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暗场 X 射线和常规技术可实现更好的 CT 扫描

2022-02-15 19:16     来源:innovationorigins.com     暗场 X 射线方法 常规X 射线 核技术X射线CT扫描

undefined慕尼黑工业大学 (TUM) 的一组研究人员已将暗场 X 射线方法集成到适合临床使用的 CT 扫描仪中。暗场成像为传统的 X 射线成像提供了额外的信息。使用新原型,现在可以生成三维暗场 X 射线图像。

© Pixabay

计算机断层扫描 (CT) 是用于精确和快速诊断的最重要的临床方法之一。通过组合多个 X 射线图像,生成患者的三维图像。

借助暗场成像,现在可以获得有关精细组织结构(尤其是肺部)的更多信息。到目前为止,技术挑战阻碍了将这种新技术集成到临床 CT 扫描仪中来检查患者。

结合两种技术

与 TUM生物医学物理学教授 兼 慕尼黑生物医学工程研究所所长Franz Pfeiffer合作的一组研究人员 现已开发出一种结合了这两种 X 射线技术的 CT 扫描仪。

“我们首次展示了暗场 X 射线技术也可以整合到临床 CT 扫描仪中。尽管这项技术还处于早期阶段,但对小白鼠的临床前研究表明,暗场 CT 扫描具有明显的优势,尤其是在捕捉肺组织图像方面,”该研究的负责人 Franz Pfeiffer 说。

新的 CT 原型已经成功地与胸部模型(人体上半身模型)一起使用,并且足够大,可以用于真实患者的预期应用。

传统 X 射线成像

在传统的X射线设备中,X射线在从源头到探测器的过程中会被中间的组织所衰减。这种效果用于根据与不同组织类型和结构相关的不同程度的衰减来生成图像。这就是为什么具有更强衰减效应的骨骼和类似结构在 X 射线中呈现白色,而更透明的组织类型(如肺)会产生更暗的图像。

暗场 X 射线成像

相比之下,暗场成像利用 X 射线的小角度散射。当 X 射线与不同密度的材料(例如肺组织和空气之间的界面)相互作用时,它们就会发生散射。对这种散射效应的分析产生了关于非常精细的组织结构的额外信息,而传统的 X 射线图像则无法获得这些信息。

用于暗场成像的光栅技术

为了检测 X 射线辐射的散射,需要一组三个光栅。它们位于 X 射线源和检测器之间。当 X 射线穿过这些光栅时,探测器会产生特征图案。当样本或人被定位在光束路径中时,这种特征模式会发生变化。然后使用这些偏差来分析样本或人体组织的结构。

用于暗场 CT 的新硬件和软件

在人体大小的 CT 扫描仪中实施暗场方法带来了各种技术挑战。到目前为止,这将暗场 CT 设备限制在比人类患者所需的规模小得多的范围内。除了尺寸之外,扫描单元的快速旋转也给技术设计带来了特殊困难。

CT 扫描仪的扫描单元,称为龙门架,以非常高的速度旋转。这会导致振动影响设备内部的微调组件。基于对这些振动的详细分析,该团队能够使用它们在暗场成像所需的光栅之间实现所需的移位。为了分析扫描,他们开发了新的算法来过滤基于参考扫描的振动效应。

临床诊断的附加信息

“借助暗场 CT 原型,我们可以在一次扫描中捕获常规和暗场 X 射线图像。这产生了额外的信息,未来不仅可以用于诊断肺部疾病,还可以区分各种类型的肾结石和组织沉积物,”该研究的两位第一作者之一曼努埃尔·维尔梅茨说。作为下一步,研究人员计划进一步优化暗场 CT 原型,并为人类患者的首次扫描做准备。

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