Photon counting CT (PCCT) technology

Fotonové CT

Kvantový skok ve výpočetní tomografii

Po uvedení spirálního CT v roce 1990, CT se širokým detektorem v roce 2004, CT s duální energií v roce 2005 a dvouvrstvých CT detektorů v roce 2013 se stala počítačová tomografie vyspělou modalitou, která dosáhla svých hranic. I přes veškerý technologický pokrok však zůstávají pro současnou CT technologii jistá omezení.

S fotonovým CT vyvíjíme radikálně novou technologii pro klinickou rutinu. Jejím jádrem je nový druh detektoru, který se výrazně odlišuje od standardního detektoru integrujícího energii.

Tyto fotonové detektory mají potenciál překonat omezení stávajících CT detektorů tak, že poskytnou CT data s velmi vysokým prostorovým rozlišením bez elektronického šumu, s vylepšeným poměrem kontrastu k šumu, nižší radiační dávkou a vlastními spektrálními informacemi.

Co odlišuje fotonové detektory?

An energy‐integrating detector works different from a photoncounting CT detector

Energii integrující detektor

Všechny dnešní medicínské CT systémy jsou vybaveny polovodičovými scintilačními detektory. Ve dvou krocích procesu konverze se absorbované rentgenové paprsky ve scintilačním krystalu nejprve převedou na viditelné světlo, které je následně fotodiodou připevněnou k zadní straně každého článku detektoru převedeno na elektronický signál.

Nízkoúrovňový analogový elektronický signál fotodiod je snadno ovlivnitelný elektronickým šumem, který představuje poslední omezení možného dalšího snížení radiační dávky.

Zároveň je problematické výrazně zvýšit prostorové rozlišení polovodičových scintilačních detektorů nad jejich dnešní úroveň výkonu.

V rámci tohoto procesu konverze ve dvou krocích se světlo vytvořené tisíci fotony rentgenových paprsků v průběhu integračního času shromáždí a změří jako celek, a tak přijde o spektrální informace příchozího signálu.

Direct signal conversion with a photon counting detector

Fotonový detektor

Oproti tomu mohou fotonové detektory převést fotony rentgenových paprsků na elektronické signály přímo.

V procesu přímé konverze absorbované rentgenové paprsky vytvoří páry elektron-díra v polovodiči. Elektrické náboje se oddělí v silném elektrickém poli mezi katodou na vrcholu detektoru a pixelovanými anodovými elektrodami na dně detektoru.

Ve srovnání s polovodičovými scintilačními detektory mají fotonové detektory několik výhod. Jednotlivé články detektoru jsou definovány silným elektrickým polem mezi běžnou katodou a pixelovanými anodami (Obr. 2), a nejsou tedy zapotřebí další přepážky mezi pixely detektoru, aby se zabránilo optickému přeslechu, který je vlastní scintilačním detektorům. Geometrická efektivita dávky je proto lepší než v případě scintilačních detektorů a snížená pouze protirozptylovými listy kolimátoru či mřížkami, které jsou také součástí scintilačních detektorů. Každý „makro“ pixel detektoru ohraničený listy kolimátoru lze navíc rozdělit na menší sub-pixely detektoru, které jsou načteny samostatně a výrazně zvyšují prostorové rozlišení.

Díky fotonovému detektoru, který zvládne počítat elektrické náboje vytvořené jednotlivými fotony rentgenových paprsků a měřit úroveň jejich energie, nyní máme detektor s vlastní spektrální citlivostí v každém skenu.

Co to znamená pro výpočetní tomografii – a pro vás?

Přímá konverze signálu fotonových detektorů může mít velký dopad: jejich dávka je mnohem efektivnější než u současných detektorů. Jejich pixely jsou navíc mnohem menší, což může výrazně zvýšit prostorové rozlišení. Na základě této nové technologie mohou pacienti očekávat další snížení radiační dávky a méně časté používání kontrastní látky. Lékaři navíc mohou pracovat se snímky, které zobrazují i ty nejdrobnější struktury tkání, například menší průdušky nebo metastázy v kostech.

  • Není snižována váha nízkoenergetických kvant: lepší kontrast snímku
  • Menší pixely detektoru: lepší prostorové rozlišení bez ztráty efektivity dávky
  • Eliminace elektronického šumu: nižší vystavení radiaci
  • Vlastní spektrální citlivost: informace z více energetických hladin