Spektrin CT tunnetaan myös lyhenteellä TBS (of Englanti : Spectral Tietokonetomografia ) on liikennemuotojen lääketieteellisen kuvantamisen viime yhdistyvät periaate tomografia by röntgen (CT) ja käyttämällä useita tasoja energiaa, jotta voisi tunnistaa kiinnostavan aineen koostumus. Spektriskanneri mahdollistaa sen, mitä kutsutaan spektrikuvaksi tai jota kutsutaan myös alkuaineiden (materiaalien) K-reunakuvantamiseksi.Spektriskannausta voidaan tehdä monilla tekniikoilla, joista jokaisella on omat etunsa ja haittansa.
Skannerin periaate perustuu suurenergisten fotonien säteen absorboinnin hyödyntämiseen ( röntgensäde- alueella ).
Tämän säteen käyttäytyminen noudattaa Beer-Lambert-lakia : Tarkemmin sanottuna skanneri on toimintamalli, joka perustuu röntgensäteiden lähettämisen hyödyntämiseen materiaalin läpi. Tämän jakson aikana he voivat kokea erilaisia vaikutuksia, kuten Compton-efektin, valosähköisen ja Rayleigh-sironnan.
Nämä erilaiset vaikutukset on ryhmitelty Beer-Lambert-lain absorptiokertoimeen u, joka vastaa kaikkia absorptioita ja diffuusioita, jotka röntgensäde on läpäissyt sen vuorovaikutuksessa materiaalin kanssa.
Vastaanottojärjestelmä havaitsee sitten lähtevän säteen ja tekee siitä johtopäätöksen alla olevan absorptiokertoimen kartoituksen (nimeltään kohteen 2D-projektio) perusteella.
Toistamalla erilaisia projektioita eri kulmissa ympäri kohdetta (tyypillisesti projektio joka aste), meillä on tarvittavat tiedot kohteen rekonstruoimiseksi 3D-muodossa. Tämä rekonstruointi suoritetaan käyttäen FDK-tyyppistä rekonstruointialgoritmia (Feldkamp, David ja Klauss).
Todellisuudessa materiaalin vaimennuskerroin riippuu sen läpi kulkevien fotonien energiasta:
missä λ on tulevan säteilyn aallonpituus . Koska kompleksinen taitekerroin on kuvitteellinen osa , k on dimensioton. Planck Einstein-relaatiota käyttämällä saadaan sitten suora suhde absorptiokertoimen ja aineen ylittävien fotonien energian välillä:
Juuri tätä ominaisuutta spektriskanneri hyödyntää. Hankkimalla saman objektin kuvia eri energioilla spektriskanneri pystyy paitsi palauttamaan kuvattavan kohteen anatomisen rakenteen (klassinen skanneri) myös löytämään kuvan sisältämän elementin koostumuksen. Spektroskanneri . Jokaisella materiaalilla on spektrivaste (absorptiokertoimen vaihtelu), joka on sille ominainen energian funktiona. Täten kaksi materiaalia, joilla on samanlainen lineaarinen absorptiokerroin tietylle energialle, voivat olla täysin erilaiset toisella energialla.
Haittana perinteiselle skannerille, josta tulee etu spektriskannerille, on X-putken suhteellisen leveä spektri . In tavanomainen tietokonetomografia , liuos, jota käytetään suodattamaan pois ei-hyödyllinen osa spektrin vähentää tehokkuutta X-ray tuotantojärjestelmä . Mutta spektriskannerissa (vain tietyille ratkaisuille) käytämme suurempaa osaa spektristä, koska tarvitsemme vähintään kaksi energiatasoa kuvan ottamiseen.
Toisin kuin tavanomainen skanneri, jolle kuva hankitaan energiatason ympärillä, spektriskanneri käyttää useita energiatasoja erilaisten komponenttien määrittämiseksi tarkemmin absorbointikertoimen riippuvuuden perusteella energiasta.
Spektriskanneri, kuten röntgenkuva, on melkein vaaraton tutkimus. Yleisimmin käytetty varjoaine, jota kutsutaan myös varjoaineeksi, on jodi ihmisillä. Joillakin potilailla on kuitenkin muutamia vasta-aiheita. Alla on tyhjentävä luettelo vasta-aiheista:
Kuten minkä tahansa tyyppinen röntgensäteitä käyttävä lääketieteellinen kuvantaminen , potilaan säteilytysilmiö on väistämätön. Annos säteilytyksen (in sievertiä Sv), että potilas vastaanottaa olisi rajoitettava . Tätä varten tutkimuksen hallinnoinnista vastaavan radiofyysikon on konfiguroitava laite (röntgenkuva, spektriskanneri, röntgenradio jne.) Rajoittamaan lähetettyä annosta. Röntgenputki , joka ei koskaan lähde yhdellä energiatasolla ( elektronivoltteina ), potilas saa enemmän tai vähemmän hajautetun spektrin, josta tietyt energiatasot (erityisesti hyvin alhaiset energiatasot) absorboivat kehon. . Jotkut näistä tasoista voivat kuitenkin olla tarpeettomia tutkimuksessa, koska niitä ei havaita detektoritasolla. Tässä tapauksessa suodatinta käytetään välttämään altistuminen hyvin pienille energioille. Säteilyn suurin vaara on syövän kehittyminen . Annosta laskettaessa on siis tehtävä kompromissi kuvan kontrastista (mitä suurempi annos, sitä terävämpi ja kontrastisempi kuva on) ja säteilytysriskistä (mitä suurempi annos, sitä suurempi riski on suuri) ).
Säteilytysriskit eivät ole varattu vain potilaalle. Todellakin, sähköradiologian manipulaattori, jota kutsutaan myös tutkimusta tekeväksi lääketieteelliseksi kuvantamisteknikoksi, altistetaan myös näille röntgensäteille , samoin kuin koko tutkimushuoneessa oleva henkilökunta. Siksi PCR (säteilysuojelusta vastaava henkilö) seuraa henkilöstön dosimetristä valvontaa (pakollinen annosmittarin käyttö) ja huoneessa käytettävien kollektiivisten (lyijylasi) tai yksittäisten (lyijytetyt esiliinat) suojavarusteet. Tutkimushuone on kotelo, joka sisältää röntgensäteilyn lähteen, jossa kaikki seinät on johdettu. Hyväksytyt organisaatiot tarkastavat koko tutkimushuoneen ja päästölähteen vuosittain. Lupa käsitellä ihmiskehoon ionisoivaa säteilyä lähettäviä lähteitä on lääkärin ja reseptilääkkeellä toimivan manipulaattorin vastuulla. Kaikilla kotelossa olevilla henkilöillä on oltava lääketieteellinen pätevyys.
Käytetyistä energiatasoista ja altistumisajasta voi aiheutua myös palovammavaaroja (radiomi).
Spektriskannerin suorittamiseen on olemassa suuri määrä tekniikoita. Suurinta osaa niistä kehitetään edelleen tai vasta äskettäin tehdään esikliinisiin tutkimuksiin lääketieteellisissä kuvantamiskeskuksissa . Teknologiat voidaan luokitella kahteen pääryhmään: erityisiä lähteitä toteuttavat ratkaisut ja ilmaisintyyppisiä ratkaisuja.
Kaksoisenergialähteiden käyttö antaa paremman resoluution kuvia kuin vain yhdellä energiatasolla toimivalla röntgensäteilylähteellä. DSCT on erityisen sopiva suurten nopeuksien vaativien sydämenkuvien hankkimiseksi. Jokaisella materiaalilla on oma absorptiokäyrä. Näiden kahden hankinnan välillä on mahdollista määrittää paljon tarkemmin, minkä tyyppinen materiaali on läpäisty. Toisen lähteen lisäämä harmaatasotieto mahdollistaa värikuvien tuottamisen.
KaksoislähdeKahden DSCT: ssä käytetyn menetelmän käyttäminen on kahden itsenäisen lähteen käyttö, yleensä poikkeavasti vaiheesta 90 °. Kahden röntgenlähteen käyttö ei tarkoita, että potilaalle annettava sädeannos on suurempi. Itse asiassa tämä tekniikka mahdollistaa potilaan altistusajan lyhentämisen kahdella. Saatu annos on samanlainen tai jopa pienempi kuin tavanomainen TT-skanneri. Kaksenergisten TT-skannereiden sisäänrakennetun rekonstruktioalgoritmin edistysaskeleilla on suuri merkitys lyhentämällä valotusaikaa.
Kv- kytkentäKV kytkentä on tapa hankkia kuvia sen jälkeen, kun kaksi energiaa CT. Voidaan käyttää kahta hankintastrategiaa, nimeltään nopea ja matala kV-kytkentä.
Alhaisen kV- kytkennän yhteydessä tuotetaan kaksi klassista TT-skanneria peräkkäin. Selkeiden kuvien saamiseksi potilaan ja havaittujen elinten on pysyttävä mahdollisimman paikallaan. Käytetään erilaisia hankintatekniikoita:
Nopea kV kytkentää perustuu siirtymistä energiatasot kun CT hankinta. Se on tekniikka, joka on vähemmän herkkä potilaan liikkeille.
Tämän tyyppinen ilmaisin käsittää kaksi kerrosta tuikekiteitä . Siten on mahdollista erottaa eri energiatasoiset säteet. Pienemmällä energialla varustetut röntgenkuvat loukkuun tuikelan ensimmäiseen kerrokseen, kun taas korkeamman energian säteet jatkavat matkaa. Kuhunkin kerrokseen liittyy joukko fotodiodeja, jotka mahdollistavat tuikeltimessa lähetetyn valosignaalin hankkimisen.
K-reunan suodatusK- reuna materialisoi elektronien sitoutumisenergian atomin K (sisä) kuoressa. Kun tuleva fotoni saavuttaa valosähköisen vaikutuksen atomiin, jos fotonin energia on suurempi kuin elektronin sitoutumisenergia atomilla, elektroni työntyy ulos ja johtaa äkilliseen absorptiohyppyyn, joka tapahtuu ominaisuudessa energia jokaiselle tarkastellulle atomille. (jodin entinen K-reuna tapahtuu 33,3 keV: ssä).
K-reunan yleinen periaate on energiavariaatioiden havaitseminen vastaanotetun spektrin tasolla. Nämä vaihtelut imeytymisnopeudessa ovat erilaisia tutkituista atomista riippuen. Havaitun spektrin tutkiminen lähteen alkuperäisen spektrin suhteen mahdollistaa lähteen ja ilmaisimen välissä sijaitsevan kuvattavan kohteen läsnäolon määrittämisen.
Seuraavassa esimerkissä esitetään koronaalileikkaus fantomista, joka sisältää erilaisia inserttejä, jotka on täytetty jomeriliuoksella 350 laimennettuna jodipitoisuuksilla 20, 30 ja 40 mg / ml jodia, nitraatti-d-hopealiuos konsentraatioilla 11, 22, 43 mg / ml hopeaa ja kaksi muuta sisältäen kuparisulfaattia, sitten vettä.
Vasemmalla oleva kuva edustaa kuvaa, joka on saatu tavanomaisella skannerilla, joka kattaa koko röntgensäteilyn spektrin. Keskellä oleva kuva on kuva, joka on saatu jodin K-reunalta ja vasemmalla oleva kuva hopea (25,5 keV).
Värin voimakkuuden ero kahdessa viimeksi mainitussa riippuu varjoaineen (jodi tai hopea) pitoisuudesta.
Näyte 25,5 keV: ssä.
Jodin kedge-näyte.
Näyte rahan reunalla.
Medipix2-ilmaisin on ilmaisin, joka on kehitetty osana kansainvälistä yhteistyötä CERN: ssä. Se on osa fotonilaskuriantureiden perhettä. Se on suunniteltu erityisesti lääketieteellisen kuvantamisen suorittamiseen. Vuodesta 1997 lähtien tätä ilmaisinta on kehitetty useita sukupolvia: Medipix1, Medipix2, Medipix3 ja Timepix, joka muodostaa tämän ilmaisimen viimeisen sukupolven.
XPAD-hybridipikselidetektorien kehitys on aloitettu CPPM / IN2P3: lla (Marseillen hiukkasfysiikan keskus). Näitä ilmaisimia käyttävien kameroiden kehittäminen ja markkinointi on nyt aloittavan imXPADin tehtävä.
Muita ilmaisimia on saatavana markkinoilla:
Medipix2 /.
XPAD3-kamera, imXPAD.
Joitakin esimerkkejä spektriskannereista kehityksessä tai kliinisissä tutkimuksissa:
Tietyissä sairauksissa, kuten osteoporoosissa , voi olla tarpeen pystyä mittaamaan luun mineraalitiheys (BMD), joka luonnehtii kalsiumin määrää annetussa luumateriaalin määrässä. Siten on mahdollista arvioida luunmurtumariski, mutta myös vahvistaa tai kieltää lääkehoito, joka voisi stimuloida osteoklastien kypsymistä esimerkiksi osteoporoosia sairastavilla ihmisillä . Tässä yhteydessä spektriskanneria tutkitaan .
Nykyinen kehitys liittyy vaskularisaation ja tulehduksen tutkimiseen kasvaimen kehityksen aikana. Muutama artikkeli kertoo näistä tapahtumista: