Floroskopik Görüntüleme Adaptif Pozlama X-ray Doz Azaltma

Özet

Biz, tarama ışınına dijital X-ray sistemi kullanarak bir dinamik adaptif maruz kalma tekniği geliştiriyorlar. Aksine düzgün bir nesne açığa, pozlama nesnenin opaklık bağlı olarak uyarlanmıştır. Burada bir doz% 30 tasarruf sonuçlandı antropomorfik bir hayalet bir deney göstermektedir.

Özet

X-ışını floroskopi kardiyak müdahale sırasında görüntü rehberlik için yaygın olarak kullanılır. Ancak, bu işlemler radyasyon dozunun yüksek olması, ve bu özellikle pediatrik uygulamalarda önemli bir sorundur. Pediatri prosedürleri genel olarak yetişkinler üzerinde yapılan oranla çok daha karmaşık ve dolayısıyla ¹ 4-8 kat daha uzun ortalama . Ayrıca, çocuk 10 yaşına kadar 10 floroskopi prosedürlere tabi, ve hayatları boyunca genel nüfus ^2,3 daha ölümcül bir kansere yakalanma bir üç kat daha yüksek bir risk olduğu gösterilmiştir.

Ters bir görüntüleme geometrisi ^5,6 (Şekil 1, Movie 1 ve istihdam floroskopik görüntüleme sistemi - radyasyon dozu, yetişkin kardiyak girişimler tarama ışınına dijital x-ray (SBDX) ^sistemi 4 kullanılarak önemli ölçüde azaltılabilir olduğunu göstermiştir Şekil 2). Bunun yerine, tek bir odak noktası ve geleneksel sistemlerde kullanılan genişletilmiş bir dedektör, bizim yaklaşım, küçük bir dedektör odaklanmış çok sayıda odak noktalar ile uzun bir X-ışını kaynağı kullanır. X-ışını kaynağı bir tarama elektron ışını sırayla 9.000 fokal spot pozisyonları kadar aydınlatıcı oluşur. Her odak noktası, dedektör üzerine görüntüleme hacmi küçük bir bölümünü yansıtır. Son görüntü dedektör doğrudan yansıtılan geleneksel bir sistem aksine, SBDX 9.000 dedektör görüntülerden son görüntüyü yeniden oluşturmak için özel bir algoritma kullanır.

Pediatrik uygulamalar için, SBDX sistemi ile doz tasarrufu yetişkin prosedürleri daha küçük olması bekleniyor. Ancak, SBDX sistemi, elektronik bir uyarlamalı pozlama tekniği uygulayarak ilave doz tasarrufu sağlar. Bu yöntemin Anahtar SBDX sistemi multi-ışını tarama tekniği yerine aynı radyasyon dozu ile görüntünün her parçası açığa yerine, dinamik maruz kalan bölgenin opaklığını bağlı olarak maruz değişebilir. Bu nedenle, önemli ölçüde radyolusent alanlarda pozlama azaltmak ve daha opak bölgelerde maruz korumak. Bizim mevcut uygulama, adaptif maruz kullanıcı etkileşimi gerektirir (Şekil 3). Ancak, gelecekte, uyarlamalı pozlama gerçek zamanlı ve tam otomatik olacaktır.

Biz antropomorfik bir hayalet ile deneyleri ve bir doz alan ürün (DAP) ölçer kullanılarak adaptif maruz kalmadan ve ölçülen radyasyon dozunun karşılaştırdık. Deney burada sunulan, biz% 30 doz azaltımı bulabilirsiniz.

Protokol

1. Sistem ayarı

1. İzomerkez (yani 40 cm kolimatör) görüntü hayalet ayarlayın.
2. DAP Metre kolimatör önünde (Şekil 4) X-ışını dozunu ölçmek için ayarlayın.
3. SBDX sistemi Güç.
4. Sistemin çalışma modunu seçin. Şu anda 15fps kare hızı ile 7 view (FOV) "alanını kullanarak X-ışını kaynağı pik gerilimi 9kW X-ışını kaynağı güç 80kVp için ayarlanır.

2. Veri toplama

1. Veri toplama kontrol bilgisayarı başlatın. Veri toplama sırasında, dedektör görüntüleri sistem belleğine kaydedilir. Aşağıdaki adımları SBDX sistemi yer alacak:
   1. Elektron ışını bir raster moda (Şekil 5), sırayla her bir odak noktası konumunda tarar.
   2. Elektron ışını iletim hedefi vurur ve X-ışınları (Movie 2) üretir.
   3. Her odak noktası konumunda, X-ışını fotonları, böylece dedektör üzerine görüntüleme hacmi küçük bir kısmını yansıtarak, odaklama kolimatör kullanılarak dedektör aydınlatır.
   4. Her odak noktası konumunda için, dedektör doğrudan sistem belleğinde saklanan bir dedektör görüntü oluşturur.
   5. 7 Seçilen çalışma modu''15fps 71x71 odak noktalar sağlar. Her odak noktası konumunda olmak üzere toplam 8 ms'den aydınlatılır. Pozlama süresi 1 μs artışlarla X-ray hedef termal sınırlamaları nedeniyle kırık olmalı. Böylece, ışın 1 μs ve sonraki odak noktası konumuna geçer her odak noktası konumunda hedef aydınlatır. Daha sonraki bir zamanda, her bir odak noktası 8 μs maruz tamamlamak için yeniden gözden. Bir dedektör görüntü her fokal spot aydınlatma için oluşturulan, yaklaşık 60ms edinilen ve belleğe saklanır 40.328 dedektör görüntülerin toplam vardır.

3. Görüntü oluşturma

1. SBDX nesne kaynaktan farklı açılardan altında aydınlatılmış olarak, özünde bir tomosynthesis sistemi. Kolimatör ve dedektör arasında yer alan görüntüleme hacmi içindeki herhangi bir düzlem elde edilebilir. Aşağıdaki adımları kısmi görüntüleri bireysel uçakları nasıl yeniden inşa ya da kompozit bir veya uçak Seçilen görüntünün içine göstermektedir. Klinik SBDX sistemi devreye 3,2-3,4 gerçek zamanlı olarak yapılacaktır.
2. Imar simülatörü üzerinde görüntü rekonstrüksiyon parametreleri seçin.
3. Görüntü rekonstrüksiyon algoritması çalıştırın. Sırasında görüntü rekonstrüksiyon algoritması aşağıdaki adımları gerçekleştirir:
   1. Her biri ayrı bir dedektör görüntü okuyun.
   2. Yeniden inşa etmek uçağın ölçekli maç dedektörü çizimin.
   3. Fokal spot kaynak konumuna göre görüntü Shift ve yeniden yapılanma düzlemi (Film 3) ekleyebilirsiniz.
   4. Her odak noktası konumunu için son iki adımları tekrarlayın.
   5. Öteleme işlemi tarafından oluşturulan desen kaldırmak için filtreleme sonrası işleme gerçekleştirin.
   6. Bu noktada, tek bir düzlemde (Şekil 6) yeniden, ve anatomi nesne görünür.
4. İstenirse, bir uçak Seçilen görüntü oluşturmak için algoritma çalıştırın. Algoritma aşağıdaki adımları gerçekleştirir:
   1. Nokta 3.2.1 3.2.6 için 32 uçakları uçağın seçilen görüntü için gerekli oluşturmak için tekrarlanır. Uçaklar genellikle 0.5 mm (Film 4, Şekil 7 ve Film 5) bir boşluk var.
   2. Görüntünün her bölümü için, nihai düzlemde seçilmiş bir görüntü (Şekil 8 ve Film 6) bir parçası olmak için, odak nesneyi içeren düzlemi seçilir.
5. Gerekirse, görüş alanının merkezinde kalp hayalet yeniden konumlandırmak.
6. Fantom doğru görüş alanı içine yerleştirilen kadar 3,3 ile 2,1 adım gerçekleştirin.
7. Olmayan bu eşitledi görüntü için DAP metre doz alan ürün kaydedin.

4. Yeni çalışma modu dosya oluşturma adaptif maruz kalma

1. Uyarlanabilir maruz simülatörü içine daha önceden edinilmiş dedektörü görüntüleri yükleyin.
2. Uyarlamalı poz algoritma parametreleri seçin.
3. Uyarlanabilir maruz simülatörü çalıştırın. Simülatör aşağıdaki adımları gerçekleştirir:
   1. Dedektörü görüntü başına düşen fotonların hedef numarası, kullanıcı tarafından seçilen eşiğinde göre belirlenir.
   2. Her odak noktası pozisyon için, dedektör görüntü fotonların sayısı belirlenir. O odak noktası konumunda dedektörü görüntüleri ya fotonların hedef numarası veya maksimum sekiz yeniden tarar (Şekil 9) ulaşana kadar birikir.
   3. Sonuç olarak, her odak noktası konumunda (Şekil 10) aydınlatılmış kaç kez ayrıntılı bir rescan harita edinin.
   4. Rescan haritası SBDX sistemi çalıştırmak için kullanılan çalışma modu dosyası ile birleştirilir.

5. Eşitlendi Görüntü satın alma

1. Güncellenen çalışma modu dosyasını yükleyinSBDX sistemi.
2. Veri toplama kontrol bilgisayarı başlatın. Veri toplama 2.1.5 için 2.1.1 'de ayrıntılı olarak yapılır. Önceki satın alma aksine, X-ışını, fokal spot pozisyonları bizim rescan haritaya göre açık ya da kapalı olduğunu. Aydınlatmaları toplam sayısı standart edinimi daha küçük olduğundan, X-ışını dozu azaltılmalıdır.
3. DAP metre ile ölçülen doz alan ürün kaydedin.
4. 3,4 için 3.2 'de ayrıntılı olarak yeni alınan eşitledi veri, görüntü rekonstrüksiyon algoritması çalıştırın.
5. Yeniden inşa eşitledi (Şekil 11) görüntülenir.

6. Veri analizi

1. Olmayan eşitledi görüntüleri ve eşitledi görüntüler için ölçülen doz karşılaştırın.
2. Eşitlendi ve non-eşitledi yeniden inşa görüntüleri arasındaki fark dikkat edin.

7. Temsilcisi sonuçları:

Şekil 8 ve Şekil 11 standart bir görüntü ve eşitledi görüntü arasında karşılaştırma göstermektedir. DAP metre ile doz ölçümleri, Şekil 10 de gösterildiği rescan maskesi kullanılarak eşitledi görüntü% 30 bir doz tasarrufu göstermektedir.

Buna ek olarak, dengeleme, post-processing için gerek kalmadan görüntü daha hoş bir görünüm vererek, dinamik aralık sıkıştırmak için çok etkili bir yoldur.

Görüldüğü gibi, dengeleme filtrasyon doz kaydetmek için kullanılabilir. Ancak, denkleştirme kaynak gücünün artırılması olmayan eşitledi görüntü radyasyon dozu eşleştirerek görüntü kalitesini artırmak için kullanılan olabilir. Bu şekilde, görüntünün karanlık bölgelerinde, daha az görüntü paraziti daha fotonlar alırsınız.

Şekil 1. Konvansiyonel floroskopi sistemi konvansiyonel sistem, tek bir odak nokta X-ışını kaynağı ve geniş bir alana detektörü vardır . Hasta dedektör yakın bir konuma sahiptir.

Şekil 2. SBDX sistemi. SBDX sistemi ters geometri çalışır. Büyük bir tarama ışını X-ışını kaynağı, küçük bir alanı detektörü aydınlatır. Hasta dedektörü uzak bir konuma sahiptir.

Şekil 3. Veri toplama akış şeması 1) eşitledi hayalet olmayan bir görüntü elde edilir. 2) Bu veriler, disk dizisi elde edilir. 3) uyarlanabilir maruz algoritması bir maruz kalma ya da rescan maske oluşturmak için bu verileri girdi olarak alır. 4) rescan maskesi, kaynak kontrol bilgisayarı orijinal işletim modu ile kombine edilmiştir. 5) eşitledi aynı hayalet bir görüntü kazanmış ve disk dizisi içine saklanır. 6) Non-eşitledi ve eşitledi veri setleri disk dizisi ayıklanır ve görüntü yapılandırma yazılımı her veri seti farklı uçaklar yeniden yapılandırır. 7) Her iki görüntüler yapılandırma yazılımı çıktı. 8) Her iki görüntüler görüntülenir.

Şekil 4. Sistem ayarı fantom X-ışını kaynağı ile detektör arasındaki İzomerkez az hasta masaya yerleştirilir. X-ışını kaynağı ve hayali bir doz alan ürün metre arasına yerleştirilir.

Şekil 5. X-ışını kaynağı, elektron ışını, elektron tabancası tarafından oluşturulan ve raster moda kolimatör her delik tarar. Kolimatör bir tarafında başlayarak, kiriş, sırayla her delik tarar. Satırın sonunda, ışın, kapalı ve bir sonraki satırın başında yerleştirilmiş ve bu satır için tarama başlatılır. Bu şekilde, elektron ışını, tüm kolimatör, 71 71 deliklerinden yaklaşık 60ms sekiz kez taranır tarar.

Şekil 6. Standart yeniden inşa görüntü Yeniden İnşa iyotlu koroner arterler ile kalp görüntüleyerek antropomorfik hayalet görüntüsü. 7''FOV ve 15fps görüntü alındı ​​ve X-ray hedef 45cm tek bir düzlemde yeniden inşa edildi.

Şekil 7. Multi-düzlemde yeniden yapılanma, kolimatör ve dedektör arasındaki farklı yeniden inşa uçakları Temsil . Mavi konileri, yeniden yapılanma uçakları içine backprojected dedektör görüntüleri nasıl göstermektedir.

Şekil 8. Düzlem görüntü seçilen Bu görüntü 32 uçaklarının bir kompozisyon. Şekil 6, aksine selecte sadece gemilerind düzlemde odak noktası, her gemi odaklandı.

Şekil 9. Denkleştirme filtrasyon adımları kolimatör (üst) taranır, dedektör nesne (alt) opaklığını bağlı olarak değişen sayısı oranı alır. Her kolimatör delik sekiz kez (sekiz yeniden tarar) taranır. Ilk rescan, odak noktalar, satır boyunca soldan başlayarak sırayla aydınlatılmıştır ve akı her delik için ölçülür. Sonraki rescan, aydınlatma satırın başında başlayarak tekrarlanır. Her odak noktası için, sayıları önceki değeri eklenir. Sayımı toplam sayısı önceden ayarlanmış bir eşiği aşarsa, bu delik aşağıdaki rescan aydınlatılabilir. Bu sürecin mevcut uygulama yapılır ve daha sonra eşitledi bir görüntü elde etmek için kullanılacak bir rescan maske oluşturma yol açar.

Şekil 10. Rescan haritası dengeleme filtreleme algoritması tarafından oluşturulan bu görüntünün her piksel kolimatör bir odak noktası temsil eder. Bu nedenle görüntü 71x71 piksel. Her pikselin gri seviyesi sıfır (siyah) ile sekiz (beyaz), o odak noktası rescan sayısı temsil eder. Biz görüntünün sağ tarafında, rescan sayısının çok düşük olduğunu görmekteyiz. Sonuç olarak, bu odak noktaların her biri sadece bir veya iki kez yanacaktır. Bu bölge bizim yeniden inşa görüntü görüntü hemen hemen, çünkü bu alanda düşük X-ray emilimi doymuş akciğer alanında alanı (Şekil 6), karşılık gelir.

Şekil 11. Düzlem eşitledi görüntü seçti. Uyarlanabilir maruz kaldıktan sonra yeniden algoritması Bu görüntü çıkış. Bu görüntü standart bir görüntü (Şekil 8) Aynı çalışma modunda 15fps 7 "ile kazanılmış, ancak uyarlamalı pozlama ile Şekil 10 tarama maskesi dayalı sağladı. Görüntü gemilerin dolayısıyla yoğunluk açısından daha düzgün ve özellikle karanlık alanlarda, daha yüksek kontrast görüntünün sağ tarafta, akciğer alanında artık bir doygunluk var.

Movie 1. SBDX sisteminin Animasyon SBDX sistemi ters geometri çalışır. Büyük bir tarama ışını X-ışını kaynağı, küçük bir alanı detektörü aydınlatır. Hasta dedektörü uzak bir konuma sahiptir. filmi görmek için buraya tıklayın.

Movie 2. X-ışını üretimi her odak noktası ise, elektron ışını, tungsten hedefi vurur ve X-ışınları üretilir . Kolimatör dedektörü doğru, X-ışını odaklanır . filmi görmek için buraya tıklayın .

Film 3. Görüntü oluşturma animasyon Bu animasyon dedektör görüntüleri kullanarak nihai görüntü yeniden bir süreci temsil ediyor. Kolimatör (sol altta) her odak noktası için, ilgili dedektörü görüntü (üstte solda) (sağda) yeniden uçağa tahmin edilmektedir. Bu animasyonda, X-ışını kaynağı farklı mesafelerde yeniden üç düzlemde temsil eder . filmi görmek için buraya tıklayın .

Film 4. Düzlem seçimi SBDX sistemi bir tomosynthesis görüntüleme sistemi. Yeniden inşa ve görüntülenebilmekte uçağı kullanıcı tarafından seçilebilir. filmi görmek için buraya tıklayın.

Film 5. Multi-düzlemi animasyon Bu video farklı düzlemlerde gösterir kolimatör mesafeyi arttırarak yeniden yapılandırdı. Özellikle, iyotlu koroner arterlerin onların fiziksel konumuna bağlı olarak odak içeri ve dışarı film görmek için buraya tıklayın.

Film 6. 3D düzlemde animasyon seçildi. Yeniden inşa odak uçakların 3 boyutlu görselleştirme. Odak uçakları derinlik arttıkça daha kaydırılır. filmi görmek için buraya tıklayın.

Tartışmalar

Biz doz tasarrufu mümkündür eşitleme tekniği kullanılarak olduğunu göstermektedir. Bu yazıda sadece görüntü kalitesi için etkilerini tartışırken, bizim tekniği nasıl uygulanır. Ancak, amacımız eşitledi görüntüler için bir hedef sinyal gürültü oranı korumak için dikkat etmek önemlidir. Altında yatan varsayım, olmayan eşitledi görüntüler, sinyal gürültü oranı yüksek olmayan tekdüze olmasıdır. Özellikle akciğer alanı gibi parlak alanlarda gürültü oranı tanı görevi gerçekleştirmek için gerekli olandan daha yüksek sinyal gösterirler. Denkleştirme bize bu alanlarda sinyal gürültü oranı düşük ve sinyal gürültü oranı görüntünün karanlık bölgelerde korumak için sağlar. Şu anda bizim yaklaşımımız doğrulamak için gürültü ölçüm çalışmaları yapmaktadır. Ön sonuçlar,% 30 sipariş üzerine doz ^{tasarrufu, 7,} 8 görüntü karanlık bölgelerde eşdeğer sinyal gürültü oranı ulaşılabilir olduğunu göstermektedir.

Potansiyel dengeleme filtrasyon, uzun yıllar boyunca bilimsel literatürde kabul edilmiştir. Ancak, bugüne kadar yayımlanmış tüm uygulamaları bu yaklaşım ^9,10 yararı önemli ölçüde engelleyen, mekanik panjur veya filtreler içeriyordu . Burada eşitlemenin mekanik uygulamaları ile sorunların üstesinden gelmek, tamamen elektronik bir yaklaşım esas alınabilir göstermektedir.

Klinik SBDX sistemi, burada sunulan adımları en donanımsal olarak uygulanacak ve veri toplama sırasında gerçek zamanlı olarak yapılacaktır. Denkleştirme algoritması gerçek zamanlı olarak çalışacak ve görüntülenen görüntü varsayılan olarak eşitlendi olacak. Algoritma dinamik görüntülü olan konu, konunun hareket ve değişen portal pozisyon göre parametreleri adapte olacaktır. Biz algoritma geliştirmeye devam yöntemi daha da geliştirilmesi ve gerçek zamanlı uygulanmasını kolaylaştırmak için gerekli olacaktır.