X-ray riduzione della dose in caso di esposizione Adaptive in Imaging fluoroscopici

Questo esperimento mostra come utilizzare il sistema digitale di radiografia a fascio scansione per ridurre la dose adattando localmente l'esposizione all'opacità dell'oggetto, invece di esporlo uniformemente come avviene convenzionalmente. Il primo passo consiste nell'acquisire un'immagine di riferimento iniziale e definire i parametri del sistema algoritmico di esposizione adattativa. Il computer genera quindi una nuova mappa di scansione con requisiti di dose inferiori, che viene caricata nel sistema, consentendo l'acquisizione di un'immagine equalizzata.

Le misurazioni del prodotto dose-area mostrano che l'esposizione adattiva consente un risparmio di dose nell'ordine del 30%. Stiamo sviluppando un sistema di imaging chiamato sistema a raggi X a scansione (Scanning Beam Digital X-ray o SPDX) che permette la fluoroscopia a geometria inversa. La differenza principale tra un sistema di imaging convenzionale e uno a geometria inversa è che non utilizziamo un tubo a raggi X con un singolo punto focale che proietta su un rivelatore con campo visivo ampio. La nostra sorgente di raggi X è composta da migliaia di punti focali, ciascuno dei quali è accoppiato a un piccolo rivelatore a conteggio di fotoni per acquisire un singolo fotogramma di imaging.

Acquisiamo migliaia di immagini dal rivelatore, con ciascuna immagine che visualizza solo una piccola porzione dell'inverso dell'oggetto. L'imaging geometrico porta a una significativa riduzione dello scattering nelle immagini, consentendoci di acquisire tali immagini a una dose molto inferiore.

Questo è particolarmente vantaggioso per pazienti di corporatura più grande, poiché la dispersione aumenta con le dimensioni del paziente. Nei pazienti pediatrici, il risparmio di dose dovuto alla riduzione della dispersione è molto minore. Tuttavia, la geometria inversa consente l'implementazione di strategie di risparmio di dose che giovano anche ai pazienti pediatrici.

La geometria inversa consente una tecnica che stiamo chiamando esposizione adattativa. Mentre acquisiamo migliaia di immagini dal rivelatore, possiamo adattare l'esposizione in tempo reale, in base alla densità della regione esposta, riducendo così l'esposizione nelle aree radiotrasparenti e mantenendola nelle aree più opache. Di conseguenza, possiamo ottenere una qualità d'immagine uniforme nell'intera immagine e ridurre la dose nelle aree che sarebbero sovraesposte nei sistemi convenzionali.

Per monitorare la dose di radiazione, un misuratore del prodotto dose-area viene posizionato davanti al collimatore. Il paziente o il fantoccio vengono solitamente posizionati relativamente vicini al collimatore, con il centro del volume di imaging a circa 40 centimetri dal collimatore. Successivamente, si seleziona la modalità operativa del sistema.

Le impostazioni tipiche prevedono un campo visivo di sette pollici e una frequenza di acquisizione di 15 fotogrammi al secondo. La tensione di picco della sorgente a raggi X è impostata a 80 kilovolt di picco e la potenza della sorgente a 17 kilowatt. Successivamente, accendere il sistema SBDX e avviare l'acquisizione delle immagini.

Durante l'acquisizione dell'immagine, un fascio di elettroni viene scansionato in modo raster su ogni posizione del punto focale. In ogni posizione del punto focale, il fascio di elettroni colpisce il bersaglio trasmissivo e genera raggi X. I fotoni di raggi X risultanti attraversano un collimatore focalizzante e illuminano il rivelatore.

Pertanto, viene proiettata solo una piccola porzione del volume di imaging. Durante l'illuminazione, il rilevatore acquisisce un'immagine che viene memorizzata direttamente nella memoria del sistema. Per ogni punto focale, si desidera un'illuminazione fino a otto microsecondi.

Tuttavia, a causa dei limiti termici del bersaglio, l'esposizione continua massima è di un microsecondo e l'acquisizione è suddivisa in otto incrementi di un microsecondo ciascuno. In totale, nell'arco di circa 60 millisecondi, vengono registrate oltre 40.000 immagini del rivelatore al termine dell'acquisizione delle immagini.

Assicurarsi di registrare la misurazione sul misuratore del prodotto dose-area. L'SBDX è intrinsecamente un sistema di tomosintesi, poiché l'oggetto viene illuminato sotto angolazioni diverse da ciascun punto focale della sorgente; qualsiasi piano all'interno del volume di imaging compreso tra collimatore e rivelatore può essere ricostruito. Iniziare impostando l'immagine.

Parametri di costruzione. Selezionare il numero di piani da ricostruire e la loro posizione. Successivamente, eseguire l'algoritmo di ricostruzione dell'immagine.

L'algoritmo elabora ogni immagine del rivelatore scalando innanzitutto l'immagine del rivelatore per il rispettivo piano di ricostruzione e, in secondo luogo, spostando l'immagine in base alla posizione del punto focale prima di aggiungerla alla ricostruzione. Successivamente, un filtro di post-elaborazione rimuove il pattern creato dall'operazione di spostamento e somma. Tipicamente, vengono ricostruiti 32 piani con un interasse di 0,5 millimetri in un insieme di immagini ricostruite.

Le strutture entrano ed escono dal fuoco in base alla loro distanza dal rivelatore. L'algoritmo di selezione del piano sceglie le strutture che sono a fuoco in ogni piano e, con queste informazioni, può essere generata un'immagine composita che mostra solo le strutture a fuoco. Questa immagine 2D è equivalente alle immagini ottenute con un sistema convenzionale.

Tuttavia, l'algoritmo di selezione del piano ha determinato per ogni struttura la posizione rispetto a un collimatore. Ciò consente di riprodurlo come animazione 3D, caricando le immagini salvate nel simulatore di esposizione adattativa ed eseguendo l'algoritmo per ogni punto focale. Viene determinato il numero di fotoni nell'immagine.

Le immagini vengono quindi accumulate fino al raggiungimento del numero target di fotoni, oppure vengono sommate tutte e otto le riscansioni. L'output del simulatore di esposizione adattiva è una mappa di riscansione che indica quante volte ogni posizione del punto focale viene illuminata. Questa mappa viene unita al file della modalità operativa utilizzato per eseguire il sistema SBDX.

Dopo aver caricato il file della modalità operativa aggiornata nel sistema SBDX, acquisire le immagini; ora il fascio di raggi X verrà attivato o disattivato solo nelle posizioni del punto focale in base alla mappa di riesame, riducendo il numero totale di illuminazioni. Eseguire quindi l'algoritmo di ricostruzione delle immagini sui nuovi dati per ricostruire l'immagine equalizzata. Ancora una volta, assicurarsi di registrare la lettura del prodotto dose-area: le misurazioni della dose effettuate con il misuratore del prodotto dose-area hanno dimostrato un risparmio di dose del 30% nell'immagine equalizzata utilizzando la maschera di riesame. I risultati preliminari hanno mostrato che la qualità dell'immagine è equivalente e che l'immagine equalizzata ha un maggiore appeal visivo rispetto all'immagine non equalizzata.

Stiamo esplorando l'esposizione adattiva come tecnica per ridurre la dose nei procedimenti fluoroscopici. I risultati iniziali mostrano che è possibile ottenere un risparmio di dose di almeno il 30% mantenendo una qualità dell'immagine equivalente. Siamo attualmente nell'atto di implementare l'esposizione adattiva come funzionalità in tempo reale.

Durante l'acquisizione delle immagini, il nostro algoritmo eseguirà automaticamente la sogliatura. Pertanto, molti dei passaggi mostrati qui saranno invisibili all'utente. I nostri risultati attuali sono incoraggianti e non vediamo l'ora di approfondire ulteriormente la nostra tecnica.

In particolare, dovremo dimostrare in studi clinici che il valore diagnostico delle nostre immagini è equivalente o migliore rispetto a quello delle immagini convenzionali.