✖


Jump to content

Маммография с подсчетом фотонов

Add links

Маммография с подсчетом фотонов была коммерчески внедрена в 2003 году и стала первым широко доступным применением технологии детектора подсчета фотонов в медицинской рентгеновской визуализации . [1] с подсчетом фотонов Маммография повышает эффективность дозы по сравнению с традиционными технологиями. [2] и позволяет получать спектральные изображения .

Фон

[ редактировать ]

Обычные детекторы для рентгеновской визуализации являются энергоинтегрирующими, т.е. интегрируются все взаимодействия фотонов за определенный интервал времени. С другой стороны, детекторы, считающие фотоны, достаточно быстры, чтобы регистрировать единичные фотонные события. Детекторы подсчета фотонов использовались в ядерной медицине на протяжении десятилетий, но их внедрение в трансмиссионную визуализацию произошло относительно поздно, в основном из-за более высокого потока, который приводит к нежелательному состоянию, называемому наложением импульсов, что является одной из основных проблем для фотонов. -счетные детекторы. Частично по этой причине первым и единственным на сегодняшний день (2020 г.) широко доступным методом рентгеновской визуализации с подсчетом фотонов является маммографическая система; маммография требует высокого пространственного разрешения, что приводит к небольшим детекторным элементам и, следовательно, к относительно низкой скорости счета. [1] Маммографическая система MicroDose была представлена ​​компанией Sectra Mamea в 2003 году и приобретена Philips в 2011 году.

Система MicroDose основана на массиве кремниевых полосковых детекторов в многощелевой конфигурации, которые сканируют объект поперек для получения изображения. [1] Когда фотон взаимодействует с детектором, заряд высвобождается и собирается электродами датчика. Электроды подключаются к параллельным каналам в специализированной интегральной схеме (ASIC). Каждый канал содержит усилитель и формирователь, преобразующие заряд в импульс с амплитудой, пропорциональной энергии падающего фотона. Эта высота импульса измеряется компараторами, обычно называемыми энергетическими порогами, за которыми следуют соответствующие счетчики. Счетчики регистрируют сумму всех событий в определенном энергетическом окне и обычно называются энергетическими бункерами. Самый нижний порог устанавливается ниже ожидаемого спектра инцидентов, чтобы предотвратить подсчет электронного шума. Энергетическое разрешение детектора MicroDose находится в пределах стандартного отклонения 2,0–2,3 кэВ в диапазоне 20–40 кэВ. [1]

Преимущества кремния как материала детектора включают высокую эффективность сбора заряда, доступность высококачественного материала высокой чистоты и устоявшиеся методы испытаний и сборки, разработанные полупроводниковой промышленностью. Основной проблемой является относительно низкая эффективность обнаружения кремния, которую в системе MicroDose решают путем расположения кремниевых пластин ребром. [1] Несколько исследовательских групп и коммерческих компаний исследуют теллурид кадмия-цинка (CZT) в качестве сенсорного материала. [3] Более высокий атомный номер CZT приводит к более высокому поглощению, чем у кремния, но более высокий выход K-флуоресценции ухудшает спектральный отклик и приводит к перекрестным помехам. [4] Кроме того, производство кристаллов этих материалов макроразмера сопряжено с практическими проблемами, а кристаллы обычно страдают от дефектов решетки и примесей, которые приводят к захвату заряда, что ограничивает эффективность сбора заряда. [5] и может вызвать долгосрочные эффекты поляризации. [6] Другие твердотельные материалы, такие как арсенид галлия, [7] и детекторы газа, [8] в настоящее время достаточно далеки от клинической реализации.

Клинические применения

[ редактировать ]

Улучшенная эффективность дозы

[ редактировать ]

Маммография с подсчетом фотонов позволяет снизить дозу облучения пациента, сохраняя при этом качество изображения на уровне традиционных технологий или, что то же самое, улучшая качество изображения при равной дозе. Исследование, в котором сравнивалась маммография с подсчетом фотонов со средними показателями по штату программы скрининга маммографии Северного Рейна-Вестфалии в Германии, показало несколько улучшенную диагностическую эффективность при дозе, которая составляла 40% от обычных технологий. [2]

Повышение эффективности дозы при маммографии с подсчетом фотонов по сравнению с традиционными технологиями в основном достигается за счет:

  • Подавление электронного шума: низкоэнергетический порог устанавливается ниже ожидаемого спектра инцидентов и предотвращает подсчет электронного шума. [1] Однако электронный шум все равно будет добавляться к высоте импульса и в некоторой степени влиять на энергетическое разрешение.
  • Равный вес фотонов: детекторы с интеграцией энергии по своей сути присваивают более высокий вес фотонам высокой энергии, поскольку в детекторе выделяется больше заряда. Это взвешивание противоположно оптимальному, поскольку фотоны низкой энергии несут более контрастную информацию. С другой стороны, детекторы, считающие фотоны, по своей сути одинаково взвешивают все фотоны, что ближе к оптимальному. [9]
  • Подавление рассеяния: маммографическая система с подсчетом фотонов использует технику щелевого сканирования; детектор состоит из ряда тонких линий и сканирует объект для получения изображения. Детектор оснащен соответствующими коллиматорами до и после пациента, что минимизирует угол приема, обеспечивая при этом полное обнаружение первичных фотонов. [10] Сетки против рассеяния, используемые в обычных детекторах, страдают от компромисса между подавлением рассеяния и обнаружением первичных фотонов. Конфигурация щелевого сканирования не является неотъемлемой частью детекторов подсчета фотонов, но часто бывает практично освободить место для большого количества электроники.

Энергетическое взвешивание

[ редактировать ]

Несмотря на то, что равный вес фотонов, свойственный детекторам, считающим фотоны, повышает эффективность дозы по сравнению с детекторами, интегрирующими энергию, более высокий вес фотонов с низкой энергией обычно оптимален, поскольку контраст рентгеновских лучей падает с увеличением энергии фотонов, когда фотоэлектрический Эффект доминирует и находится вдали от краев поглощения, что справедливо для маммографии без контрастных веществ . Детекторы подсчета фотонов позволяют измерять энергию падающих фотонов и, следовательно, обеспечивают оптимальное взвешивание для данного случая визуализации. Этот метод, обычно называемый энергетическим взвешиванием, был впервые использован Каном и соавт. для маммографии. [9] На пределе бесконечного энергетического разрешения взвешивание по энергии приводит к улучшению CNR примерно на 10% по сравнению с равным взвешиванием фотонов. [9] тогда как исследования с реалистичным энергетическим разрешением сообщают об улучшении CNR на несколько процентов. [11] Первые результаты клинического применения были получены Berglund et al. который смог улучшить CNR клинических изображений на 2,2–5,2%, что означает потенциальное снижение дозы при постоянном CNR в диапазоне 4,5–11%. [12]

Разложение материала и визуализация K-края

[ редактировать ]

Детекторы подсчета фотонов могут измерять энергетический спектр падающих фотонов. Этот метод широко известен как спектральная визуализация . Спектральная информация может использоваться для извлечения количественной информации о составе объекта, поскольку два доминирующих эффекта взаимодействия рентгеновских лучей при маммографических энергиях, фотоэлектрический эффект и комптоновское рассеяние, имеют разные зависимости от энергии и материала. Так называемое разложение материала было исследовано для измерения плотности груди . [13] улучшить видимость поражений, [11] охарактеризовать поражения, [14] и для измерения ослабления компонентов молочной железы. [15] [16]

Контрастные вещества с высоким атомным числом добавляют объекту дополнительные энергетические зависимости и могут быть отделены от мягких тканей, что часто называют визуализацией по K-краю. В маммографии с подсчетом фотонов визуализация с контрастным усилением сосредоточена на визуализации с использованием йода. [17] [18]

Томосинтез

[ редактировать ]

молочной железы с подсчетом фотонов Томосинтез разработан до состояния прототипа. [19] [20] [21] Томосинтез основан на ряде проекций с низкими дозами, что делает влияние электронного шума выше, чем при обычной маммографии, и поэтому детекторы подсчета фотонов с подавлением электронного шума являются полезными, поскольку потенциально могут повысить эффективность дозы, чем при обычной маммографии. Кроме того, ожидается, что метод щелевого сканирования обеспечит дополнительные преимущества, поскольку подавление рассеяния на основе обычных противорассеивающих сеток сложно реализовать в диапазоне углов проецирования. Однако щелевой сканирующий томосинтез требует более крупных модификаций существующих систем, и этот метод до сих пор не нашел широкого клинического применения. Приложения спектральной визуализации, которые были исследованы для томосинтеза с подсчетом фотонов, включают измерение плотности груди , [22] характеристика поражения, [23] и визуализация K-края йода. [24] [25] [26]

Фазово-контрастная визуализация

[ редактировать ]

Геометрия щелевого сканирования в некоторых реализациях маммографии с подсчетом фотонов дает преимущества для реализации фазово-контрастной визуализации на основе решетки . [27] Фантомные исследования [28] и доклиническая визуализация [29] было проведено с использованием этой техники, и были получены первые многообещающие результаты. Спектральное разрешение детекторов, считающих фотоны, потенциально может быть использовано для снижения требований к когерентности установок фазово-контрастной визуализации. [30]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Фреденберг Э., Лундквист М., Седерстрем Б., Ослунд М., Дэниелссон М. (2010). «Энергетическое разрешение кремниевого полоскового детектора, считающего фотоны» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 613 (1): 156–162. arXiv : 2101.07789 . Бибкод : 2010NIMPA.613..156F . дои : 10.1016/j.nima.2009.10.152 . ISSN   0168-9002 . S2CID   121348971 .
  2. ^ Перейти обратно: а б Вейгель С., Беркемейер С., Гирнус Р., Зоммер А., Ленцен Х., Хейндель В. (май 2014 г.). «Цифровой маммографический скрининг с методом подсчета фотонов: можно ли добиться высоких диагностических результатов при низкой средней дозе в железах?» . Радиология . 271 (2): 345–55. дои : 10.1148/radiol.13131181 . ПМИД   24495234 .
  3. ^ Иванчик Дж.С., Нюгорд Э., Мейрав О., Аренсон Дж., Барбер В.К., Хартсоф Н.Э. и др. (2009). «Массивы энергодисперсионных детекторов с подсчетом фотонов для рентгеновской визуализации» . Транзакции IEEE по ядерной науке . 56 (3): 535–542. Бибкод : 2009ИТНС...56..535И . дои : 10.1109/TNS.2009.2013709 . ПМЦ   2777741 . ПМИД   19920884 .
  4. ^ Шихалиев П.М., Фриц С.Г., Чепмен Дж.В. (ноябрь 2009 г.). «Мультиэнергетическая рентгеновская визуализация с подсчетом фотонов: влияние характеристических рентгеновских лучей на характеристики детектора». Медицинская физика . 36 (11): 5107–19. Бибкод : 2009МедФ..36.5107С . дои : 10.1118/1.3245875 . ПМИД   19994521 .
  5. ^ Нолл Г.Ф. (2000). Обнаружение и измерение радиации . Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-0-471-07338-3 .
  6. ^ Селеш С., Солднер С.А., Выдрин С., Грейвс Дж., Бэйл Д.С. (2008). «Полупроводниковые детекторы CdZnTe для спектроскопической рентгеновской визуализации» . Транзакции IEEE по ядерной науке . 55 (1): 572–582. Бибкод : 2008ИТНС...55..572С . дои : 10.1109/TNS.2007.914034 . ISSN   0018-9499 . S2CID   43453671 .
  7. ^ Амендолия С.Р., Бизоньи М.Г., Делогу П., Фантаччи М.Е., Патерностер Г., Россо В., Стефанини А. (апрель 2009 г.). «Характеристика маммографической системы, основанной на пиксельных матрицах подсчета одиночных фотонов, связанных с детекторами рентгеновского излучения GaAs». Медицинская физика . 36 (4): 1330–9. Бибкод : 2009MedPh..36.1330A . дои : 10.1118/1.3097284 . ПМИД   19472640 .
  8. ^ Тунберг С.Дж., Аделоу Л., Блом О., Костер А., Эгерстром Дж., Эклунд М. и др. (06 мая 2004 г.). Яффе М.Дж., Флинн М.Дж. (ред.). «Снижение дозы в маммографии с визуализацией подсчета фотонов». Медицинская визуализация 2004: Физика медицинской визуализации . 5368 . Международное общество оптики и фотоники: 457–465. Бибкод : 2004SPIE.5368..457T . дои : 10.1117/12.530649 . S2CID   72756191 .
  9. ^ Перейти обратно: а б с Кан Р.Н., Седерстрем Б., Дэниелссон М., Холл А, Лундквист М., Нюгрен Д. (декабрь 1999 г.). «Зависимость детективной квантовой эффективности от взвешивания энергии рентгеновских лучей в маммографии». Медицинская физика . 26 (12): 2680–3. Бибкод : 1999MedPh..26.2680C . дои : 10.1118/1.598807 . ПМИД   10619253 .
  10. ^ Аслунд М., Седерстрем Б., Лундквист М., Дэниелссон М. (апрель 2006 г.). «Подавление рассеяния в многощелевой цифровой маммографии». Медицинская физика . 33 (4): 933–40. Бибкод : 2006MedPh..33..933A . дои : 10.1118/1.2179122 . ПМИД   16696469 .
  11. ^ Перейти обратно: а б Фреденберг Э., Ослунд М., Седерстрем Б., Лундквист М., Дэниелссон М. (2010). «Оптимизация модели наблюдателя системы спектральной маммографии». Медицинская визуализация 2010: Физика медицинской визуализации . 7622 . Международное общество оптики и фотоники: 762210. arXiv : 2101.09440 . Бибкод : 2010SPIE.7622E..10F . дои : 10.1117/12.845480 . S2CID   121950145 .
  12. ^ Берглунд Дж., Йоханссон Х., Лундквист М., Седерстрем Б., Фреденберг Э. (октябрь 2014 г.). «Энергетическое взвешивание повышает эффективность дозы в клинической практике: внедрение в маммографическую систему спектрального счета фотонов» . Журнал медицинской визуализации . 1 (3): 031003. doi : 10.1117/1.JMI.1.3.031003 . ПМЦ   4478791 . ПМИД   26158045 .
  13. ^ Дин Х., Моллой С. (август 2012 г.). «Количественное определение плотности груди с помощью спектральной маммографии на основе сканирующего многощелевого детектора подсчета фотонов: технико-экономическое обоснование» . Физика в медицине и биологии . 57 (15): 4719–4738. Бибкод : 2012PMB....57.4719D . дои : 10.1088/0031-9155/57/15/4719 . ПМЦ   3478949 . ПМИД   22771941 .
  14. ^ Гаммрауи Б., Глик С.Дж. (июнь 2017 г.). «Исследование возможности классификации микрокальцинатов молочной железы с помощью спектральной маммографии с подсчетом фотонов: моделирование». Медицинская физика . 44 (6): 2304–2311. Бибкод : 2017МедФ..44.2304Г . дои : 10.1002/mp.12230 . ПМИД   28332199 . S2CID   38228845 .
  15. ^ Берггрен К., Эрикссон М., Холл П., Уоллис М.Г., Фреденберг Э. (октябрь 2018 г.). «Измерение эффективного атомного номера кожи груди in vivo с помощью спектральной маммографии» . Физика в медицине и биологии . 63 (21): 215023. Бибкод : 2018PMB....63u5023B . дои : 10.1088/1361-6560/aae78c . ПМИД   30375362 .
  16. ^ Фреденберг Э., Уиллшер П., Моа Э., Дэнс Д.Р., Янг К.С., Уоллис М.Г. (ноябрь 2018 г.). «Измерение ослабления рентгеновских лучей в тканях молочной железы с помощью спектральной визуализации: свежие и фиксированные нормальные и злокачественные ткани». Физика в медицине и биологии . 63 (23): 235003. arXiv : 2101.02755 . Бибкод : 2018PMB....63w5003F . дои : 10.1088/1361-6560/aaea83 . ПМИД   30465547 . S2CID   53717425 .
  17. ^ Дин Х., Моллой С. (август 2017 г.). «Количественная спектральная маммография с контрастным усилением на основе детекторов подсчета фотонов: технико-экономическое обоснование» . Медицинская физика . 44 (8): 3939–3951. Бибкод : 2017МедФ..44.3939Д . дои : 10.1002/mp.12296 . ПМЦ   5553693 . ПМИД   28432828 .
  18. ^ Фреденберг Э., Хеммендорф М., Седерстрем Б., Аслунд М., Дэниелссон М. (май 2010 г.). «Спектральная маммография с контрастированием и детектором подсчета фотонов». Медицинская физика . 37 (5): 2017–2029. arXiv : 2101.07787 . Бибкод : 2010МедФ..37.2017Ф . дои : 10.1118/1.3371689 . ПМИД   20527535 . S2CID   31601055 .
  19. ^ Уоллис М.Г., Моа Э., Занка Ф., Лейфланд К., Дэниелссон М. (март 2012 г.). «Двух- и однопроекционный томосинтез по сравнению с полнопольной цифровой маммографией: исследование наблюдателя рентгеновских изображений с высоким разрешением». Радиология . 262 (3): 788–796. дои : 10.1148/радиол.11103514 . ПМИД   22274840 .
  20. ^ Берггрен К., Седерстрем Б., Лундквист М., Фреденберг Э. (октябрь 2018 г.). «Каскадный системный анализ качества изображения сдвига при щелевом сканировании томосинтеза молочной железы». Медицинская физика . 45 (10): 4392–4401. Бибкод : 2018MedPh..45.4392B . дои : 10.1002/mp.13116 . ПМИД   30091470 . S2CID   51941096 .
  21. ^ Мейдмент А.Д., Ульберг С., Линдман К., Аделёв Л., Эгерстрем Дж., Эклунд М. и др. (2 марта 2006 г.). Флинн М.Дж., Се Дж. (ред.). «Оценка системы визуализации томосинтеза молочной железы с подсчетом фотонов» . Медицинская визуализация 2006: Физика медицинской визуализации . 6142 . ШПАЙ: 89–99. Бибкод : 2006SPIE.6142...89M . дои : 10.1117/12.654651 . S2CID   173179592 .
  22. ^ Фреденберг Э., Берггрен К., Бартельс М., Эрхард К. (2016). «Объемное измерение плотности груди с использованием спектрального томосинтеза с подсчетом фотонов: первые клинические результаты». В Тингберг А., Лонг К., Тимберг П. (ред.). Визуализация груди . Конспекты лекций по информатике. Том. 9699. Чам: Springer International Publishing. стр. 576–584. arXiv : 2101.02758 . дои : 10.1007/978-3-319-41546-8_72 . ISBN  978-3-319-41546-8 . S2CID   1257696 .
  23. ^ Седерстрем Б., Фреденберг Э., Берггрен К., Эрхард К., Дэниелссон М., Уоллис М. (2017). Флор Т.Г., Ло Дж.Й., Шмидт Г.Т. (ред.). «Характеристика повреждений при спектральном томосинтезе с подсчетом фотонов». Медицинская визуализация 2017: Физика медицинской визуализации . 10132 . Международное общество оптики и фотоники: 1013205. arXiv : 2102.00175 . Бибкод : 2017SPIE10132E..05C . дои : 10.1117/12.2253966 . S2CID   125903314 .
  24. ^ Шмитцбергер Ф.Ф., Фалленберг Э.М., Лавачек Р., Хеммендорф М., Моа Э., Дэниелссон М. и др. (май 2011 г.). «Разработка низкодозного томосинтеза с контрастным усилением и подсчетом фотонов со спектральной визуализацией». Радиология . 259 (2): 558–564. дои : 10.1148/radiol.11101682 . ПМИД   21330558 .
  25. ^ Картон А.К., Ульберг К., Линдман К., Ачиаватти Р., Франке Т., Мейдмент А.Д. (ноябрь 2010 г.). «Оптимизация метода двухэнергетического контрастного усиления для системы цифрового томосинтеза молочной железы с подсчетом фотонов: I. Теоретическая модель» . Медицинская физика . 37 (11): 5896–5907. Бибкод : 2010MedPh..37.5896C . дои : 10.1118/1.3490556 . ПМК   3188980 . ПМИД   21158302 .
  26. ^ Картон А.К., Ульберг К., Мейдмент А.Д. (ноябрь 2010 г.). «Оптимизация метода двухэнергетического контрастного усиления для системы цифрового томосинтеза молочной железы с подсчетом фотонов: II. Экспериментальная проверка» . Медицинская физика . 37 (11): 5908–5913. Бибкод : 2010MedPh..37.5908C . дои : 10.1118/1.3488889 . ПМК   3188981 . ПМИД   21158303 .
  27. ^ Фреденберг Э., Дэниелссон М., Стейман Дж.В., Зивердсен Дж.Х., Аслунд М. (сентябрь 2012 г.). «Обнаруживаемость идеального наблюдателя при дифференциальном фазовом контрасте с подсчетом фотонов с использованием подхода линейных систем» . Медицинская физика . 39 (9): 5317–35. Бибкод : 2012MedPh..39.5317F . дои : 10.1118/1.4739195 . ПМЦ   3427340 . ПМИД   22957600 .
  28. ^ Келер Т., Даэрр Х., Мартенс Г., Кун Н., Лешер С., ван Стивендал У., Россл Э. (апрель 2015 г.). «Дифференциальная рентгеновская фазово-контрастная маммография с щелевым сканированием: экспериментальные исследования, подтверждающие концепцию» . Медицинская физика . 42 (4): 1959–65. Бибкод : 2015МедФ..42.1959К . дои : 10.1118/1.4914420 . ПМИД   25832086 .
  29. ^ Арболеда С., Ван З., Ефимов К., Келер Т., Ван Стивендал У., Кун Н. и др. (март 2020 г.). «На пути к клинической решеточно-интерферометрической маммографии» . Европейская радиология . 30 (3): 1419–1425. дои : 10.1007/s00330-019-06362-x . ПМК   7033145 . ПМИД   31440834 .
  30. ^ Фреденберг Э., Россл Э., Келер Т., ван Стивендал У., Шульце-Венк И., Вибернайт Н. и др. (23 февраля 2012 г.). «Спектральная фазоконтрастная маммография со счетом фотонов». В Пелце, штат Нью-Джерси, Нисикава Р.М., Уайтинг Б.Р. (ред.). Медицинская визуализация 2012: Физика медицинской визуализации . Том. 8313. Сан-Диего, Калифорния, США. стр. 83130F. arXiv : 2101.09660 . дои : 10.1117/12.910615 . S2CID   121130207 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Photon-counting_mammography&oldid=1222494594"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: c85cbe9c29cbbdbc074e85234f72f383__1714971540
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/c8/83/c85cbe9c29cbbdbc074e85234f72f383.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Photon-counting mammography - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)