Forskere løser grundlæggende puslespil i medicinsk billeddannelse

Forskere fra Stony Brook University har brugt en ny teknik på National Synchrotron Light Source II (NSLS-II), et US Department of Energy (DOE) Office of Science User Facility beliggende på Brookhaven National Laboratory, at besvare mangeårige spørgsmål inden for medicinsk billeddannelse.

Forskergruppen brugte individuelle røntgenstråler til at karakterisere fysikken i, hvordan lys bevæger sig inden for scintillatorer-en komponent i røntgendetektorer-for allerførste gang. Deres fund kan hjælpe udviklingen af ​​mere effektive røntgendetektorer til forbedrede medicinske diagnoser.

Røntgenbillede er en udbredt teknik til visning af materiens indre strukturer. På det medicinske område, røntgenbillede bruges til at generere billeder af kroppens indre struktur til diagnostiske og interventionelle formål. Metoden fungerer ved at projicere røntgenstråler gennem en patient og fange dem med en røntgendetektor for at producere et "skygge billede" af patientens krop. Mens røntgenbilleder fungerer på samme måde i alle dets applikationer, det udgør et tydeligt problem for den medicinske industri.

"Der er konkurrerende udfordringer inden for medicinsk røntgenbillede, "sagde Adrian Howansky, en ph.d. kandidat ved SBU's Health Sciences Center. "Du vil opdage så mange røntgenstråler som muligt for at producere et billede af høj kvalitet og stille den bedste diagnose, men du skal også begrænse antallet af røntgenbilleder, du sender gennem patienten for at minimere deres sikkerhedsrisiko. "

Røntgenstråler kan være skadelige for patienter, hvis de modtages i store eller flere doser. Derfor forsøgte SBU-teamet at optimere røntgendetektorer ved at forstå fysikken i, hvordan de fungerer. Hvis de kunne definere den nøjagtige måde, hvorpå disse detektorer producerer et billede, teamet kunne identificere metoder til forbedring af billederne uden at øge antallet af røntgenstråler sendt gennem patienten. At gøre dette, forskerne studerede den mest afgørende komponent i røntgendetektoren, kaldet scintillatoren. Dette materiale, hvis tykkelse kan være så lille som 200 mikrometer, er ansvarlig for at absorbere røntgenstråler og gøre dem til udbrud af synligt lys.

"Indtil vores eksperiment her på NSLS-II, ingen har været i stand til præcist at beskrive, hvordan lys bevæger sig inden for scintillatorer for at danne et billede, "Sagde Howansky.

Hvad videnskabsfolk vidste, er, at når lys hopper rundt om en scintillator, før det opdages, det producerer "sløring", der reducerer billedopløsningen. Tilfældige variationer i denne sløring kan også bidrage med yderligere støj til røntgenbilledet. Hvis dette fænomen kunne observeres og forstås direkte, forskere kunne identificere måder at forbedre ydeevnen af ​​røntgendetektorer og kvaliteten af ​​de billeder, de producerer-og reducere antallet af røntgenstråler, der er nødvendige for at lave brugbare billeder.

SBU-teamet søgte efter kilderne til denne støj ved at analysere forskellige typer scintillatorer ved beamline 28-ID-2 ved NSLS-II. Ved hjælp af en ny tilgang, forskerne afbildede individuelle røntgenstråler på kendte punkter i scintillatoren for at fjerne forvirrende faktorer.

"Ved at placere enkelte røntgenstråler på præcise dybder inde i scintillatorerne, vi var i stand til at karakterisere nøjagtigt, hvordan lyset spredes og samles fra forskellige oprindelsessteder. Dette giver os mulighed for at identificere hver støjkilde i de billeder, som scintillatorer laver, "Howansky sagde." Vi er den første gruppe, der direkte kan måle dette fænomen på grund af ressourcerne på NSLS-II. "

Rick Lubinsky, en assisterende forskningsprofessor i radiologi ved SBU, sagde, "Det er forbløffende, hvad vi er i stand til at gøre ved hjælp af stråleforskere ved NSLS-II. De skabte den perfekte røntgenstråle til vores forskning-bare det rigtige energiniveau og den helt rigtige form. Strålen var så tynd, at vi faktisk kunne flytte den op og ned inde i scintillatoren og løse, hvad der skete. Lysstyrken og intensiteten af ​​strålen er utrolig. "