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Système d’imagerie hybride avec CT et comptage de photons

Un groupe de recherche a proposé une nouvelle façon de produire des images CT plus détaillées de patients au Centre de biochimie et de biophysique des National Institutes of Health de Bethesda, Maryland, États-Unis. Innovation dirigée par le Pr. Han Wen, Dispositif d’imagerie hybride avec insertion d’un détecteur de comptage de photons de bas niveau et d’un scanner de tomodensitométrie (CT) conventionnel. Les détails de l’étude se trouvent dans le dernier numéro de tomodensitométrie.

Stady : Étalonnage d’ingénierie en ligne d’un système de tomodensitométrie d’imagerie ultra-résolution hybride. Crédit d’image : SvedOliver / Shutterstock.com

L’ordinateur et les rayons X sont utilisés dans une tomodensitométrie (CT) pour fournir des images en profondeur de l’intérieur du corps humain. La tomodensitométrie ou les tomodensitogrammes sont d’autres noms pour les tomodensitogrammes. Les organes internes, les vaisseaux sanguins, les os et d’autres structures corporelles peuvent être vus en détail sur un scanner. Ils sont utilisés pour :

  • Reconnaître les conditions médicales
  • Diriger les soins médicaux et orienter les recherches futures
  • Surveiller l’évolution de l’état de santé

Les ombres ponctuelles de mise au point limitent généralement la résolution d’image des scanners cliniques actuels. L’extérieur des images produites par les tomodensitogrammes contient une ombre causée par une zone opaque partiellement ombragée de l’objet. Cela est dû à la taille limitée du point focal qui résulte de grandes quantités d’énergie de rayons X pour obtenir des temps de balayage rapides.

L’équipe du professeur Wayne a créé un tomodensitomètre hybride qui combine un tomodensitomètre conventionnel avec un deuxième détecteur de comptage à faible photon (CDI) placé sur la poitrine du patient et placé sur la poitrine du patient. En raison de la proximité du CDI avec le corps du patient, l’obscurité de la source de rayons X sur le CDI est réduite, permettant une imagerie à haute résolution dans une petite zone devant le CDI.

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Étalonnage en ligne

Deux capacités importantes qu’un scanner CT devrait faciliter sont la capacité d’intégrer des volumes CDI reconstruits avec précision et un scanner CT et une synthèse CT – un type de mammographie 3D – de données CDI. Si ces informations sont inexactes, les images CDI afficheront des défauts d’alignement. Cela conduit à des écarts entre les positions spatiales des caractéristiques dans les images CDI et les images CT.

Un étalonnage en ligne est nécessaire pour chaque scan afin de déterminer l’emplacement et l’orientation du CDI, en fonction de la répartition du poids du patient et de la position du lit.

Bien que de nombreuses techniques d’étalonnage en ligne et hors ligne aient été développées et appliquées dans le passé, elles ont rencontré des inconvénients importants décrits dans Signaler. Dans la présente étude, une nouvelle technique hybride a été formulée. Il s’agit d’une méthode en ligne avec des fonctionnalités techniques basées sur des fantômes.

Détails de la démo

Le détecteur de comptage de photons de bas niveau servait de CDI pour le système hybride, qui était logé dans un tomodensitomètre commercial. L’appareil peut fournir 2000 images par seconde pour l’acquisition de données avec une puissance maximale de 25 kV. À l’aide de l’indicateur lumineux hors système, la collecte de données CDI a commencé simultanément lorsque le scanner a allumé son faisceau de rayons X. Le logiciel d’appareil de tomodensitométrie commercial a utilisé une configuration de tomodensitométrie thoracique présélectionnée pour produire les images.

Sept perles de carbure de tungstène de 1 mm ont servi de marques fiduciaires. Ils étaient attachés directement à un ruban adhésif en plastique enroulé autour de l’extérieur du fantôme.

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L’orientation et la position du CDI dans le système de coordonnées global du tomodensitomètre, ainsi que l’angle du point de focalisation des rayons X autour de sa trajectoire circulaire à chaque instant de l’analyse, sont les paramètres géométriques qui doivent être déterminés. Les emplacements « réels » pour l’alignement du volume CDI reconstruit ont été déterminés par les positions des marqueurs de confiance. Les calculs de seuil d’intensité et de centre de masse ont été effectués de la même manière que pour les images CT pour localiser les marqueurs dans le volume CDI reconstruit.

Les emplacements bidimensionnels (2D) des structures microvasculaires des images CDI et CT ont été comparés dans plusieurs diapositives d’images couvrant les reconstructions pour quantifier davantage l’alignement.

Résultats et attentes

La méthode mise au point par le groupe du professeur Wayne combine une optimisation itérative basée sur l’image avec un étalonnage fantôme. L’approche a déterminé les paramètres géométriques du système sur une base par balayage, qui ont été confirmés par le marqueur fiducial et l’alignement vasculaire.

Cette approche a réduit le désalignement entre les images CDI et CT de 65 %, entre 0,1 et 0,2 mm, en commençant par une estimation initiale des paramètres géométriques basée sur la présence du détecteur CDI dans les images CT. Étant donné que les deux ensembles de données contiennent des informations complémentaires, l’image fusionnée des deux ensembles de données a donné une représentation plus précise de l’objet.

Des développements supplémentaires réduiront le temps de calcul global pour cette approche d’étalonnage. Chaque numérisation de patient nécessitera un étalonnage technique à l’aide d’une méthode en ligne et bénéficiera de la réduction du temps de calcul à quelques secondes seulement.

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Une optimisation supplémentaire du code et un traitement parallèle plus puissant sont également nécessaires pour obtenir les meilleurs résultats. Des algorithmes de reconstruction raffinés sont nécessaires pour réduire les artefacts d’image dans les reconstructions CDI afin d’améliorer les résultats d’alignement.

références

King, Dakota H., Muyang Wang, Eric E. Bennett, Dumitru Mazzello, Marcus Wai Chen et Han Wen. (2022) Étalonnage technique en ligne d’un système de tomodensitométrie hybride pour l’imagerie à ultra-haute résolution. tomodensitométrie 8, non. 5 : 2547-2555. https://www.mdpi.com/2379-139X/8/5/212

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Delphine Perrault

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