Dondoo

Picha ya kutoa msingi wa nishati mbili (DES) ni mbinu ya hali ya juu ya upigaji picha wa kimatibabu iliyoundwa kuboresha utambuzi wa dawa za kontrasti dhidi ya miundo changamano ya kianatomia. Njia hii inahusisha upokeaji wa picha mbili za mionzi x kwa viwango tofauti vya nishati—moja juu na nyingine chini ya ukingo wa K-unyonyaji wa nyenzo za dawa ya kontrasti, kama vile iodini kwa 33.2 keV. Kwa kufanya utoaji wa kielelezo cha picha hizi, ishara kutoka kwa tishu zilizozunguka inazuiliwa, na hivyo kuongeza mwonekano wa jamaa wa dawa ya kontrasti. Licha ya uwezo wake, DES haijatumika sana katika matibabu ya kliniki, kwa sababu ya changamoto za kupata spectra mbili tofauti za mionzi x bila kuanzisha kasoro za mwendo kutokana na mfiduo maradufu.

Utafiti huu unachunguza matumizi ya mgawanyiko wa wigo wa kielektroniki na kigunduzi cha silicon-strip katika mfano wa mamografia na dawa ya kontrasti ya iodini. Uchambuzi wa kinadharia na wa majaribio unafanywa, ukilinganisha mbinu hiyo na upigaji picha wa kawaida wa unyonyaji na vigunduzi bora kwa kutumia uwiano wa ishara-kwa-kelele (SNR) unaojumuisha kelele za takwimu na za kimuundo. Utafiti pia unachunguza matumizi ya lensi ya mionzi x ya mche mwingi (MPL) kwa ajili ya kuchuja wigo, ambayo inatoa wigo nyembamba, unaoweza kubadilika ambao unaweza kushinda vizuizi vya uchujaji mzito wa unyonyaji, kama vile kupungua kwa kiwango kikubwa cha mtiririko wa mionzi x.

Utangulizi

Dawa za kontrasti hutumiwa sana katika upigaji picha wa kimatibabu wa mionzi x ili kuboresha utofautishaji kati miundo yenye msongamano na namba atomia sawa. Katika mamografia, dawa za kontrasti zenye iodini ni muhimu sana kwa kuonyesha vidonda, kwani ukuaji wa mishipa unaohusishwa na ukuaji wa kilema huongeza uvumilivu wa mishipa na kushikilia kwa dawa. Ingawa tomografia iliyohesabiwa (CT) inafaidika na utumizi wa dawa ya kontrasti kupitia mshipa, mamografia ya kawaida ya filamu ya skrini au ya kidijitali mara nyingi hukosa azimio la kontrasti, na hivyo kupunguza utambuzi wa matatizo yaliyoboreshwa kwa kontrasti.

Picha ya kutoa msingi wa nishati mbili (DES) imependekezwa kama suluhisho la kikwazo hiki. Mbinu hiyo inatumia mabadiliko ya haraka ya mgawo wa unyonyaji wa dawa za kontrasti kwenye kingo zao za K-unyonyaji. Kwa iodini, kingo hii hufanyika kwa 33.2 keV. Kwa kupata picha na spectra za mionzi x zilizolenga chini na juu ya nishati hii, na kisha kuzichanganya kwa kielelezo, DES inaweza kufuta ishara kutoka kwa jozi maalum za tishu (k.m., tishu ya tezi na mafuta) huku ikisisitiza dawa ya kontrasti. Hata hivyo, utekelezaji halisi unahitaji spectra mbili nyembamba, zilizotenganishwa vizuri, ambayo kwa kawaida imepatikana kwa kutumia nyenzo mbili za anode na uchujaji wa unyonyaji—njia inayoweza kusababisha kutokuwa na usawa wa mwendo na matatizo ya ufanisi.

Nakala hii inashughulikia changamoto hizi kwa kutathmini mgawanyiko wa wigo wa kielektroniki na uchujaji wa msingi wa MPL, kwa lengo la kuboresha DES kwa mamografia ya kliniki.

Methodolojia

Mfumo wa Kinadharia

Msingi wa kinadharia wa DES unatokana na upungufu tofauti wa mionzi x na nyenzo kwa nishati tofauti. Mgawo wa upunguzaji μ(E) wa nyenzo hutofautiana na nishati E ya fotoni, na kwenye ukingo wa K, huongezeka kwa ghafla kutokana na unyonyaji wa fotoelektriki. Kwa dawa ya kontrasti kama iodini, hii husababisha upunguzaji mkubwa zaidi juu ya ukingo ikilinganishwa na chini yake. Mchakato wa DES unahusisha kupima ukubwa wa nishati uliotumwa I_chini na I_juu kwa nishati za chini na za juu, mtawalia, na kuhesabu picha iliyotolewa S = ln(I_chini) - k · ln(I_juu), ambapo k ni kipimo cha uzito kilichoboreshwa kufuta ishara ya tishu ya asili.

Mgawanyiko wa Wigo wa Kielektroniki

Mgawanyiko wa wigo wa kielektroniki hutumia kigunduzi cha silicon-strip kinachoweza kutofautisha nishati za fotoni kikielektroniki. Njia hii inaruhusu upokeaji wa wakati mmoja wa picha za nishati ya chini na ya juu kutoka kwa mfiduo mmoja wa mionzi x, na hivyo kuondoa kasoro za mwendo zinazohusishwa na mfiduo maradufu. Azimio la nishati na ufanisi wa kigunduzi hiki liliigwa kwa kutumia simulasyon za Monte Carlo, na utendaji wake ulilinganishwa na ule wa kigunduzi bora cha kutatua nishati.

Lensi ya Mionzi X ya Mche Mwingi (MPL)

Lensi ya mionzi x ya mche mwingi ni kipengele cha macho cha kinzani kinacholenga mionzi x kupitia mfululizo wa miche, na kutoa mtawanyiko wa rangi. Kwa kubadilisha jiometri ya lensi, inaweza kuchuja wigo wa mionzi x ili kutoa bendi nyembamba za nishati zilizoundwa kukabiliana na ukingo wa K wa iodini. Mahesabu ya kinadharia ya ufanisi wa usambazaji na usafi wa wigo wa MPL yalifanyika, na uwezo wake wa kuchukua nafasi ya vichujaji vya kawaida vya unyonyaji ulikadiriwa kulingana na vipimo vya mtiririko na SNR.

Mpangilio wa Majaribio

Majaribio yalifanyika kwa kutumia kiolezo cha mamografia kilicho na doa za kontrasti za iodini zilizowekwa kwenye msingi unaofanana na tishu. Kiolezo kilichopigwa na spectra za mionzi x zilizotolewa kwa kutumia bomba la anode ya tungsten iliyotumika kwa 40 kVp, ikiwa na bila uchujaji wa MPL. Picha zilipatikana kwa kigunduzi cha silicon-strip, na DES ilitumika baada ya upokeaji. SNR, ikijumuisha kelele za quantum na utofauti wa asili ya kimuundo, ilihesabiwa kwa kila usanidi.

Matokeo

Utendaji wa Mgawanyiko wa Wigo wa Kielektroniki

Kigunduzi cha silicon-strip kilifanikiwa kutatua picha za nishati ya chini na ya juu kwa mwingiliano mdogo. Picha za DES zilionyesha kuzuiliwa kwa ufanisi kwa msingi wa tishu, na ishara za iodini zikiongezeka kwa kiasi kikubwa. Uchambuzi wa SNR ulithibitisha kuwa mgawanyiko wa wigo wa kielektroniki unafanya kazi sawa na kigunduzi bora chini ya hali zilizosimuliwa, ingawa vizuizi vya kiutendaji katika azimio la nishati vilipunguza ufanisi wake kidogo.

Ufanisi wa Uchujaji wa MPL

MPL ilitoa spectra nyembamba (FWHM ~4 keV) zilizolenga kwa 31 keV na 35 keV, bora kwa DES ya iodini. Ikilinganishwa na uchujaji wa kawaida, MPL ilidumisha mtiririko wa juu wa mionzi x, na kusababisha uboreshaji wa 30% wa SNR kutokana na kupungua kwa kelele za quantum. Uwezo wa kurekebisha lensi pia uliruhusu ubora bora kwa dawa tofauti za kontrasti na kazi za upigaji picha.

Uchambuzi wa Kulinganisha

Wakati ulinganishwa na mbinu za spectra mbili (DS) kwa kutumia nyenzo mbili za anode, njia ya mgawanyiko wa wigo wa kielektroniki iliondoa kasoro za mwendo na kurahisisha usanidi wa upigaji picha. MPL iliongeza zaidi utendaji kwa kutoa utenganishaji bora wa wigo bila adhabu za mtiririko zinazohusishwa na vichujaji vya metali nzito.

Majadiliano

Matokeo yanaonyesha kuwa mgawanyiko wa wigo wa kielektroniki na uchujaji wa MPL hutoa faida kubwa kwa DES katika mamografia. Uwezo wa kupata data ya nishati mbili katika mfiduo mmoja unashughulikia kikwazo kikuu cha DES ya kitamaduni, wakati urekebishaji wa wigo wa ufanisi wa MPL huboresha SNR bila kukabili ufanisi wa dozi. Hata hivyo, changamoto bado zipo, ikiwa ni pamoja na gharama na utata wa utengenezaji wa MPL na hitaji la vigunduzi vya hali ya juu vya kutatua nishati.

Ujumuishaji wa kelele za kimuundo katika kipimo cha SNR ni muhimu, kwani uchanganyiko wa kianatomia mara nyingi hupunguza utambuzi katika mamografia. Kwa kuzingatia hili, utafiti huo hutoa tathmini ya kweli zaidi ya utendaji wa DES katika mazingira ya kliniki. Kazi ya baadaye inapaswa kulenga kuunganisha teknolojia hizi katika mifumo kamili ya mamografia ya kidijitali na kutathmini athari zao kwa usahihi wa utambuzi katika masomo ya wagonjwa.

Hitimisho

Utafiti huu unathibitisha kuwa upigaji picha ulioboreshwa wa kontrasti wa kutoa msingi wa nishati mbili kwa kutumia mgawanyiko wa wigo wa kielektroniki na lensi za mionzi x za mche mwingi zinaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa utambuzi wa dawa za kontrasti zenye iodini katika mamografia. Mbinu ya mgawanyiko wa wigo wa kielektroniki hupunguza kutokuwa na usawa wa mwendo, wakati MPL inatoa spectra nyembamba, zinazoweza kubadilika ambazo huboresha ubora wa picha ikilinganishwa na mbinu za kawaida za uchujaji. Mafanikio haya yanaahidi kupitishwa kwa upana zaidi kwa matibabu ya DES, na kuboresha uwezekano wa kugundua mapema vidonda vya matiti kupitia azimio bora la kontrasti.

Mwongozo Muhimu

• Mgawanyiko wa wigo wa kielektroniki huruhusu DES isiyo na kasoro za mwendo kwa kupata data ya nishati mbili katika mfiduo mmoja.
• Lensi ya mionzi x ya mche mwingi inatoa uchujaji bora wa wigo, na kupunguza upotezaji wa mtiririko na kuboresha SNR.
• DES na dawa ya kontrasti ya iodini inaweza kufikia uboreshaji wa SNR zaidi ya 2.5× ikilinganishwa na upigaji picha wa unyonyaji.
• Kelele za kimuundo lazima zijumuishwe katika mahesabu ya SNR kwa tathmini sahihi ya utendaji katika mamografia.
• Teknolojia ya ML inaweza kubadilika kwa dawa tofauti za kontrasti, na kupanua utumizi wake zaidi ya DES ya msingi wa iodini.