Nuevo enfoque de medición de rayos X

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Nuevo enfoque de medición de rayos X, podría mejorar los escáneres de tomografía computarizada.

La medición propuesta por los científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) podría conducir a una mejor manera de calibrar los escáneres de tomografía computarizada (TC), lo que podría racionalizar el tratamiento del paciente al mejorar la comunicación entre los médicos. 

Detalles del análisis

El enfoque, detallado en un trabajo de investigación.en la revista PLOS One , se sugiere cómo se pueden medir los haces de rayos X generados por la TC de una manera que permita comparar los escaneos de diferentes dispositivos de manera útil. También ofrece un camino para crear los primeros estándares de medición de CT conectados al Sistema Internacional de Unidades (SI) mediante la creación de una definición más precisa de las unidades utilizadas en CT, algo que el campo no tiene.  

«Si la comunidad técnica podría acordar una definición, entonces los proveedores podrían crear medidas que sean intercambiables», dijo Zachary Levine, un físico del NIST y uno de los autores del artículo. «En este momento, la calibración no es tan completa como podría ser». 

La capacidad de un objeto para bloquear los rayos X, su «radiodensidad», se mide en unidades de Hounsfield(HUs), el nombre de la co-inventora ganadora del Premio Nobel de la TC. La calibración de una máquina de tomografía computarizada, algo que todas las instalaciones de radiología deben realizar con regularidad, consiste en escanear un objeto de radiodensidad conocida llamado fantasma y verificar si estas mediciones dan el número correcto de UH. 

© Tyler Olson
Los métodos del NIST pueden haber encontrado una mejor manera de calibrar los escáneres de tomografía computarizada, lo que podría racionalizar el tratamiento del paciente para mejorar la comunicación entre los médicos.

Incidencias

Un problema es que el tubo de un escáner CT, esencialmente su «bombilla» que genera rayos X, crea un haz que es la versión de rayos X de luz blanca, llena de fotones con diferentes longitudes de onda que corresponden a su energía. (Si el ojo humano pudiera ver los rayos X, usted podría pasar el haz del tubo a través de un prisma y ver cómo se rompe en un espectro de colores). Debido a que el poder de penetración de un fotón depende de su energía, el efecto general del haz en el espectro tiene que promediarse, por lo que es difícil definir la calibración. 


Lo que complica aún más la situación es la forma en que la luz de rayos X del tubo tiene que cambiar dependiendo del tipo de exploración. Las partes del cuerpo más densas necesitan rayos X más penetrantes, por lo que el tubo tiene una especie de interruptor de color que le permite a su operador ajustar el voltaje del tubo para que coincida con el trabajo. Ajustar el voltaje del tubo altera el espectro del haz, de modo que oscila entre algo como un «blanco frío» y una bombilla de «blanco cálido». El espectro variable lo hace más difícil para garantizar que la calibración sea correcta para todos los voltajes.

Agregue estas complicaciones a las diferencias que existen entre los distintos fabricantes de máquinas de CT, y tendrá muchos problemas para cualquiera que quiera vincular la calibración de cualquier escáner dado a un estándar universal. Pero si pudiera hacerse, habría beneficios de gran alcance tanto para la industria como para la medicina.


Una mejor calibración podría hacer que el diagnóstico sea más eficiente y menos costoso también, dijo Levine. 

«Las mejores comparaciones entre escáneres podrían permitirnos establecer puntos de corte para enfermedades, como el enfisema que obtiene un puntaje de Hounsfield particular o inferior», dijo. “También es común que las tomografías computarizadas muestren crecimientos sospechosos que podrían ser cancerosos, y un médico comúnmente ordena una MRI como seguimiento. Podríamos eliminar la necesidad de ese segundo procedimiento «. 

El equipo del NIST tuvo que superar las incertidumbres creadas por el amplio espectro del espectro de rayos X y la configuración del voltaje del tubo. Su idea era llenar varios fantasmas con diferentes concentraciones de productos químicos en polvo que son comunes en el cuerpo y comparar la radiodensidad de los fantasmas mediante la TC. La comparación ayudaría a vincular las HU con el número de moles por metro cúbico, que son ambas unidades SI.  

«Ejecutar esta idea fue complicado, porque el volumen de un lunar depende del tamaño de una molécula química dada», dijo Levine. “Un mol de sal ocupa más espacio que un mol de carbono, por ejemplo. Y el aire en los polvos representó una complicación adicional «. 

El engaño haría que todos, excepto un aficionado a las matemáticas, se estremecieran: cada sustancia química de la mezcla podría caracterizarse por dos números, pero todo el espectro creó un espacio de 13 dimensiones que complicó el análisis de los datos. Afortunadamente, el equipo pudo usar una técnica de álgebra lineal bien conocida por la ciencia de datos para simplificar los datos a dos dimensiones, lo que era mucho más manejable.

«Básicamente, hemos demostrado que puede crear un objetivo de rendimiento de escáner CT que cualquier ingeniero de diseño pueda alcanzar», dijo Levine. “Los fabricantes han estado recibiendo diferentes respuestas en sus máquinas durante décadas porque nadie les dijo a sus ingenieros cómo manejar el espectro de rayos X. Solo se requiere un pequeño cambio en la práctica existente para unificar sus mediciones «.  

Fuente : Nist


ZH Levine, AP Peskin, AD Holmgren, EJ Garboczi. Investigación preliminar de tomografía computarizada de rayos X para vincular las mediciones de unidades de Hounsfield con el Sistema Internacional de Unidades (SI). PLOS One , DOI: 10.1371 / journal.pone.0208820, 20 de diciembre de 2018.