Name: Fluoroscopic 영상에 적응 노출을 통해 X - 선 선량 감소 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-09-11T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 30 s
Description: 학습하세요 스캐닝 빔 디지털 X선 시스템을 활용한 적응 노출 기법으로 방사선 선량을 30% 감소시키는 방법입니다. 이 기술은 객체 불투명도에 따라 실시간으로 노출을 조절하여 환자 안전성을 높입니다.

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저자는이 프로젝트에 그들의 기여에 대한 트리플 링 기술의 앤 샌드맨, 키이스 니시하라, 그리고 브라이언 Wilfley 감사하고 싶습니다. 이 작품은 NIH 도전 부여 5RC1HL100436 - 0으로 후원됩니다.

1. 시스템 설치 <ol><li> 등각점 (예 : 콜리 메 이터에서 40 ㎝)에서 이미지의 팬텀을 설정합니다. </li><li> 콜리 메 이터 앞에 (그림 4)에서 X - 선 선량을 측정하기 위해 DAP 측정기를 설정합니다. </li><li> SBDX 시스템에 전원. </li><li> 시스템 작동 모드를 선택하십시오. 현재 15fps의 프레임 속도와 전망 (FOV)의 7 "필드를 사용하고 있습니다. X - 선 소스 피크 전압 9kW X - 선 소스 전력에 80kVp로 설정됩니다. </li></ol> 2. 데이터 수집 <ol><li> 제어 컴퓨터에서 데이터 수집을 시작합니다. 데이터 수집 동안 검출기 이미지는 시스템 메모리에 저장됩니다. 다음 단계는 SBDX 시스템에 자리를 대신 : <ol><li> 전자빔이 래스터 패션 (그림 5)에서 순차적으로 각각의 초점 명소의 위치를​​ 검색합니다. </li><li> 전자빔은 전송 목표를 명중하고 X - 선 (영화 2) 생성합니다. </li><li> 각 초점 현장 위치에서, X - 선 광자 따라서 감지기에 이미지 볼륨의 일부를 예상, 초점 콜리 메 이터를 사용하여 검출기를 조명. </li><li> 각 초점 장소 위치에 대한, 감지기가 직접 시스템 메모리에 저장된 하나의 검출기 이미지를 생성합니다. </li><li> 7 선택된 동작 모드 '15fps는 71x71 초점 장소를 제공합니다. 각 초점 현장 위치는 8 μs 총 켜집니다. 노출 시간 때문에 X - 레이 대상의 열 제한 1 μs 단위로 헤어 졌해야합니다. 따라서 빔 1 μs하고 다음 초점 현장 위치로 이동 각 초점 명소의 위치에서 목표를 조명. 나중에 각 초점 장소는 8 μs 노출을 완료 revisited입니다. 한 검출기 이미지가 각각의 초점 명소 조명 위해 만든이기 때문에, 약 60ms의 취득 및 메모리에 저장됩니다 40,328 탐지기 이미지의 총 있습니다. </li></ol></li></ol> 3. 이미지 재건 <ol><li> 개체가 소스에서 다른 각도에 따라 조명이므로 SBDX은 본질적으로 tomosynthesis 시스템입니다. 콜리 메 이터와 검출기 사이에있는 이미지 볼륨 내의 모든 비행기가 복원하실 수 있습니다. 다음 단계는 어떻게 일부 이미지가 개인 비행기로 복원, 또는 복합 또는 비행기 선택한 이미지로 보여줍니다. 임상 SBDX 시스템 단계에서 3.2-3.4은 실시간으로 수행됩니다. </li><li> 재건 시뮬레이터에 대한 이미지 재구성 매개 변수를 선택합니다. </li><li> 이미지 재구성 알고리즘을 실행합니다. 이미지 재건축 동안 알고리즘은 다음 단계를 수행합니다 : <ol><li> 각 검출기 이미지를 읽어 보시기 바랍니다. </li><li> 재구성 비행기의 규모와 일치하는 감지기가 이미지를 스케일. </li><li> 그들의 초점 명소 원본 위치에 따라 이미지를 이동하고 재건 비행기 (동영상 3)에 추가합니다. </li><li> 각 초점 장소 위치에 대해 마지막 두 단계를 반복합니다. </li><li> 이동 작업에 의해 생성된 패턴을 제거하는 필터링 후처리를 수행합니다. </li><li> 이 시점에서 하나의 비행기는 (그림 6) 복원하고, 우리 객체의 해부학 볼 수 있습니다. </li></ol></li><li> 요청하면, 비행기 선택한 이미지를 만들 수있는 알고리즘을 실행합니다. 알고리즘은 다음 단계를 수행합니다 : <ol><li> 3.2.6을 가리 킵니다 3.2.1은 비행기 선택한 이미지에 필요한 32 비행기를 만드는 반복하고 있습니다. 비행기는 보통 0.5 - mm (영화 4 그림 7과 영화 5)의 간격이 있습니다. </li><li> 이미지의 각 부분에 대한, 초점에있는 개체를 포함하고있는 비행기가 최종 비행기 선택한 이미지 (그림 8과 영화 6)의 일부로 선택됩니다. </li></ol></li><li> 필요한 경우,보기의 필드의 중앙에 마음을 곳으로 환상의 위치를​​ 재조 정할. </li><li> 팬텀이 올바르게 볼 분야 안에 때까지 3.3-2.1 단계를 수행합니다. </li><li> 이 아닌 같도록 이미지의 DAP 미터에서 선량 지역 제품을 기록합니다. </li></ol> 4. 적응형 노출을위한 새로운 동작 모드 파일 생성 <ol><li> 적응형 노출 시뮬레이터에 이전에 취득한 검출기 이미지를로드합니다. </li><li> 적응형 노출 알고리즘 매개 변수를 선택합니다. </li><li> 적응형 노출 시뮬레이터를 실행합니다. 시뮬레이터는 다음 단계를 수행합니다 : <ol><li> 검출기 이미지 당 광자의 대상 번호는 사용자가 선택한 임계값에 따라 결정됩니다. </li><li> 각 초점 명소 위치 들어, 검출기 이미지에 광자의 개수가 결정됩니다. 두 광자의 대상 번호 또는 8 rescans 최대가 (그림 9)에 도달할 때까지 그 초점 현장 위치에서 검출기 이미지가 축적됩니다. </li><li> 따라서 우리는 각 초점 현장 위치는 (그림 10) 조명 얼마나 많은 시간 자세히 다시 검색지도를 구하십시오. </li><li> 다시 검색지도는 SBDX 체제를 실행하는 데 사용되는 동작 모드 파일을 병합합니다. </li></ol></li></ol> 5. 같도록 이미지 수집 <ol><li> 에 업데이트된 동작 모드 파일을로드SBDX 시스템. </li><li> 제어 컴퓨터에서 데이터 수집을 시작합니다. 데이터 수집은 2.1.5에 2.1.1에 설명된로 수행됩니다. 이전 인수와는 달리, X - 선 광선은 우리 다시 검색지도에 따라 초점 현장 위치에서 또는 해제되어 있습니다. 일루미 네이션의 총 개수가 표준 인수보다 작은로서, X - 선 선량이 감소됩니다. </li><li> DAP 측정기로 측정한 선량 지역 제품을 기록합니다. </li><li> 3.4-3.2에 설명된대로 새로 취득한 같도록 데이터 이미지 재구성 알고리즘을 실행합니다. </li><li> 재건축 같도록 이미지 (그림 11)이 표시됩니다. </li></ol> 6. 데이터 분석 <ol><li> 비 같도록 이미지와 같도록 이미지 측정 복용량을 비교합니다. </li><li> 같도록가 아닌 같도록 복원된 이미지의 차이를 관찰합니다. </li></ol> 7. 대표 결과 : 그림 8과 그림 11는 표준 이미지와 같도록 이미지 사이의 비교를 보여줍니다. DAP 미터와 선량 측정은 그림 10에서 그림 다시 검색 마스크를 사용하여 같도록 이미지 30 %의 선량 절감을 보여줍니다. 또한, 등화는 사후 처리를 위해 필요없이 이미지의보다 쾌적한 외관을주는 동적 범위를 압축할 수있는 매우 효과적인 방법입니다. 그림과 같이, 등화 여과는 선량을 저장하는 데 사용할 수 있습니다. 그러나, 등화는 소스 전력을 증가하여 비 같도록 이미지 방사선 선량과 일치하여 이미지 품질을 향상시키기 위해 사용할 수 있습니다. 이러한 방법으로 이미지의 어두운 지역은 감소 이미지 노이즈의 결과로, 더 많은 광자를 받게됩니다. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig1.jpg" alt="그림 1" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="그림 1"> 그림 1. 기존 fluoroscopy 시스템. 기존 시스템은 하나의 초점 자리 X - 선 소스와 넓은 지역 탐지기있다. 환자는 가까운 감지기에 위치합니다. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig2.jpg" alt="그림 2" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="그림 2"> 그림 2. SBDX 시스템. SBDX 시스템은 반전 기하학에서 작동합니다. 대형 스캔 빔 X - 선 소스는 작은 지역 탐지기를 조명. 환자는 검출기에서 멀리 떨어진 위치에 있습니다. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig3.jpg" alt="그림 3" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="그림 3"> 그림 3. 데이터 수집의 플로우 차트. 1) 팬텀이 아닌 같도록 이미지가 취득됩니다. 2) 데이터가 디스크 배열에서 추출됩니다. 3) 적응 노출 알고리즘은 노출이나 다시 검색 마스크를 만드는 데 입력으로이 데이터를 걸립니다. 4) 다시 검색 마스크는 소스 제어 컴퓨터에 원래 운영 모드와 결합됩니다. 5) 같은 팬텀의 같도록 이미지를 획득하여 디스크 배열에 저장됩니다. 6) 비 같도록과 같도록 데이터 세트는 디스크 배열에서 추출 및 이미지 재건 소프트웨어는 각 데이터 집합의 서로 다른 비행기를 reconstructs 있습니다. 7) 두 이미지 재건 소프트웨어의 출력입니다. 8) 모두 이미지가 표시됩니다. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig4.jpg" alt="그림 4" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="그림 4"> 그림 4. 시스템 설정. 팬텀은 X - 선 소스와 검출기 사이의 등각점에서 환자 테이블에 배치됩니다. 선량 지역 제품 m은 X - 선 소스와 환상 사이에 배치됩니다. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig5.jpg" alt="그림 5" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="그림 5"> 그림 5. X - 선 소스. 전자빔은 전자총에 의해 생성된 및 래스터 방식으로 콜리 메 이터의 각 구멍을 검사합니다. 콜리 메 이터의 한쪽에서 시작, 빔은 순차적으로 각각의 구멍을 검색합니다. 행의 끝에, 빔은 해제하고 다음 행의 처음에 위치하며, 검사는 그 행의 시작입니다. 이 방법은 전자빔은 전체 콜리 메 이터, 71 구멍으로 71이 약 60ms로 8 번 스캔을 검색합니다. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig6.jpg" alt="그림 6" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="그림 6"> 그림 6. 표준 복원 이미지. iodinated 관상 동맥과 심장을 표시하는 우리의 의인화된 팬텀의 복원 이미지. 이미지 7 'FOV와 15fps로 촬영되었고, X - 선 대상에서 45cm에 하나의 비행기가 복원되었습니다. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig7.jpg" alt="그림 7" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="그림 7"> 그림 7. 콜리 메 이터와 검출기 사이의 다양한 재건 비행기의 멀티 비행기 재건. 대표. 푸른 원뿔은 탐지기 이미지가 재건 비행기에 backprojected하는 방법을 보여줍니다. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig8.jpg" alt="그림 8" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="그림 8"> 그림 8. 비행기는 이미지를 선택했습니다.이 이미지는 32 비행기의 구성입니다. 6, 그림과는 달리 어디에 selecte에서만 혈관D 평면 초점에, 모든 선박은 초점이다. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig9.jpg" alt="그림 8" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="그림 8"> 그림 9. 등화 여과 단계를 반복합니다. 콜리 메 이터가 (위) 스캔으로 감지기가 개체 (아래)의 불투명도에 따라 다양한 카운트 속도를받습니다. 각각의 콜리 메 이터 홀 8 회 (8 rescans)까지 스캔합니다. 처음으로 다시 검색에 초점 반점은 왼쪽부터, 행을 따라 순차적으로 조명하고 있으며, 흐름은 각 구멍에 대해 측정됩니다. 다음 다시 검색에서 조명은 행의 시작 부분에서 시작 반복됩니다. 각 초점 명소 들어, 카운트는 이전 값에 추가됩니다. 카운트의 총 개수가 이전에 설정한 임계값을 초과하는 경우,이 구멍은 다음 다시 검색에서 켜지지 않습니다. 현재 구현에서는이 절차는 오프라인 수행하고 이후 같도록 이미지를 취득하는 데 사용됩니다 다시 검색 마스크의 생성에 이르게한다. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig10.jpg" alt="그림 10" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="그림 10"> 그림 10. 다시 검색지도 등화 여과 알고리즘에 의해 생성된.이 이미지의 각 픽셀은 콜리 메 이터 중 한 초점 자리를 나타냅니다. 이미지 따라서 71x71 픽셀입니다. 각 픽셀의 회색 수준이 제로 (검정) ~ 8 (흰색)에 그 초점 자리를 다시 검색의 수를 나타냅니다. 우리는 이미지의 오른쪽 부분에 다시 검색의 숫자가 매우 낮은 것을 관찰합니다. 결과적으로 이러한 초점 명소 각각은 한두 번 불이 것입니다. 이 지역은 이미지가 거의 있기 때문에이 지역의 낮은 X - 선 흡수의 포화는 우리의 재건 이미지의 폐 필드 영역 (그림 6)에 해당합니다. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig11.jpg" alt="그림 11" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="그림 11"> 그림 11. 비행기가 같도록 이미지를 선택했습니다.이 이미지는 적응력 노출 후 재건 알고리즘의 출력입니다. 이 이미지는 표준 이미지 (그림 8)과 같은 15fps 동일한 운영 모드 7 "와 인수하지만, 적응 노출과 그림 10의 스캔 마스크를 기반으로 사용하도록 설정했습니다. 이미지는 혈관이 결과적으로 강도의 측면에서 더 균일하고,되었습니다 특히 어두운 영역에서 높은 반면에 나타납니다. 이미지의 오른쪽에서 폐 분야에서 더 이상 채도가 없습니다. 영화 1. SBDX 시스템의 애니메이션. SBDX 시스템은 반전 기하학에서 작동합니다. 대형 스캔 빔 X - 선 소스는 작은 지역 탐지기를 조명. 환자는 검출기에서 멀리 떨어진 위치 것은. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie1.swf">동영상을 보려면 여기를 누르십시오.</a> 영화 2. X - 레이 생성. 각 초점 장소에서, 전자빔은 텅스텐 타겟을 명중하고 X - 레이가 생성됩니다. 콜리 메 이터는 검출기쪽으로 X - 선 광선을 초점을 맞추고 있습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie2.swf">동영상을 보려면 여기를 누르십시오.</a> 영화 3. 이미지 재건 애니메이션.이 애니메이션은 검출기 이미지를 사용하여 최종 이미지를 재구성하는 과정을 나타냅니다. 콜리 메 이터 (하단 왼쪽) 각 초점 명소 경우, 해당 검출기 이미지 (좌측 상단)은 (오른쪽) 재구성하기 위해 비행기에 예상된다. 이 애니메이션에서는 우리가 X - 선 소스에서 다른 거리에 복원되고 비행기 세대를 대표하는 것은. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie3.avi">동영상을 보려면 여기를 누르십시오.</a> 영화 4. 비행기 선택. SBDX 시스템은 tomosynthesis 이미징 시스템입니다. 복원 및 시각으로 비행기는 사용자가 선택할 수하면. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie4.swf">동영상을 보려면 여기를 누르십시오.</a> 영화 5. 멀티 비행기 애니메이션.이 동영상은 다른 비행기를 보여줍니다의 콜리 메 이터의 거리를 증가에서 복원. 특히, 관상 동맥 iodinated 자신의 실제 위치에 따라 초점에서 나가. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie5.avi">동영상을 보려면 여기를 누르십시오.</a> 영화 6. 3D 비행기가 애니메이션을 선택했습니다. 재건 초점 비행기의 3D 시각화가. 초점 비행기가 증가 깊이가 더 이동하는 것은. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie6.wmv">동영상을 보려면 여기를 누르십시오.</a>

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저자는이 문서에서 사용되는 악기를 생산 트리플 링 기술 직원입니다.

우리는 선량 절감이 가능한 등화 기법을 사용하는 것을 보여줍니다. 본 논문에서 우리는 이미지 품질에 영향을 논의하지 않고, 우리의 기술이 적용 방법을 보여줍니다. 그러나, 우리의 목표는 같도록 이미지에 노이즈 비율로 대상 신호를 유지하는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 기본 가정이 아닌 같도록 이미지, 노이즈 비율로 신호가 매우 비 균일있다는 것입니다. 특히 폐 필드와 같은 밝은 영역은 진단 작업을 수행하는 데 필요한 것보다 잡음 비율에 높은 신호를 나타냅니다. 등화은 우리가이 분야에서 잡음 비율로 신호를 낮은과 이미지의 어두운 지역에 소음 비율로 신호를 유지할 수 있습니다. 우리는 현재 우리의 접근 방식의 유효성을 검사하기 위해 소음 측정 연구를 수행하고 있습니다. 예선 결과 30 %의 순서에 대한 선량 절감의 이미지를 7, 8의 어두운 지역에서 잡음 비율에 해당하는 신호에 달성되는 보여줍니다. 등화 여과의 가능성은 몇 년 동안 과학 문학에서 인정되었습니다. 그러나, 지금까지 게시된 모든 구현이 상당히이 방법 9,10의 유틸리티를 방해, 기계적 셔터 또는 필터를 참여. 여기 우리가 그 등화는 기계적 구현의 문제점을 극복, 완전 전자 방식에 따라 수 있습니다 보여준다. 임상 SBDX 시스템에서 현재 제공 단계의 대부분이 하드웨어에 구현되며 데이터 수집 중에 실시간으로 수행됩니다. 균등화 알고리즘은 실시간으로 실행되며, 표시된 이미지는 기본적으로 같도록한다. 이 알고리즘은 동적으로 몇 군데되는 주제, 피사체의 움직임과 변화하는 갠트리 위치에 따라 해당 매개 변수를 적용할 것입니다. 우리는 알고리즘을 개선하기 위해 지속적으로, 그리고 방법의 발전은 실시간 구현을 촉진하기 위해 필요합니다.

fluoroscopic 영상에 적응 노출을 통해 x - 선 선량 감소

X-ray Dose Reduction through Adaptive Exposure in Fluoroscopic Imaging

X - 레이 fluoroscopy 널리 심장 개입하는 동안 이미지를지도하는 데 사용됩니다. 그러나 이러한 절차에 방사선 선량은 높은 수 있으며, 이것은 특히 소아 애플 리케이션에서 중요한 관심사입니다. 소아과 절차는 일반적으로 더 많은 성인에서 수행보다 복잡하기 때문에 한 4-8 배 이상 평균입니다. 또한, 아이들은 10 세 10 fluoroscopic 절차까지 받아야 수 있으며, 일반 인구 2,3보다 자신의 인생 전반에 걸쳐 치명적인 암을 개발의 3 배 더 높은 위험을 가지고 보여왔다. 반대 이미징 기하학 5,6 (그림 1, 영화 1을 고용 fluoroscopic 이미징 시스템 - 우리는 방사선 선량이 크게 우리의 스캐닝 빔 디지털 X - 선 (SBDX) 시스템 사를 사용하여 성인 심장 절차를 줄일 수 것으로 나타났습니다 그림 2). 대신 하나의 초점 명소와 같은 기존 시스템에 사용되는 확장 감지기, 우리의 접근 방식은 작은 감지기에 초점을 맞춘 여러 초점 명소로 확장 X - 선 소스를 사용합니다. 우리의 X - 선 소스는 스캐닝 전자빔은 순차적으로 9000 초점 현장 위치까지 조명으로 구성되어 있습니다. 각 초점 장소는 감지기에 이미지 볼륨의 일부를 프로젝트. 최종 이미지가 직접 검출기에 예상되는 종래의 시스템에 대조적으로, SBDX는 9000 탐지기 이미지에서 최종 이미지를 재구성하는 전용 알고리즘을 사용합니다. 소아 어플 리케이션의 경우, SBDX 시스템 선량 절감은 성인 절차에 비해 작은 것으로 예상된다. 그러나 SBDX 시스템은 전자 적응 노출 기법을 구현하여 추가 선량 절감을 허용합니다. 이 방법의 핵심은 SBDX 시스템의 다중 빔 스캐닝 기법입니다 오히려 같은 방사선 선량과 이미지의 모든 부분을 노출보다, 우리는 동적으로 노출 지역의 불투명도에 따라 노출을 다를 수 있습니다. 따라서, 우리는 크게 radiolucent 영역에 노출을 줄이고 더 불투명 지역에서 노출을 유지할 수 있습니다. 현재 구현에서, 적응 노출은 사용자 상호 작용 (그림 3)이 필요합니다. 그러나, 미래에 적응 노출 실시간 완전 자동 것입니다. 우리는 의인화된 유령과 함께 실험을 수행하고와 선량 영역 제품 (DAP) 미터를 사용하여 적응 노출하지 않고 방사선 선량을 측정 비교했습니다. 실험이 여기에 제시, 우리는 30 % 선량 감소를 찾으십시오.

우리는 스캐닝 빔 디지털 X - 레이 시스템을 사용하여 동적 적응 노출 기법을 개발하고 있습니다. 오히려 균일하게 개체를 노출보다 노출이 객체의 불투명도에 따라 조정됩니다. 여기는 30 %의 선량 절감으로 이어지는 의인화된 팬텀에 실험을 보여줍니다.

Fluoroscopic 영상에 적응 노출을 통해 X - 선 선량 감소

X선 투시 검사는 심장 중재술 중 영상 유도 장치로 널리 사용됩니다. 하지만 이러한 시술 과정에서의 방사선 조사량은 높을 수 있으며, 이는 ...

본 실험에서는 스캐닝 빔 디지털 X선 시스템을 사용하여, 기존의 균일한 노출 방식 대신 객체의 불투명도에 따라 국소적으로 노출을 조정함으로써 방사선량을 절감하는 방법을 보여줍니다. 첫 번째 단계는 1차 참조 영상을 획득하고 적응형 노출 알고리즘 시스템의 매개변수를 정의하는 것입니다. 그러면 컴퓨터가 더 낮은 선량이 요구되는 새로운 스캔 맵을 출력하고, 이를 시스템에 로드하여 평탄화된 영상을 획득할 수 있습니다.선량 면적 곱(Dose area product) 측정 결과, 적응형 노출을 통해 30% 범위의 선량 절감 효과가 나타나는 것으로 확인되었습니다. 본 연구진은 역기하학적 엑스레이 투시 촬영을 가능하게 하는 스캐닝 빔 디지털 엑스레이(scanning beam Digital x-ray) 또는 SPDX 시스템이라 불리는 영상 시스템을 개발하고 있습니다. 기존 영상 시스템과 역기하학적 영상 시스템의 주요 차이점은, 단일 초점 엑스레이 튜브를 사용하여 넓은 시야의 검출기에 투영하는 방식을 사용하지 않는다는 점입니다. 본 연구의 엑스레이 소스는 수천 개의 초점 지점으로 구성되어 있으며, 각 초점은 소형 광자 계수 검출기에 코팅되어 단일 영상 프레임을 획득합니다.우리는 수천 장의 검출기 이미지를 획득하며, 각 검출기 이미지는 대상 역상의 아주 작은 부분만을 관찰합니다. 기하학적 이미징은 이미지 내의 산란을 크게 감소시킵니다. 이를 통해 훨씬 낮은 선량으로 이러한 이미지들을 획득할 수 있습니다.특히 산란선은 환자의 크기에 비례하여 증가하므로, 이는 체격이 큰 환자에게 더욱 유리합니다. 소아 환자의 경우 산란선 감소로 인한 선량 절감 효과는 훨씬 적습니다. 하지만 역기하학적 구조를 통해 소아 환자에게도 도움이 되는 선량 절감 전략을 구현할 수 있습니다.역기하학(Inverse geometry)을 통해 적응형 노출(adaptive exposure)이라 명명한 기술이 가능해집니다. 수천 장의 검출기 영상을 획득하는 동안 노출되는 영역의 밀도에 따라 실시간으로 노출을 조절할 수 있으므로, 방사선 투과성 영역의 노출은 줄이고 불투과성 영역의 노출은 유지할 수 있습니다. 따라서 전체 영상에서 균일한 영상 품질을 구현할 수 있으며, 기존 시스템에서 과노출되었던 영역의 선량을 줄일 수 있습니다.방사선량을 모니터링하기 위해 콜리메이터 앞에 선량 면적 곱 측정기를 배치합니다. 일반적으로 환자 또는 팬텀을 콜리메이터에 비교적 가깝게 위치시키며, 영상 촬영 부위의 중심이 콜리메이터로부터 약 40 centimeters 거리에 있도록 합니다. 그다음, 시스템 작동 모드를 선택합니다.일반적인 설정은 시야각 7인치, 프레임 속도 초당 15프레임입니다. X선 소스의 피크 전압은 80 peak kV로, 소스 전력은 17 kW로 설정합니다. 그런 다음 SBDX 시스템을 켜고 이미지 획득을 시작합니다.이미지 획득 과정에서 전자 빔은 래스터 방식으로 모든 초점 지점 위치를 순차적으로 스캔합니다. 각 초점 지점에서 전자 빔이 투과 타겟에 충돌하여 X선을 생성합니다. 결과적으로 생성된 X선 광자는 집속 콜리메이터를 통과하여 검출기를 조사합니다.따라서 이미징 볼륨의 아주 작은 부분만 투영됩니다. 조사 중에 검출기는 검출기 이미지를 획득하며, 이는 시스템 메모리에 직접 저장됩니다. 각 초점 스폿에 대해 최대 8 µs의 조사가 필요합니다.하지만 타겟의 열적 제한으로 인해 최대 연속 노출 시간은 1 µs이며, 데이터 수집은 1 µs씩 8회로 나누어 진행됩니다. 결과적으로 약 60 ms 동안 총 40,000장 이상의 검출기 이미지가 이미지 수집 종료 시점에 기록됩니다.선량 면적 곱 미터(dose area product meter)의 측정값을 반드시 기록하십시오. SBDX는 본질적으로 토모신테시스(tomosynthesis) 시스템으로, 각 소스 초점 점(focal spot)에서 서로 다른 각도로 객체에 빛을 조사하므로 콜레이터와 검출기 사이에 위치한 영상 볼륨 내의 모든 평면을 재구성할 수 있습니다. 먼저 영상을 설정하는 것부터 시작하십시오.구성 매개변수. 재구성할 평면의 수와 위치를 선택하십시오. 그런 다음 이미지 재구성 알고리즘을 실행하십시오.알고리즘은 먼저 각 재구성 평면에 맞게 검출기 이미지를 스케일링하고, 둘째로 초점 위치에 따라 이미지를 이동시킨 후 재구성 데이터에 추가함으로써 각 검출기 이미지를 처리합니다. 그다음, 후처리 필터링을 통해 이동 및 추가 작업으로 인해 생성된 패턴을 제거합니다. 일반적으로 0.5 millimeters 간격의 32개 평면이 재구성된 이미지 스택으로 재구성됩니다.검출기와의 거리에 따라 구조물들의 초점이 맞거나 벗어납니다. 평면 선택 알고리즘은 모든 평면에서 초점이 맞는 구조물을 선택하며, 이 정보를 통해 초점이 맞는 구조물만 보여주는 합성 영상을 형성할 수 있습니다. 이 2D 영상은 기존 시스템에서 얻은 영상과 동일합니다.그러나 평면 선택 알고리즘은 모든 구조물이 콜리메이터에 대해 어느 위치에 있는지를 결정했습니다. 이를 통해 3D 애니메이션으로 재생할 수 있으며, 저장된 이미지를 적응형 노출 시뮬레이터에 로드하고 각 초점 지점에 대해 알고리즘을 실행합니다. 그러면 이미지 내의 광자 수가 결정됩니다.그 다음, 목표 광자 수에 도달하거나 8회의 재스캔이 모두 추가될 때까지 이미지를 누적합니다. 적응형 노출 시뮬레이터의 출력물은 각 초점 스폿 위치가 몇 번 조사되었는지를 상세히 나타내는 재스캔 맵입니다. 이 맵은 SBDX 시스템을 구동하는 데 사용되는 작동 모드 파일에 병합됩니다.업데이트된 작동 모드 파일을 SBDX 시스템에 로드한 후, 이전의 이미지 획득 방식과 달리 이제는 재스캔 맵에 따라 초점 위치에서 엑스선 빔이 켜지거나 꺼져 전체 조사 횟수를 줄이게 됩니다. 새 데이터에 대해 이미지 재구성 알고리즘을 실행하여 균일화된 이미지를 재구성하십시오. 이때 반드시 선량 면적 곱 측정기로 선량 측정값을 기록하십시오. 재스캔 마스크를 사용한 균일화된 이미지에서는 선량 면적 곱 측정 결과 30%의 선량 절감 효과가 입증되었습니다. 예비 결과에 따르면 이미지 품질은 동등하며, 균일화된 이미지가 균일화되지 않은 이미지보다 시각적으로 더 우수한 것으로 나타났습니다.우리는 방사선량과 투시 절차를 줄이기 위한 기술로 적응형 노출(adaptive exposure)을 연구하고 있습니다. 초기 결과에 따르면, 동일한 영상 품질에서 최소 30%의 선량 절감이 가능하다는 것이 확인되었습니다. 현재 우리는 적응형 노출을 실시간 기능으로 구현하는 과정을 진행 중입니다.이미지 획득 과정에서 당사의 알고리즘이 자동으로 임계값 설정(thresholding)을 수행합니다. 따라서 여기에 제시된 단계 중 상당수는 사용자에게 보이지 않게 처리됩니다. 현재 결과는 고무적이며, 당사는 이 기술을 더욱 심도 있게 연구할 계획입니다.특히, 임상 시험을 통해 우리가 얻은 영상의 진단적 가치가 기존 영상과 동등하거나 그보다 더 우수하다는 것을 입증해야 합니다.

x-ray-dose-reduction-through-adaptive-exposure-in-fluoroscopic-imaging

Research

연구

JoVE Journal

Medicine

의학

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