Neue X-ray measurement-Ansatz verbessern könnte CT-Scanner

Eine neue Messung vorgeschlagenen Ansatz von Wissenschaftlern des National Institute of Standards and Technology (NIST) könnte zu einem besseren Art und Weise zu Kalibrieren, Computertomographie (CT) – Scanner, der potenziell Straffung der Behandlung von Patienten durch die Verbesserung der Kommunikation unter den ärzten.

Der Ansatz, detailliert in einer Studie in der Zeitschrift PLOS ONE, zeigt, wie der X-ray-Strahlen erzeugt, die von CT gemessen werden kann, in einer Weise, die scans von verschiedenen Geräten, um sinnvoll miteinander verglichen. Es bietet auch einen Weg zum erstellen der ersten CT-Messung von standards verbunden mit dem Internationalen System der Einheiten (SI) durch die Schaffung einer genaueren definition der Einheiten, die in der CT-etwas in dem Bereich fehlten.

„Wenn die technische Gemeinschaft könnte die Einigung auf eine definition, dann?die Anbieter erstellen könnten Messungen, die austauschbar sind“, sagte NIST ‚ s Zachary Levine, einer Physiker und einer der paper-Autoren. „Gerade jetzt, eine Kalibrierung ist nicht so gründlich, wie es sein könnte.“

Ein Objekt, die Möglichkeit einer Blockade von X-Strahlen-die „radiodensity“ — gemessen in Hounsfield-Units (HUs), benannt nach dem Nobel-Preis ausgezeichneten co-Erfinder der CT. Kalibrierung eines CT-Maschine, etwas, was jeder Radiologie Anlage regelmäßig durchzuführen, beinhaltet das Scannen ein Objekt bekannter radiodensity genannt, einem phantom und der überprüfung, ob diese Messungen geben die richtige Anzahl von HUs.

Ein problem ist, dass ein CT-scanner-Rohr — im wesentlichen in seiner X-ray generating „Glühbirne“ — erzeugt einen Strahl, der die X-ray-version von weißem Licht, voll von Photonen mit verschiedenen Wellenlängen entsprechen, die für Ihre Energie. (Wenn das menschliche Auge sehen könnte X-Strahlen, Sie könnten die Rohr-Strahl durch ein PRISMA und sehen, brechen Sie in ein Spektrum von Farben.) Da ein photon die Durchschlagskraft hängt von seiner Energie, der Strahl der Gesamteffekt auf die phantom hat gemittelt, so dass es schwierig zu definieren, die Kalibrierung.

Weiter verkompliziert die situation ist die Art, wie der Schlauch-X-ray Licht zu ändern, je nach der Art der scan. Dichter Körper teilen müssen, mehr durchdringenden X-Strahlen, also die tube hat eine Art von Farbe wechseln, sodass die Bediener die Röhre-Spannung zu match-the-job. Einstellen der Rohr-Spannung verändert das Spektrum des Strahls, so dass es im Bereich zwischen so etwas wie eine „cool white“ und „warm weiß“ – Licht-Lampe. Die variable Spektrum macht es härter, um sicherzustellen, dass die Kalibrierung korrekt ist für alle Spannungen.

Fügen Sie diese Komplikationen, um die Unterschiede zwischen den verschiedenen CT-Gerät Hersteller, und Sie bekommen eine Menge ärger, wer will, verknüpfen Sie die Kalibrierung von einem bestimmten scanner zu einem universellen standard. Aber wenn es getan werden könnte, gäbe es weitreichende Vorteile sowohl für Industrie und Medizin.

„Sie wollen austauschbar Antworten, unabhängig von dem, was CT-Maschine, die Sie verwenden und Wann“, Levine sagte. „Für eine Sache, Sie wollen ärzte werden in der Lage, die Kommunikation zwischen den Krankenhäusern. Lassen Sie uns sagen, ein patient braucht ein follow-up, sondern ist irgendwo weit Weg von zu Hause, oder den gleichen scanner hab ein software-upgrade, ändert sich die Zahl der HUs. Wenn Sie können nicht genau Messen, man kann nicht verbessern Sie Ihre Technik.“

Bessere Kalibrierung konnte die Diagnose effizienter und weniger kostspielig als gut, Levine sagte.

„Bessere Vergleiche unter den Scannern könnte es uns ermöglichen, cutoff-Punkte für die Krankheit — wie Emphysem immer einen bestimmten Hounsfield-score oder niedriger“, sagte er. „Es ist auch üblich für CT-scans zu drehen, verdächtige Wucherungen, die möglicherweise bösartig ist, und ein Arzt Häufig Aufträge ein MRT als ein follow-up. Könnten wir beseitigen die Notwendigkeit für das zweite Verfahren.“

Die NIST-team überwinden musste, um die Unsicherheiten, erstellt durch das Rohr der breiten-X-ray-Spektrum und die Rohr-Spannung eingestellt werden. Ihre Idee war, zu füllen, verschiedene Phantome mit unterschiedlichen Konzentrationen von pulverförmigen Chemikalien, die Häufig in den Körper, und vergleichen Sie die Phantome‘ radiodensity mit CT. Der Vergleich würde helfen, link HUs zu der Anzahl von Molen pro Kubikmeter, die sowohl SI-Einheiten.

„Die Realisierung dieser Idee war knifflig, da das Volumen einer mole ist, hängt von der Größe des chemischen Moleküls,“ Levine sagte. „Eine mole Salz nimmt mehr Platz ein als ein mol Kohlenstoff, zum Beispiel. Und die Luft in das Pulver stellte eine weitere Komplikation.“

Der trickiness machen würde, alle, aber ein Mathe-Fan zusammenzucken: Jeder Chemikalie in der Mischung könnte charakterisiert werden durch zwei zahlen, sondern das gesamte phantom geschaffen, ein 13-dimensionaler Raum, die komplizierte Analyse der Daten. Zum Glück war das team in der Lage, einen linearen algebra Technik bekannt, um Daten Wissenschaft zu vereinfachen, werden die Daten in zwei Dimensionen, die weit mehr ist überschaubar.

„Im Grunde haben wir gezeigt, dass Sie können erstellen Sie einen CT-scanner der performance-Ziel, das jeder Konstrukteur kann den hit“ Levine sagte. „Die Hersteller haben immer verschiedene Antworten in Ihre Maschinen seit Jahrzehnten, weil niemand gesagt hat, Ihre Ingenieure zu behandeln, wie die X-ray spectrum. Nur eine kleine änderung an der bisherigen Praxis ist erforderlich, um die Vereinheitlichung Ihrer Messungen.“