Wetenschappers van Stony Brook University hebben een nieuwe techniek gebruikt bij de National Synchrotron Light Source II (NSLS-II), een U.S. Department of Energy (DOE) Office of Science User Facility in Brookhaven National Laboratory, om al lang bestaande vragen op het gebied van medische beeldvorming te beantwoorden.

Het onderzoeksteam gebruikte voor het eerst individuele röntgenstralen om de fysica van de beweging van licht binnen scintillatoren - een onderdeel van röntgendetectoren - te karakteriseren. Hun bevindingen kunnen helpen bij de ontwikkeling van efficiëntere röntgendetectoren voor verbeterde medische diagnoses.

Röntgenbeeldvorming is een wijdverbreide techniek om de interne structuren van materie te bekijken. Op medisch gebied, Röntgenbeeldvorming wordt gebruikt om beelden van de interne structuur van het lichaam te genereren voor diagnostische en interventionele doeleinden. De methode werkt door röntgenstralen door een patiënt te projecteren en deze vast te leggen met een röntgendetector om een ​​"schaduwbeeld" van het lichaam van de patiënt te produceren. Hoewel röntgenbeeldvorming in al zijn toepassingen op dezelfde manier werkt, het vormt een duidelijk probleem voor de medische industrie.

"Er zijn concurrerende uitdagingen op het gebied van medische röntgenbeeldvorming, " zei Adrian Howansky, een doctoraat kandidaat bij SBU's Health Sciences Center. "Je wilt zoveel mogelijk röntgenfoto's detecteren om een ​​beeld van hoge kwaliteit te produceren en de beste diagnose te stellen, maar u moet ook het aantal röntgenfoto's dat u door de patiënt laat maken, beperken om hun veiligheidsrisico te minimaliseren."

Röntgenstralen kunnen schadelijk zijn voor patiënten als ze in grote of meerdere doses worden ontvangen. Daarom probeerde het SBU-team röntgendetectoren te optimaliseren door de fysica van hun werking te begrijpen. Als ze de exacte manier zouden kunnen definiëren waarop deze detectoren een beeld produceren, het team kon methoden identificeren om de beelden te verbeteren zonder het aantal röntgenfoto's dat door de patiënt wordt gestuurd te vergroten. Om dit te doen, de wetenschappers bestudeerden het meest cruciale onderdeel van de röntgendetector, de scintillator genoemd. Dit materiaal, waarvan de dikte slechts 200 micrometer kan zijn, is verantwoordelijk voor het absorberen van röntgenstralen en het omzetten ervan in uitbarstingen van zichtbaar licht.

"Tot ons experiment hier bij NSLS-II, niemand heeft precies kunnen beschrijven hoe licht zich binnen scintillatoren beweegt om een ​​beeld te vormen, ' zei Howansky.

Wat wetenschappers wel wisten, is dat wanneer licht rond een scintillator kaatst voordat het wordt gedetecteerd, het produceert "onscherpte" die de beeldresolutie vermindert. Willekeurige variaties in die onscherpte kunnen ook extra ruis aan het röntgenbeeld bijdragen. Als dit fenomeen direct kan worden waargenomen en begrepen, wetenschappers konden manieren vinden om de prestaties van röntgendetectoren en de kwaliteit van de beelden die ze produceren te verbeteren, en het aantal röntgenstralen dat nodig is om bruikbare beelden te maken te verminderen.

Het SBU-team zocht naar de bronnen van dit geluid door verschillende soorten scintillatoren bij bundellijn 28-ID-2 bij NSLS-II te analyseren. Door een nieuwe benadering te gebruiken, de wetenschappers beeldden individuele röntgenfoto's af op bekende punten in de scintillator om verstorende factoren te elimineren.

"Door enkele röntgenfoto's op precieze diepten in de scintillatoren te plaatsen, we waren in staat om precies te karakteriseren hoe licht verstrooit en wordt verzameld vanaf verschillende punten van oorsprong. Dit stelt ons in staat om elke bron van ruis te lokaliseren in de beelden die scintillatoren maken, " zei Howansky. "We zijn de eerste groep die dit fenomeen rechtstreeks kan meten vanwege de middelen bij NSLS-II."

Rick Lubinsky, een assistent-onderzoeksprofessor in de radiologie aan de SBU, zei, "Het is verbazingwekkend wat we kunnen doen met de hulp van bundellijnwetenschappers van NSLS-II. Ze creëerden de perfecte röntgenbundel voor ons onderzoek - precies het juiste energieniveau en precies de juiste vorm. De bundel was zo dun dat we kon het in feite op en neer bewegen in de scintillator en oplossen wat er gebeurde. De helderheid en intensiteit van de straal is ongelooflijk."