Ny tilgang til røntgenmåling kan forbedre CT-scannere

En ny målingstilgang foreslået af forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) kan føre til en bedre måde at kalibrere computertomografi (CT) scannere, muligvis effektivisere patientbehandlingen ved at forbedre kommunikationen mellem læger.

Tilgangen, beskrevet i et forskningsartikel i tidsskriftet PLOS ONE , foreslår, hvordan røntgenstråler genereret af CT kan måles på en måde, der gør det muligt at sammenligne scanninger fra forskellige enheder med hinanden. Det tilbyder også en vej til at oprette de første CT -målestandarder, der er forbundet til International System of Units (SI) ved at oprette en mere præcis definition af de enheder, der bruges i CT - noget feltet har manglet.

"Hvis det tekniske samfund kunne blive enige om en definition, så kunne sælgerne oprette målinger, der er udskiftelige, "sagde NISTs Zachary Levine, en fysiker og en af ​​papirets forfattere. "Lige nu, kalibrering er ikke så grundig, som den kunne være. "

Et objekts evne til at blokere røntgenstråler-dets "radiodensitet"-måles i Hounsfield Units (HU'er), opkaldt efter den nobelprisvindende medopfinder af CT. Kalibrering af en CT -maskine, noget enhver radiologifacilitet skal udføre regelmæssigt, involverer at scanne et objekt med kendt radiodensitet kaldet et fantom og kontrollere, om disse målinger giver det rigtige antal HU'er.

Et problem er, at en CT-scanners rør-i det væsentlige dens røntgengenererende "lyspære"-skaber en stråle, der er røntgenversionen af ​​hvidt lys, fuld af fotoner med forskellige bølgelængder, der svarer til deres energi. (Hvis det menneskelige øje kunne se røntgenstråler, du kunne køre rørets stråle gennem et prisme og se det bryde ind i et spektrum af farver.) Fordi en fotones gennemtrængningskraft afhænger af dens energi, bjælkens samlede effekt på fantomet skal beregnes i gennemsnit, gør det udfordrende at definere kalibreringen.

Yderligere komplicerer situationen er måden, rørets røntgenlys skal ændre sig afhængigt af scanningstypen. Tættere kropsdele har brug for mere gennemtrængende røntgenstråler, så røret har en slags farvekontakt, der gør det muligt for operatøren at justere rørspændingen, så den matcher jobbet. Justering af rørets spænding ændrer strålens spektrum, så det spænder mellem noget som en "kold hvid" og en "varm hvid" pære. Det variable spektrum gør det hårdere at sikre, at kalibreringen er korrekt for alle spændinger.

Tilføj disse komplikationer til de forskelle, der er mellem forskellige CT -maskinfabrikanter, og du får mange problemer for alle, der ønsker at knytte kalibreringen af ​​en given scanner til en universel standard. Men hvis det kunne lade sig gøre, der ville være vidtrækkende fordele for både industrien og medicinen.

"Du vil have udskiftelige svar uanset hvilken CT -maskine du bruger, og hvornår, "Sagde Levine." For en ting, du vil have læger til at kunne kommunikere mellem hospitaler. Lad os sige, at en patient har brug for en opfølgning, men er et sted langt hjemmefra, eller den samme scanner fik en softwareopgradering, der ændrer antallet af HU'er. Hvis du ikke kan måle præcist, du kan ikke forbedre din teknologi. "

Bedre kalibrering kan også gøre diagnosen mere effektiv og billigere, Sagde Levine.

"Bedre sammenligninger mellem scannere vil muligvis give os mulighed for at etablere afbrydelsespunkter for sygdom - såsom emfysem, der får en bestemt Hounsfield -score eller lavere, "sagde han." Det er også almindeligt, at CT -scanninger viser mistænkelige vækster, der kan være kræftfremkaldende, og en læge bestiller normalt en MR som opfølgning. Vi kan fjerne behovet for den anden procedure. "

NIST-teamet måtte overvinde de usikkerheder, der er skabt af rørets brede røntgenspektrum og indstilling af rørspænding. Deres idé var at fylde flere fantomer med forskellige koncentrationer af pulveriserede kemikalier, der er almindelige i kroppen, og sammenlign fantomernes radiodensitet ved hjælp af CT. Sammenligningen ville hjælpe med at koble HU'er til antallet af mol pr. Kubikmeter, som begge er SI -enheder.

"Det var svært at gennemføre denne idé, fordi mængden af ​​en mol afhænger af størrelsen af ​​et givet kemisk molekyle, "Sagde Levine." En mol salt tager mere plads end en mol kulstof, for eksempel. Og luften i pulvererne repræsenterede en yderligere komplikation. "

Vanskeligheden ville få alle undtagen en matematik -fan til at grine:Hvert kemikalie i blandingen kunne være karakteriseret ved to tal, men hele fantomet skabte et 13-dimensionelt rum, der komplicerede dataanalysen. Heldigvis, teamet var i stand til at bruge en lineær algebra-teknik, der er kendt af datavidenskaben, for at forenkle dataene ned til to dimensioner, hvilket var langt mere overskueligt.

"I bund og grund, vi har vist, at du kan oprette et præstationsmål for en CT -scanner, som enhver designingeniør kan ramme, "Levine sagde." Producenter har fået forskellige svar i deres maskiner i årtier, fordi ingen fortalte deres ingeniører, hvordan de skulle håndtere røntgenspektret. Der kræves kun en lille ændring af eksisterende praksis for at forene deres målinger. "