Een nieuwe meetbenadering voorgesteld door wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) zou kunnen leiden tot een betere manier om computertomografie (CT) scanners te kalibreren, mogelijk de behandeling van patiënten stroomlijnen door de communicatie tussen artsen te verbeteren.

De aanpak, gedetailleerd in een onderzoekspaper in het tijdschrift PLOS EEN , suggereert hoe de röntgenstralen die door CT worden gegenereerd, kunnen worden gemeten op een manier waarmee scans van verschillende apparaten nuttig met elkaar kunnen worden vergeleken. Het biedt ook een manier om de eerste CT-meetnormen te creëren die zijn verbonden met het International System of Units (SI) door een nauwkeurigere definitie te creëren van de eenheden die in CT worden gebruikt - iets wat het veld ontbeerde.

"Als de technische gemeenschap het eens zou kunnen worden over een definitie, dan kunnen de leveranciers metingen maken die uitwisselbaar zijn, " zei Zachary Levine van NIST, een natuurkundige en een van de auteurs van het artikel. "Direct, kalibratie is niet zo grondig als het zou kunnen zijn."

Het vermogen van een object om röntgenstralen te blokkeren - zijn "radiodichtheid" - wordt gemeten in Hounsfield Units (HU's), genoemd naar de Nobelprijswinnende mede-uitvinder van CT. Kalibratie van een CT-machine, iets wat elke radiologische instelling regelmatig moet doen, omvat het scannen van een object met een bekende radiodichtheid, een fantoom genaamd, en het controleren of deze metingen het juiste aantal HU's opleveren.

Een probleem is dat de buis van een CT-scanner - in wezen de röntgengenererende "gloeilamp" - een straal creëert die de röntgenversie van wit licht is, vol met fotonen met verschillende golflengten die overeenkomen met hun energie. (Als het menselijk oog röntgenstralen zou kunnen zien, je zou de bundel van de buis door een prisma kunnen laten gaan en hem zien breken in een spectrum van kleuren.) Omdat het doordringend vermogen van een foton afhangt van zijn energie, het totale effect van de straal op het fantoom moet worden uitgemiddeld, waardoor het een uitdaging is om de kalibratie te definiëren.

Wat de situatie verder compliceert, is de manier waarop het röntgenlicht van de buis moet veranderen, afhankelijk van het type scan. Dichtere lichaamsdelen hebben meer doordringende röntgenstralen nodig, dus de buis heeft een soort kleurschakelaar waarmee de operator de buisspanning kan aanpassen aan de taak. Het aanpassen van de spanning van de buis verandert het spectrum van de straal, zodat het varieert tussen zoiets als een "koelwitte" en een "warmwitte" gloeilamp. Het variabele spectrum maakt het moeilijker om ervoor te zorgen dat de kalibratie correct is voor alle spanningen.

Voeg deze complicaties toe aan de verschillen die bestaan ​​tussen verschillende fabrikanten van CT-machines, en je krijgt veel problemen voor iedereen die de kalibratie van een bepaalde scanner wil koppelen aan een universele standaard. Maar als het zou kunnen, er zouden verstrekkende voordelen zijn voor zowel de industrie als de geneeskunde.

"U wilt uitwisselbare antwoorden, ongeacht welke CT-machine u gebruikt en wanneer, ' zei Levine. 'Ten eerste, u wilt dat artsen kunnen communiceren tussen ziekenhuizen. Laten we zeggen dat een patiënt een follow-up nodig heeft, maar ergens ver van huis is, of dezelfde scanner kreeg een software-upgrade die het aantal HU's verandert. Als je niet nauwkeurig kunt meten, je kunt je technologie niet verbeteren."

Een betere kalibratie zou de diagnose efficiënter en ook goedkoper kunnen maken, zei Levine.

"Betere vergelijkingen tussen scanners zouden ons in staat kunnen stellen om grenswaarden voor ziekte vast te stellen, zoals emfyseem dat een bepaalde Hounsfield-score of lager krijgt, " zei hij. "Het is ook gebruikelijk dat CT-scans verdachte gezwellen opduiken die kanker kunnen zijn, en een arts bestelt vaak een MRI als follow-up. We kunnen de noodzaak voor die tweede procedure elimineren."

Het NIST-team moest de onzekerheden overwinnen die werden veroorzaakt door het brede röntgenspectrum van de buis en de instelling van de buisspanning. Hun idee was om verschillende fantomen te vullen met verschillende concentraties poedervormige chemicaliën die veel voorkomen in het lichaam, en vergelijk de radiodichtheid van de fantomen met behulp van CT. De vergelijking zou helpen om HU's te koppelen aan het aantal mol per kubieke meter, die beide SI-eenheden zijn.

"Het uitvoeren van dit idee was lastig, omdat het volume van een mol afhangt van de grootte van een bepaald chemisch molecuul, Levine zei. "Een mol zout neemt meer ruimte in beslag dan een mol koolstof, bijvoorbeeld. En de lucht in de poeders vormde een verdere complicatie."

De truc zou iedereen behalve een wiskundeliefhebber doen huiveren:elke chemische stof in het mengsel kan worden gekenmerkt door twee cijfers, maar het hele fantoom creëerde een 13-dimensionale ruimte die de data-analyse bemoeilijkte. Gelukkig, het team was in staat om een ​​lineaire algebratechniek te gebruiken die bekend is bij de datawetenschap om de gegevens te vereenvoudigen tot twee dimensies, wat veel beter beheersbaar was.

"In principe, we hebben aangetoond dat u een prestatiedoel voor een CT-scanner kunt maken dat elke ontwerpingenieur kan halen, "Zei Levine. "Fabrikanten krijgen al tientallen jaren verschillende antwoorden op hun machines omdat niemand hun ingenieurs vertelde hoe ze met het röntgenspectrum moesten omgaan. Er is slechts een kleine wijziging in de bestaande praktijk nodig om hun metingen te verenigen."