Kompiuterinė tomografija (KT) jau seniai buvo šiuolaikinio vaizdo kertinis akmuo, suteikiantis išsamių 3D įžvalgų apie žmogaus kūną ir kitas medžiagas. Tačiau įprastinei KT reikia šimtų rentgeno projekcijų iš kelių kampų, todėl pacientai patiria dideles radiacijos dozes ir remiasi didelėmis, nejudriomis sistemomis.
Norėdami išspręsti šią problemą, mokslininkai iš UC Irvine radiologijos mokslų ir biomedicinos inžinerijos katedrų neseniai paskelbė tyrimą žurnale. Mokslo pažanga kurioje jie pristato technologiją, kuri sukuria 3D vaizdą naudojant vieną rentgeno projekciją, vadinamą rentgeno spindulių sukelta akustine kompiuterine tomografija (XACT).
Nauja vaizdavimo paradigma
„XACT metu rentgeno spindulių sukurtos garso bangos pakeičia rentgeno vaizdų veikimo būdą, rentgeno spindulius paverčia ultragarsu. Rentgeno spinduliai paprastai sklinda tiesiomis linijomis, todėl viena projekcija suteikia tik 2D informaciją. Tačiau rentgeno spinduliai -sukeliami akustiniai signalai sklinda trimis dimensijomis, todėl galima daryti 3D vaizdą su viena projekcija“, – sakė Ph.D. Shawn Xiang, atitinkamas tyrimo autorius ir UCI Radiologijos mokslų ir Biomedicinos inžinerijos katedrų docentas.
XACT panaudoja rentgeno spindulių ir audinių sąveiką, kad sukurtų akustines bangas, kurios sklinda 1500 metrų per sekundę greičiu. Šias bangas fiksuoja ultragarso detektoriai, leidžiantys realaus laiko trimačius vaizdus be mechaninio skenavimo ar sudėtingų portalinių sistemų.
„Pirmą kartą įrodėme, kad 3D vaizdą galima gauti naudojant vieną rentgeno projekciją, pagrįstą rentgeno spindulių sukeltu akustiniu aptikimu ir fantomuose, ir biologiniuose audiniuose“, – sakė tyrimo daktaras Siqi Wangas. pirmasis autorius. Wang baigė daktaro laipsnį. UCI Xiang laboratorijoje ir dabar yra Stanfordo universiteto doktorantas.
„Novatoriškas atradimas yra tai, kad galite padaryti 3D rentgeno vaizdus naudodami tik vieną projekciją, kuriai paprastai reikia 600 ar daugiau projekcijų“, – sako Vahid Yaghmai, MD, MS, FSAR, UC Irvine radiologas ir UC pirmininkas. Irvine radiologijos mokslų katedra, kuri tiesiogiai nedalyvavo tyrime.
Privalumai, viršijantys tradicinę KT
Vienas iš svarbiausių XACT pranašumų yra jo efektyvumas ir sumažintas radiacijos poveikis. Dėl to XACT yra saugesnė ir labiau prieinama alternatyva, ypač taikant įprastinę diagnostiką ir krūties vėžio patikrą. Be to, naudojant nešiojamus rentgeno šaltinius ir ultragarso detektorius, XACT sistemos žada kompaktišką, be platformų dizainą, leidžiantį vaizduoti nustatymuose, kurie anksčiau nebuvo pasiekiami tradicinėms KT sistemoms.
Nors XACT potencialas yra didžiulis, dabartiniai apribojimai apima skiriamosios gebos apribojimus, susijusius su ultragarso detektorių dažniu ir dydžiu. Būsimi patobulinimai, tokie kaip aukštesnio dažnio keitikliai ir pažangūs rekonstrukcijos algoritmai, paremti giluminiu mokymusi, galėtų dar labiau pagerinti jo veikimą.
Iš naujo apibrėžti vaizdavimą įvairiuose laukuose
Galimybė pasiekti 3D vaizdą iš vienos rentgeno projekcijos paverčia XACT transformuojančiu įrankiu ne tik medicininei diagnostikai, bet ir neardomiesiems inžinerijos ir medžiagų mokslo bandymams. Jo novatoriškas požiūris pašalina rotacinės prieigos poreikį, atverdamas naujas vaizdavimo galimybes ribotoje aplinkoje.
XACT taip pat reiškia šuolį į priekį vaizdo gavimo technologijos srityje, derinant sumažintą radiacijos poveikį, kompaktišką sistemos dizainą ir precedento neturintį efektyvumą. Šiai technologijai toliau tobulėjant, ji gali iš naujo apibrėžti medicininį ir pramoninį vaizdavimą, priartindama mus prie ateities, kurioje didelės raiškos, mažos dozės 3D vaizdavimas yra norma sveikatos priežiūros srityje ir ne tik.