روش جدید اندازه گیری اشعه ایکس می‌تواند سی تی اسکنر را بهبود بخشد

اول مارس 2019 توسط چاد بوین، موسسه ملی استاندارد و فناوری
 
 روش جدید اندازه گیری اشعه ایکس می‌تواند سی تی اسکنر را بهبود بخشد
 

توضیح تصویر: دانشمندان NIST ممکن است راهی بهتر برای کالیبره کردن سی تی اسکن‌ها پیدا کرده و به طور بالقوه درمان بیمار را با بهبود ارتباط بین پزشکان بهبود بخشند.
 
یک روش اندازه گیری جدید که توسط دانشمندان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) پیشنهاد شده است می‌تواند منجر به روش بهتری برای کالیبره کردن اسکنرهای پرتو نگاری مقطعی (CT) شود، که با بهبود ارتباطات بین پزشکان به طور بالقوه درمان بیمار را بهبود می‌بخشد.
 
روشی که در یک مقاله پژوهشی در مجله PLOS ONE شرح داده شده است، پیشنهاد می‌کند که چگونه پرتوهای اشعه ایکس تولید شده توسط CT می‌تواند به طریقی اندازه گیری شود که اجازه دهد اسکن‌های انجام شده با دستگاه‌های مختلف به طریقی مفید با یکدیگر مقایسه شوند. همچنین یک راه برای ایجاد اولین استانداردهای اندازه گیری سیگنال متصل به سیستم بین المللی آحاد (SI) با ایجاد تعریف دقیق‌تر از واحدهای مورد استفاده در سی تی ارائه می‌دهد، چیزی که این رشته فاقد آن است.
 
Zachary Levine، فیزیکدان و یکی از نویسندگان مقاله گفت: "اگر جامعه فنی بتواند در یک تعریف توافق داشته باشد، پس از آن، فروشندگان می‌توانند اندازه گیری‌هایی را که قابل تبدیل هستند ایجاد کنند." "در حال حاضر، کالیبراسیون به آن اندازه کامل نیست که بتواند چنین کند." کالیبراسیونِ بهتر می‌تواند تشخیص را کارآمدتر و ارزان‌تر کند
 
توانایی شیء برای مسدود کردن اشعه ایکس - "رادیو دانسیته" آن - در واحدهای هونسفیلد (HUs)، که به نام مخترع مشترک برنده جایزه نوبل نامگذاری شده است، اندازه گیری می‌شود. کالیبراسیون یک ماشین CT، چیزی که هر دستگاه رادیولوژی به طور منظم انجام می‌دهد، شامل اسکن یک شیء دارای رادیو دانسیته معلوم به نام فانتوم است و بررسی این که آیا این اندازه گیری‌ها تعداد درست HUها را می‌دهد.
 
یک مشکل این است که لوله اسکنر یک CT - اساسا لامپ نور تولید کننده‌ی اشعه ایکس آن - یک پرتو را ایجاد می‌کند که پرتو اشعه ایکس نور سفید است که پر از فوتون‌هایی با طول موج‌های مختلف است که با انرژی آنها مطابقت دارد. (اگر چشم انسان می توانست اشعه ایکس را ببیند، شما می‌توانستید پرتو لوله را از یک منشور رد کنید و ببینید که به یک طیف از رنگها می‌شکند.) از آنجا که قدرت نفوذ فوتون به انرژی آن بستگی دارد، اثر کلی پرتو روی فانتوم باید به طور متوسط ارزیابی شود، که این آن را وادار به چالش با تعریف کالیبراسیون می‌کند.
 
وضعیت پیچیده‌تر این است که نور اشعه ایکس لوله باید بسته به نوع اسکن تغییر کند. قسمت‌های چگال‌تر بدن نیاز به پرتوهای اشعه با نفوذ بیشتری دارند، به طوری که لوله دارای نوعی سوئیچ رنگ است که اجازه می‌دهد اپراتور ولتاژ لوله را مطابق با کار تنظیم کند. تنظیم ولتاژ لوله طیف پرتو را تغییر می‌دهد، به طوری که این طیف بین چیزی مانند "سفید سرد" و یک "سفید گرم" لامپ نور متغیر است. طیف متغیر آن را سخت‌تر می‌کند تا اطمینان حاصل شود که کالیبراسیون برای تمام ولتاژها درست است.
 
این پیچیدگی‌ها را به اختلافاتی که بین تولیدکنندگان مختلف CT وجود دارد اضافه کنید تا به دست آورید که هر کسی که می‌خواهد کالیبراسیون هر اسکنر را به یک استاندارد جهانی متصل کند، کار بسیار مشکلی در پیش رو دارد. اما اگر این کار انجام شود، مزایای فراوانی برای صنعت و پزشکی به وجود خواهد آمد.
 
لوین گفت: "شما جوابهای قابل تعویض می‌خواهید بدون در نظر گرفتن این که شما از چه دستگاه CTی استفاده می‌کنید و چه زمانی استفاده می‌کنید." "برای یک چیز، شما می‌خواهید پزشکان بتوانند بین بیمارستان‌ها ارتباط برقرار کنند. بگذارید بگوییم یک بیمار نیاز به پیگیری دارد اما در جایی دور از خانه است، یا این که برای همان اسکنر نرم افزاری ارتقاء یافته‌ای آمده است که تعداد HUها را تغییر می‌دهد. اگر شما نتوانید به طور دقیق اندازه گیری کنید، نمی‌توانید فناوری خود را بهبود دهید." تیم NIST مجبور بود بر عدم اطمینان ایجاد شده توسط طیف وسیعی لوله اشعه ایکس و تنظیم ولتاژ لوله غلبه کند. ایده آنها این بود که فانتوم‌های متعددی را با غلظت‌های مختلفی از مواد شیمیایی پودر شده که در بدن مشترک هستند پر کنند و رادیو دانسیته فانتوم‌ها را با استفاده از سی تی مقایسه کنند.
 
لوین گفت که کالیبراسیونِ بهتر می‌تواند تشخیص را کارآمدتر و ارزان‌تر کند.
 
"مقایسه بهتر بین اسکنرها ممکن است به ما اجازه دهد نقاط قطع برای بیماری را برقرار سازیم  - مثلاً نفخ که یک نمره Hounsfield خاص و یا پایین‌تر می‌گیرد." "همچنین برای سی تی اسکن‌ها معمول است که رشد مشکوکی که ممکن است سرطانی باشد، را روشن کنند و پزشک معمولا MRI را به عنوان یک پیگیری سفارش می‌دهد. ما ممکن است نیاز به این روش دوم را از بین ببریم."
 
تیم NIST مجبور بود بر عدم اطمینان ایجاد شده توسط طیف وسیعی لوله اشعه ایکس و تنظیم ولتاژ لوله غلبه کند. ایده آنها این بود که فانتوم‌های متعددی را با غلظت‌های مختلفی از مواد شیمیایی پودر شده که در بدن مشترک هستند پر کنند و رادیو دانسیته فانتوم‌ها را با استفاده از سی تی مقایسه کنند. این مقایسه کمک می‌کند که HUها را به تعداد مولها در متر مکعب ، که هر دو از آحاد SIهستند، وصل کنیم.
 
لوین گفت: «اجرای این ایده پیچیده بود، زیرا حجم مول به اندازه یک مولکول شیمیایی معین بستگی دارد. مثلاً یک مول نمک فضایی بیشتر از یک مول کربن را اشغال می‌کند. و هوای موجود در پودرها پیچیدگی بیشتری را نشان داد."
 
پیچیدگی باعث می‌شود همه به جز یک عاشق ریاضی خود را عقب بکشند: هر یک از مواد شیمیایی موجود در مخلوط می‌تواند با دو عدد مشخص شود، اما کل فانتوم یک فضای 13 بعدی ایجاد کرد که تجزیه و تحلیل داده‌ها را پیچیده کرده است. خوشبختانه، تیم توانست از تکنیک جبری خطی شناخته شده در علم داده پردازی برای ساده کردن داده‌ها به دو بعد استفاده کند که بسیار قابل کنترل بود.
 
لویین گفت: "اساسا ما نشان داده‌ایم که شما می‌توانید هدف اجرای اسکنر CT را ایجاد کنید که هر مهندس طراحی می‌تواند آن را تجربه کند." "تولیدکنندگان در دهه‌های مختلف از ماشین آلات مورد نیازخود به طور متفاوتی برخوردار بوده‌اند؛ زیرا هیچکسی به مهندسان خود نمی‌گوید که چگونه طیف اشعه ایکس را اداره کنند. فقط یک تغییر کوچک در عملکرد موجود برای متحد کردن اندازه گیری‌هایشان لازم است."
 
ارائه شده توسط: موسسه ملی استاندارد و فناوری
برگرفته از مجله: PLoS ONE

مترجم: حمید وثیق زاده انصاری