratorium menggunakan tabung sinar-X konvensional seharusnya mudah dilakukan. Mereka pertama kali memindai hantu uji yang terdiri dari kuvet plastik berisi lima cairan: larutan kalsium klorida (370 dan 180 mg/ml); larutan yodium (50 dan 10 mg/ml, serupa dengan konsentrasi yang digunakan dalam kontras berbasis yodium); dan air suling.
Sistem pencitraan didasarkan pada detektor penghitungan foton dengan sensor telurida kadmium piksel kecil (62 µm), dioperasikan dalam mode dua warna untuk merekam foton yang masuk dalam wadah berenergi rendah dan tinggi. Para peneliti memperoleh gambar tomografi hantu, merekam 360 proyeksi pada 180°, dengan waktu pemaparan 1.2 detik per langkah dan total waktu perolehan 2.9 jam.
Setelah merekonstruksi volume 3D dari proyeksi atenuasi dan fase, tim melakukan dekomposisi material menggunakan tiga algoritma: dekomposisi spektral, menggunakan rekonstruksi atenuasi energi rendah dan tinggi sebagai masukan; dekomposisi atenuasi/fasa, diterapkan pada rekonstruksi fasa dan atenuasi yang diperoleh dengan menjumlahkan wadah energi; dan dekomposisi spektral/fase, yang menggunakan rekonstruksi fase energi rendah, energi tinggi.
Algoritme dekomposisi spektral/fase menunjukkan kinerja terbaik dari ketiganya, dengan tepat mengidentifikasi semua material tanpa kontaminasi sinyal di seluruh saluran dan secara signifikan lebih sedikit noise dibandingkan dekomposisi spektral standar, karena rendahnya noise pada saluran fase input. Algoritme ini menghitung nilai yang paling mendekati kepadatan massa nominal, dengan kesalahan RMS masing-masing sebesar 1.1%, 1.9%, dan 3.5% untuk larutan air, yodium, dan kalsium klorida.
Dekomposisi spektral/fase juga meningkatkan rasio signal-to-noise pada gambar, sebanyak sembilan kali lipat pada saluran air dan 1.3 kali pada gambar yodium, dibandingkan dengan dekomposisi spektral. Selain itu, hanya dekomposisi spektral/fase yang memungkinkan kuantifikasi ketiga kepadatan material secara simultan.
Demonstrasi biologis
Untuk memvalidasi teknik menggunakan sampel biologis, para peneliti melakukan pencitraan ex vivo seekor tikus laboratorium yang diberi perfusi post-mortem dengan zat kontras vaskular berbasis yodium. Mereka memperoleh 720 proyeksi lebih dari 360°, dengan total waktu pemaparan 5.8 jam dan dosis radiasi yang dihasilkan sekitar 2 Gy. Mereka mencatat itu untuk masa depan in vivo Dalam penerapannya, dosis yang diberikan dapat dikurangi hingga ratusan miligray, misalnya dengan mengoptimalkan desain masker, atau menggunakan skema perolehan dosis yang lebih efisien.
Untuk menjaga detail resolusi tinggi, para peneliti merekonstruksi gambar atenuasi dan fase dengan resolusi 20 µm.3 ukuran voxel. Gambar atenuasi spektral menunjukkan sinyal dari tulang (peta kalsium) dan pembuluh darah (peta yodium), namun tidak ada sinyal jaringan lunak. Sementara itu, rekonstruksi input fase mengungkapkan struktur jaringan lunak seperti lapisan kulit dan subkutan serta organ dalam
Dekomposisi material menggunakan algoritma spektral/fase dengan jelas memisahkan pembuluh darah dan tulang, tanpa sinyal kontaminasi, sedangkan saluran fase memberikan visibilitas yang baik dari komponen jaringan lunak yang terikat formalin.
Menggambar 'Google Earth' dari tubuh manusia
Gambar yodium dan kalsium beresolusi tinggi menunjukkan bahwa sistem ini dapat menangkap pembuluh darah yang lebih kecil dari 50 µm, serta struktur trabekuler tulang yang halus. Para peneliti juga membuat rendering 3D dari rekonstruksi sampel tikus setelah dekomposisi spektral/fase, yang secara bersamaan memvisualisasikan jaringan lunak, tulang, dan pembuluh darah.
Langkah selanjutnya, Brombal menceritakan Dunia Fisika, adalah menerjemahkan teknik ini dari studi pembuktian prinsip menjadi kasus ilmiah yang lebih menarik. “Kami baru-baru ini memulai sebuah proyek baru yang berfokus pada penerapan kontras fase spektral pada penelitian osteoartikular, terutama dalam konteks deteksi penyakit seperti osteoartritis, dan histologi virtual (kuantitatif), yang berpotensi memberikan wawasan yang saling melengkapi di samping analisis patologi konvensional pada pembedahan. spesimen jaringan.”
- Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
- PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
- PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
- PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
- PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
- Sumber: https://physicsworld.com/a/spectral-and-phase-contrast-ct-combine-strengths-to-enhance-x-ray-imaging/
