קרני ה-X באמצעות הפחתת מינון חשיפה מסתגלת בתחום ההדמיה fluoroscopic
Summary
אנחנו מפתחים טכניקה דינמי חשיפה אדפטיבית באמצעות סריקה קרן שלנו דיגיטלי רנטגן המערכת. במקום לחשוף את אובייקט אחיד, החשיפה מותאם בהתאם אטימות של האובייקט. כאן אנו מציגים ניסוי רפאים אנתרופומורפי שהביאו להצלת מנה של 30%.
Abstract
רנטגן fluoroscopy נעשה שימוש נרחב במהלך התערבות לב להדרכה התמונה. עם זאת, מינון הקרינה נהלים אלה יכולה להיות גבוהה, וזה חשש משמעותי, במיוחד ביישומים ילדים. נהלים לרפואת ילדים הם בדרך כלל הרבה יותר מורכב מאשר אלה של מבוגרים ולכן הם בממוצע 4-8 פעמים יותר 1. יתר על כן, הילדים יכולים לעבור עד 10 הליכי fluoroscopic עד גיל 10, הוכחו נמצאים בסיכון גבוה פי שלושה לפתח סרטן קטלני לאורך כל החיים שלהם מאשר באוכלוסיה הכללית 2,3.
הראינו כי מינון הקרינה ניתן לצמצם באופן משמעותי באמצעות סריקה קרן שלנו רנטגן דיגיטלי (SBDX) מערכת 4 בנהלים לב מבוגר – מערכת הדמיה fluoroscopic המעסיקה הגיאומטריה הדמיה הפוך 5,6 (איור 1, סרט 1 ו איור 2). במקום נקודה מרכזית אחת גלאי המורחבת לשמש במערכות קונבנציונליות, הגישה שלנו מנצל מקור המורחבת רנטגן עם כתמים מוקד מרובים התמקדו גלאי קטן. מקור קרני ה-X שלנו מורכב אלומת אלקטרונים סורק ברצף ומאיר עד 9,000 עמדות במקום מוקד. כל נקודה מוקד פרויקטים חלק קטן נפח הדמיה על הגלאי. בניגוד לשיטה המקובלת שבה התמונה הסופית צפויה ישירות על הגלאי, SBDX משתמשת באלגוריתם ייעודי לשחזר את התמונה הסופית של 9000 תמונות גלאי.
עבור יישומים ילדים, חיסכון מנה עם מערכת SBDX צפויים להיות קטנים יותר מאשר בנהלים מבוגר. עם זאת, מערכת SBDX מאפשר חיסכון מנה נוספת על ידי יישום טכניקה אלקטרוניים חשיפה אדפטיבית. מפתח שיטה זו היא הטכניקה רב קרן סריקה של המערכת SBDX: במקום לחשוף כל חלק של התמונה עם מינון הקרינה אותו, אנחנו יכולים להשתנות באופן דינמי את החשיפה בהתאם אטימות של האזור חשוף. לכן, אנחנו יכולים להפחית באופן משמעותי את החשיפה באזורים radiolucent ולשמור על חשיפה באזורים יותר אטום. ביישום הנוכחי שלנו, החשיפה אדפטיבית דורש אינטראקציה עם המשתמש (איור 3). עם זאת, בעתיד, החשיפה אדפטיבית יהיה בזמן אמת אוטומטי מלא.
ביצענו ניסויים עם רפאים אנתרופומורפי והשוו נמדדת הקרינה עם או בלי חשיפה אדפטיבית באמצעות אזור מנה מוצר (DAP) מטר. בניסוי המוצג כאן, אנו מוצאים ירידה במינון של 30%.
Protocol
Discussion
אנו מראים כי חיסכון מנה אפשריים באמצעות טכניקה השוואה. במאמר זה אנו רק להראות כיצד הטכניקה שלנו מוחל, מבלי לדון השלכות על איכות התמונה. עם זאת, חשוב לציין כי המטרה שלנו היא לשמור על יעד יחס אות לרעש בתמונות השווה. הנחת היסוד היא כי אי שוויון תמונות, יחס אות לרעש היא מאוד לא אחידה. בפרט, אזורים בהירים כמו בתחום הריאות התערוכה אות יחס גבוה יותר רעש ממה שצריך כדי לבצע את המשימה אבחון. השוואת מאפשר לנו להוריד את יחס אות לרעש באזורים אלה וכדי לשמור על יחס אות לרעש באזורים כהים של התמונה. כרגע אנחנו מבצעים מדידה מחקרים רעש כדי לאמת את הגישה שלנו. תוצאות ראשוניות מראות כי החיסכון מנה בסדר גודל של 30% הם ברי השגה על האות המקבילה יחס רעש באזורים הכהים של התמונה 7, 8.
הפוטנציאל של סינון השוואת הוכר בספרות המדעית במשך שנים רבות. מימושים עם זאת, עד כה פורסמו כל המעורבים תריסים מכניים או מסננים, באופן משמעותי את הפגיעה בכלי של גישה זו 9,10. כאן אנו מראים כי ההשוואה יכול להיות מבוסס על גישה אלקטרונית לחלוטין, להתגבר על בעיות עם יישומים מכניים.
במערכת SBDX קלינית, רוב הצעדים שהוצגו כאן תיושם חומרה יבוצע בזמן אמת במהלך רכישת נתונים. אלגוריתם ההשוואה יפעל בזמן אמת, ואת התמונה המוצגת תהיה להשוות כברירת מחדל. האלגוריתם יהיה דינמי להתאים את הפרמטרים שלו לפי המקצוע להיות צילמו, את התנועה של הנושא, ואת המיקום שינוי gantry. אנו ממשיכים לשפר את האלגוריתם שלנו, פיתוח נוסף של השיטה שלנו יהיה צורך על מנת להקל בזמן אמת לביצוע.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מבקשים להודות אן Sandman, קית' Nishihara, ובריאן מן Wilfley טכנולוגיות טבעת טריפל על תרומתם בפרויקט זה. עבודה זו ממומנת על ידי NIH אתגר גרנט 5RC1HL100436-0.
References
- Martinez, L. C., Vano, E., Gutierrez, F., Rodriguez, C., Gilarranz, R., Manzanas, M. J. Patient doses from fluoroscopically guided cardiac procedures in pediatrics. Phys Med Biol. 52, 4749-4759 (2007).
- Strauss, K. J. Pediatric interventional radiography equipment: safety considerations. Pediatr Radiol. 36, 126-135 (2006).
- Preston, D. L., Cullings, H., Suyama, A., Funamoto, S., Nishi, N., Soda, M. Solid cancer incidence in atomic bomb survivors exposed in utero or as young children. J Natl Cancer Inst. 100, 428-436 (2008).
- Wolff, M., Keevil, J., Speidel, M., Wilfey, M., Wilfley, B., Star-Lack, J. Pilot study with a scanning-beam digital x-ray system. Am J Cardiol. 94, (2004).
- Speidel, M. A., Wilfley, B. P., Star-Lack, J. M., Heanue, J. A., Betts, T. D., VanLysel, M. S. Comparison of entrance exposure and signal-to-noise ratio between an SBDX prototype and a wide-beam cardiac angiographic system. Med Phys. 33, 2728-2743 (2006).
- Speidel, M. A., Wilfley, B. P., Star-Lack, J. M., Heanue, J. A., VanLysel, M. S. Scanning-beam digital x-ray (SBDX) technology for interventional and diagnostic cardiac angiography. Med Phys. 33, 2714-2727 (2006).
- Funk, T., Burion, S., Bechtel, K. L., Solomon, E. G. . X-ray dose reduction by adaptive source equalization and electronic region-of-interest control. , (2011).
- Burion, S., Bechtel, K. L., Lowell, A. P., Heanue, J. A., Solomon, E. G., Funk, T. Real-time equalization filtration: dose savings with region-based exposure control using a scanning-beam X-ray source. , (2010).
- Boone, J. M., Duryea, J., Moore, E. H. Filter wheel equalization in chest radiography: demonstration with a prototype system. Radiology. 196, 845-850 (1995).
- Vlasbloem, H., Kool, L. J. AMBER: a scanning multiple-beam equalization system for chest radiography. Radiology. 169, 29-34 (1988).
