CT 스캐너에 광자 계수 검출기가 도입되면서 임상 환경에서 스펙트럼 CT가 부상할 수 있는 길이 열렸습니다. 이러한 시스템은 두 개 이상의 X선 에너지를 사용하여 재료별 3D 맵을 생성합니다. 그러나 스펙트럼 CT는 X-선 감쇠를 기반으로 하기 때문에 생체 조직과 같이 약하게 흡수되는 물질을 촬영할 때 낮은 대비를 나타냅니다. 따라서 관심 있는 구조를 강조하기 위해 높은 Z 조영제가 종종 사용됩니다.
이와 동시에 X선 위상차 영상은 점점 더 널리 보급되고 있으며 전임상 및 임상 응용 분야 모두에서 주목을 받고 있습니다. 감쇠 및 위상 변이 맵을 모두 생성할 수 있는 위상차 기술은 연조직과 같은 낮은 Z 재료에 대한 더 높은 가시성을 제공합니다.
"스펙트럼 CT는 물질 정량화부터 이미지 인공물 감소까지 다양한 응용 분야에서 효과적인 것으로 입증되었으며, 위상차 이미징은 연질 조직과 미세 구조 조직의 우수한 시각화를 자랑합니다."라고 말합니다. 루카 브롬발 인사말 트리 에스테 대학 과 INFN. "이러한 기반을 바탕으로 우리는 두 기술의 결합된 장점을 활용하려고 노력했습니다."
Brombal과 동료들 역시 런던 대학, 단층 촬영 엣지 조명 설정을 사용하여 스펙트럼 및 위상차 CT의 첫 번째 통합을 시연했습니다. 에 설명된 프로젝트 의학 및 생물학 물리학, 재료 분해 모델의 구현과 함께 스펙트럼 및 위상 대비 속성을 모두 사용하여 데이터를 수집할 수 있는 이미징 설정을 개발하는 작업이 포함되었습니다.
"결합된 스펙트럼 위상차 접근법의 이점은 샘플의 특정 원소 또는 화합물에 대한 세 가지 질량 밀도 맵을 동시에 생성하는 동시에 특히 연조직 구성 요소의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다는 것입니다. 위상 감도”라고 Brombal은 설명합니다.
물질 분해
팀은 샘플의 양쪽에 배치된 마스크가 입사 X선 빔을 형성하고 검출기를 선택적으로 차단하는 가장자리 조명 위상차 설정을 사용했습니다. 샘플이 없는 상태에서 참조 조명 곡선이 생성됩니다. 샘플이 삽입되면 이 곡선은 감쇠되고 측면으로 변위되며, 변경 사항은 감쇠 이미지를 검색하고 샘플로 인한 위상 변화를 계산하는 데 사용됩니다.
이 연구를 위해 연구원들은 이탈리아 싱크로트론 시설의 싱크로트론 방사선을 사용했습니다. 일렉트라. 그러나 그들은 기존 X선 튜브를 사용하는 실험실 설정으로의 전환이 간단해야 한다고 지적했습니다. 그들은 먼저 다섯 가지 액체로 채워진 플라스틱 큐벳으로 구성된 테스트 팬텀을 스캔했습니다. 염화칼슘 용액(370 및 180mg/ml); 요오드 용액(50 및 10 mg/ml, 요오드 기반 조영제에 사용되는 농도와 유사); 그리고 증류수.
이미징 시스템은 저화소 및 고에너지 상자에 들어오는 광자를 기록하기 위해 62색 모드로 작동하는 작은 픽셀(360μm) 카드뮴 텔루라이드 센서가 있는 광자 계수 검출기를 기반으로 합니다. 연구원들은 단계당 180초의 노출 시간과 1.2시간의 총 획득 시간으로 2.9°에 걸쳐 XNUMX개의 투영을 기록하는 팬텀의 단층 촬영 이미지를 획득했습니다.
감쇠 및 위상 투영으로부터 3D 볼륨을 재구성한 후 팀은 세 가지 알고리즘을 사용하여 재료 분해를 수행했습니다. 스펙트럼 분해, 저에너지 및 고에너지 감쇠 재구성을 입력으로 사용; 에너지 빈을 합산하여 얻은 위상 및 감쇠 재구성에 적용되는 감쇠/위상 분해; 저에너지, 고에너지 및 위상 재구성을 사용하는 스펙트럼/위상 분해.
스펙트럼/위상 분해 알고리즘은 입력 위상 채널의 낮은 노이즈로 인해 채널 전반에 걸쳐 신호 오염 없이 모든 물질을 정확하게 식별하고 표준 스펙트럼 분해보다 노이즈가 훨씬 적은 세 가지 알고리즘 중 최고의 성능을 나타냈습니다. 이 알고리즘은 물, 요오드 및 염화칼슘 용액에 대해 각각 1.1%, 1.9% 및 3.5%의 RMS 오류로 공칭 질량 밀도에 가장 가까운 값을 계산했습니다.
스펙트럼/위상 분해는 또한 스펙트럼 분해에 비해 수로에서 1.3배, 요오드 이미지에서 XNUMX배로 이미지의 신호 대 잡음비를 향상시켰습니다. 또한 스펙트럼/위상 분해만으로 세 가지 재료 밀도 모두를 동시에 정량화할 수 있었습니다.
생물학적 시연
생물학적 샘플을 사용하여 기술을 검증하기 위해 연구원들은 이미지를 촬영했습니다. 예 생체 사후에 요오드 기반 혈관 조영제를 주입한 실험실 마우스. 그들은 720°에 걸쳐 360개의 투영을 획득했으며 총 노출 시간은 5.8시간이고 결과적인 방사선량은 약 2 Gy였습니다. 그들은 미래를 위해 생체내에서 적용 분야에서는 예를 들어 마스크 디자인을 최적화하거나 보다 선량 효율적인 획득 방식을 사용하여 전달되는 선량을 수백 밀리그레이로 줄일 수 있습니다.
고해상도 세부 사항을 보존하기 위해 연구원들은 20μm의 감쇠 및 위상 이미지를 재구성했습니다.3 복셀 크기. 스펙트럼 감쇠 이미지에는 뼈(칼슘 지도)와 혈관계(요오드 지도)의 신호가 표시되었지만 연조직 신호는 표시되지 않았습니다. 한편 위상 입력 재구성을 통해 피부, 피하층 및 내부 장기와 같은 연조직 구조가 드러났습니다.
스펙트럼/위상 알고리즘을 사용한 물질 분해는 오염 신호 없이 혈관계와 뼈를 명확하게 분리했으며, 위상 채널은 포르말린 고정 연조직 구성 요소에 대한 좋은 가시성을 제공했습니다.
인체의 '구글 어스' 그리기
요오드 및 칼슘 이미지의 고해상도는 시스템이 50μm보다 작은 혈관뿐만 아니라 뼈의 미세 섬유주 구조를 캡처할 수 있음을 입증했습니다. 연구원들은 또한 스펙트럼/위상 분해 후 마우스 샘플 재구성의 3D 렌더링을 생성하여 연조직, 뼈 및 혈관 구조를 동시에 시각화했습니다.
다음 단계는 Brombal이 말합니다. 물리 세계, 이 기술을 원리 증명 연구에서 보다 설득력 있는 과학적 사례로 변환하는 것입니다. “우리는 최근 골관절염 연구, 특히 골관절염과 같은 질병의 검출 맥락에서 스펙트럼 위상차를 적용하는 데 초점을 맞춘 새로운 프로젝트를 시작했으며, (정량적) 가상 조직학은 잠재적으로 수술의 기존 병리학적 분석과 함께 보완적인 통찰력을 제공합니다. 조직 표본.”
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- 출처: https://physicsworld.com/a/spectral-and-phase-contrast-ct-combine-strengths-to-enhance-x-ray-imaging/
