Bättre röntgenbilder med lägre stråldos

Publicerad 2018-04-27

En ny röntgenteknik som ger högre bildupplösning och därmed bättre diagnosticering. Dessutom är stråldosen lägre. Det är en forskargrupp på KTH som i samarbete med Linköpings Universitet och spinoff-företaget Prismatic Sensors har installerat fotonräknande röntgendetektorer i en datortomograf. När resultaten presenterade på en konferens i radiologi för en tid sedan belönades presentationen med utmärkelsen Best Scientific Paper Presentation Award.

Presentationen på ESR:s (European Society of Radiology) konferens i Wien gjordes i mars av Joakim da Silva, postdok vid Medicinsk Bildfysik på KTH.

– Joakim gjorde ett bra jobb på European Congress of Radiology, den största konferensen inom vårt område i Europa med över 29 000 deltagare. Inte dåligt att vara nummer ett här, säger professor Mats Danielsson, som leder forskargruppen i medicinsk bildfysik på KTH.

De röntgendetektorer som används inom datortomografi i sjukvården idag består av kristaller (så kallade scintillatorer) som utsöndrar ljus när de träffas av röntgenstrålning. Det nya som nu presenterades på ECR är en fotonräknande röntgendetektor som installerats i en kommersiell datortomograf. Denna har tagits fram av Mats Danielssons forskargrupp in medicinsk bildfysik på KTH i samarbete med Linköpings Universitet och företaget Prismatic Sensors.

– Det är en prototyp där vi har bytt ut hela den befintliga kristalldetektorn i en datortomograf mot en fotonräknande kiseldetektor, säger Joakim da Silva på Medicinsk Bildfysik på KTH.

Den nyadetektornhar flera fördelar jämfört med de kristallbaserade detektorer som används i datortomografi idag, konstaterar han.

– För det första har den mindre pixlar vilket gör att man kan få högre upplösning i patientbilderna. Det gör att man bättre kan se och diagnosticera små strukturer, säger Joakim da Silva.

En annan fördel med den här detektorn är att den erbjuder energiupplösning. Energiupplösning innebär att man kan mäta spektrumet hos den strålning som passerat patienten, det vill säga man kan avgöra hur stor del av den detekterade strålningen som ligger inom ett antal givna energiintervall. Eftersom olika delar av spektrumet absorberas i olika hög grad av olika vävnader i kroppen kan man genom att jämföra spektrumet före och efter patienten få en bättre bild av vilka ämnen strålningen passerat längs olika linjer genom patienten. När man sedan rekonstruerar en tredimensionell bild gör materialinformationen att man bättre kan särskilja olika vävnader och material.

– Energiupplösningen gör att man kan filtrera bort elektroniskt brus och därmed sänka stråldosen till patienten. Dessutom gör den att man kvantitativt kan identifiera olika material och kontrastmedel i bilderna och därigenom förhoppningsvis öka det diagnostiska värdet, säger Joakim da Silva.

Att detektorn erbjuder energiupplösning, det vill säga förmågan att detektera strålningens spektrum, gör detta till en spektral avbildningsmetod.

– I fallet med synligt ljus är det fotonernas energi som avgör deras färg. Man kan jämföra med färgfoto och svartvitt foto. Färgfoto en typ av spektral avbildning till skillnad från svartvitt foto som mäter den totala ljusintensiteten utan att kunna särskilja färger. Röntgenfotoner har mycket högre energi än synligt ljus men skillnaden är densamma. Nuvarande datortomografer mäter endast den totala intensiteten hos strålningen som träffar detektorn medan vårt system mäter även strålningens spektrum, säger Joakim da Silva.

Forskargruppen har gjort jämförande studier på Karolinska sjukhuset mellan den fotonräknande detektorn och en kristallbaserad detektor av den typ som används i sjukvården idag.

– Vi har tagit bilder av bland annat en människoskalle, ett hjärta och geometriska ”fantom” med vår detektor och jämfört med bilder av samma objekt tagna med de system som idag används på Karolinska. Därigenom har vi sett att vi kan uppnå högre upplösning än dagens system, samt att vi bättre kan skilja olika material åt i bilderna, säger Joakim da Silva.

Nästa steg för gruppen är att göra ett antal kliniska studier där de ska avbilda riktiga patienter och låta läkare bedöma bildernas kliniska värde. De hoppas kunna påbörja dessa studier i sommar.

– Förutsatt att vi lyckas uppnå förväntade resultat vid dessa krävs även att en tillverkare av datortomografer anammar tekniken i sina produkter. Om allt faller ut väl där hoppas vi att datortomografer med fotonräknande kiseldetektorer ska finnas på marknaden inom fem år, säger Joakim da Silva.

Håkan Soold

Fakta:

  • En foton är den minsta energimängd som kan överföras av elektromagnetisk strålning.
  • Datortomografi är denvanligaste typen av 3D-bildtagning inom sjukvården. Metoden ger mycket detaljerade bilder av i stort sett alla organ i kroppen. Den används inom akutvård, trauma, screening, detektion och diagnos av olika sjukdomstillstånd och även för att kontrollera resultat och läkning efter exempelvis operationer.
  • Forskningen kring fotonräknande röntgendetektorer kan dateras tillbaka till 1996–1998 när ledaren för KTH:s grupp inom medicinsk bildfysik Mats Danielsson var forskare inom partikelfysik vid CERN i Geneve. Han inspirerades av CERN:s detektorer för partikelfysik och ville tillämpa denna teknik för att uppnå förbättringar inom medicinsk avbildning. Mats Danielsson kom till KTH 1999 som professor i medicinsk bildfysik. 2005 var hans grupp i samarbete med det medicintekniska företaget Sectra först i världen att räkna fotoner kliniskt.
Till sidans topp