সারসংক্ষেপ

দ্বি-শক্তি বিয়োগ ইমেজিং (DES) হল একটি উন্নত চিকিৎসা ইমেজিং কৌশল যা জটিল শারীরস্থানিক পটভূমির বিপরীতে কনট্রাস্ট এজেন্টের সনাক্তযোগ্যতা উন্নত করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। এই পদ্ধতিতে বিভিন্ন শক্তি স্তরে দুটি এক্স-রে ইমেজ অর্জন জড়িত—একটি কনট্রাস্ট এজেন্ট উপাদানের কে-শোষণ প্রান্তের উপরে এবং একটি নীচে, যেমন 33.2 keV-এ আয়োডিন। এই ইমেজগুলির লগারিদমিক বিয়োগ সম্পাদন করে, আশেপাশের টিস্যু থেকে সংকেত দমন করা হয়, যার ফলে কনট্রাস্ট এজেন্টের আপেক্ষিক দৃশ্যমানতা বৃদ্ধি পায়। সম্ভাবনা থাকা সত্ত্বেও, DES ক্লিনিকাল অনুশীলনে ব্যাপকভাবে গৃহীত হয়নি, আংশিকভাবে দ্বৈত এক্সপোজার থেকে মোশন আর্টিফ্যাক্ট প্রবর্তন না করে দুটি স্বতন্ত্র এক্স-রে স্পেকট্রাম পাওয়ার চ্যালেঞ্জের কারণে।

এই গবেষণাটি আয়োডিনযুক্ত কনট্রাস্ট এজেন্ট সহ একটি ম্যামোগ্রাফি মডেলে সিলিকন-স্ট্রিপ ডিটেক্টর সহ ইলেকট্রনিক স্পেকট্রাম-স্প্লিটিং এর ব্যবহার অন্বেষণ করে। তাত্ত্বিক এবং পরীক্ষামূলক বিশ্লেষণ পরিচালিত হয়, কৌশলটিকে প্রচলিত শোষণ ইমেজিং এবং একটি ব্যাপক সিগন্যাল-টু-নয়েজ রেশিও (SNR) ব্যবহার করে নিয়ার-আদর্শ ডিটেক্টরের সাথে তুলনা করা হয় যা পরিসংখ্যানগত এবং কাঠামোগত উভয় শব্দই বিবেচনা করে। গবেষণাটি বর্ণালী ফিল্টারিংয়ের জন্য একটি ক্রোম্যাটিক মাল্টি-প্রিজম এক্স-রে লেন্স (MPL) এর প্রয়োগও তদন্ত করে, যা একটি সংকীর্ণ, টিউনযোগ্য স্পেকট্রাম অফার করে যা সম্ভাব্যভাবে ভারী শোষণ ফিল্টারেশনের সীমাবদ্ধতা কাটিয়ে উঠতে পারে, যেমন এক্স-রে ফ্লাক্সের উল্লেখযোগ্য হ্রাস।

ভূমিকা

কনট্রাস্ট এজেন্টগুলি চিকিৎসা এক্স-রে ইমেজিংয়ে একই ঘনত্ব এবং পারমাণবিক সংখ্যা সহ কাঠামোর মধ্যে পার্থক্য বাড়ানোর জন্য ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। ম্যামোগ্রাফিতে, আয়োডিনযুক্ত কনট্রাস্ট এজেন্টগুলি টিউমার হাইলাইট করার জন্য বিশেষভাবে মূল্যবান, কারণ ক্ষত বৃদ্ধির সাথে যুক্ত অ্যানজিওজেনেসিস ভাসকুলার ব্যাপ্তিযোগ্যতা এবং এজেন্ট ধারণ বৃদ্ধি করে। যদিও কম্পিউটেড টমোগ্রাফি (CT) ইন্ট্রাভেনাস কনট্রাস্ট প্রশাসন থেকে উপকৃত হয়, স্ট্যান্ডার্ড স্ক্রিন-ফিল্ম বা ডিজিটাল ম্যামোগ্রাফি প্রায়ই সীমিত কনট্রাস্ট রেজোলিউশন দ্বারা ভোগে, যা কনট্রাস্ট-বর্ধিত ক্ষতের সনাক্তযোগ্যতা হ্রাস করে।

এই সীমাবদ্ধতার সমাধান হিসাবে দ্বি-শক্তি বিয়োগ (DES) ইমেজিং প্রস্তাব করা হয়েছে। এই কৌশলটি কনট্রাস্ট এজেন্টগুলির শোষণ সহগের তাদের কে-শোষণ প্রান্তে দ্রুত পরিবর্তনের সুবিধা নেয়। আয়োডিনের জন্য, এই প্রান্তটি 33.2 keV-এ ঘটে। এই শক্তির নীচে এবং উপরে কেন্দ্রীভূত এক্স-রে স্পেকট্রাম সহ ইমেজ অর্জন করে, এবং তারপর সেগুলিকে লগারিদমিকভাবে একত্রিত করে, DES নির্দিষ্ট টিস্যু জোড়া (যেমন, গ্রন্থিময় এবং অ্যাডিপোজ টিস্যু) থেকে সংকেত বাতিল করতে পারে যখন কনট্রাস্ট এজেন্টকে জোর দেয়। যাইহোক, ব্যবহারিক বাস্তবায়নের জন্য দুটি সংকীর্ণ, ভালভাবে পৃথক স্পেকট্রাম প্রয়োজন, যা ঐতিহ্যগতভাবে দ্বৈত অ্যানোড উপকরণ এবং শোষণ ফিল্টারিং ব্যবহার করে অর্জন করা হয়েছে—একটি পদ্ধতি যা মোশন আনশার্পনেস এবং দক্ষতা সমস্যার প্রবণ।

এই গবেষণাপত্রটি ক্লিনিকাল ম্যামোগ্রাফির জন্য DES অপ্টিমাইজ করার লক্ষ্য নিয়ে ইলেকট্রনিক স্পেকট্রাম-স্প্লিটিং এবং MPL-ভিত্তিক ফিল্টারিং মূল্যায়ন করে এই চ্যালেঞ্জগুলি মোকাবেলা করে।

পদ্ধতিবিদ্যা

তাত্ত্বিক কাঠামো

DES-এর তাত্ত্বিক ভিত্তি বিভিন্ন শক্তিতে উপকরণ দ্বারা এক্স-রের পার্থক্যমূলক ক্ষয়ের উপর ভিত্তি করে। একটি উপাদানের ক্ষয় সহগ μ(E) ফোটন শক্তি E-এর সাথে পরিবর্তিত হয়, এবং কে-এজে, ফটোইলেকট্রিক শোষণের কারণে এটি অসমতভাবে বৃদ্ধি পায়। আয়োডিনের মতো একটি কনট্রাস্ট এজেন্টের জন্য, এটি প্রান্তের ঠিক উপরে নীচের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে উচ্চতর ক্ষয়ের ফলে। DES প্রক্রিয়াটির মধ্যে নিম্ন এবং উচ্চ শক্তিতে প্রেরিত তীব্রতা I_low এবং I_high পরিমাপ করা এবং বিয়োগকৃত ইমেজ S = ln(I_low) - k · ln(I_high) গণনা করা জড়িত, যেখানে k একটি ওজন ফ্যাক্টর যা ব্যাকগ্রাউন্ড টিস্যু সংকেত বাতিল করতে অপ্টিমাইজ করা হয়।

ইলেকট্রনিক স্পেকট্রাম-স্প্লিটিং

ইলেকট্রনিক স্পেকট্রাম-স্প্লিটিং একটি সিলিকন-স্ট্রিপ ডিটেক্টর ব্যবহার করে যা ইলেকট্রনিকভাবে ফোটন শক্তি পৃথক করতে সক্ষম। এই পদ্ধতিটি একটি একক এক্স-রে এক্সপোজার থেকে নিম্ন- এবং উচ্চ-শক্তির ইমেজ একই সাথে অর্জনের অনুমতি দেয়, দ্বৈত এক্সপোজারের সাথে যুক্ত মোশন আর্টিফ্যাক্ট দূর করে। মন্টে কার্লো সিমুলেশন ব্যবহার করে ডিটেক্টরের শক্তি রেজোলিউশন এবং দক্ষতা মডেল করা হয়েছিল, এবং এর কর্মক্ষমতা একটি আদর্শ শক্তি-সমাধানকারী ডিটেক্টরের সাথে তুলনা করা হয়েছিল।

মাল্টি-প্রিজম এক্স-রে লেন্স (MPL)

মাল্টি-প্রিজম এক্স-রে লেন্স হল একটি রিফ্র্যাক্টিভ অপটিক্যাল উপাদান যা প্রিজমের একটি সিরিজের মাধ্যমে এক্স-রে ফোকাস করে, ক্রোম্যাটিক ডিসপারশন প্রদান করে। লেন্স জ্যামিতি টিউন করে, এটি এক্স-রে স্পেকট্রাম ফিল্টার করতে পারে যাতে আয়োডিন কে-এজ জুড়ে থাকার জন্য উপযুক্ত সংকীর্ণ শক্তি ব্যান্ড তৈরি হয়। MPL-এর ট্রান্সমিশন দক্ষতা এবং বর্ণালী বিশুদ্ধতার তাত্ত্বিক গণনা করা হয়েছিল, এবং ফ্লাক্স এবং SNR মেট্রিক্সের ভিত্তিতে প্রচলিত শোষণ ফিল্টার প্রতিস্থাপনের এর সম্ভাবনা মূল্যায়ন করা হয়েছিল।

পরীক্ষামূলক সেটআপ

পরীক্ষাগুলি একটি ম্যামোগ্রাফি ফ্যান্টম ব্যবহার করে পরিচালিত হয়েছিল যাতে টিস্যু-সমতুল্য পটভূমিতে এমবেড করা আয়োডিন কনট্রাস্ট স্পট রয়েছে। ফ্যান্টমটিকে 40 kVp-এ পরিচালিত একটি টাংস্টেন অ্যানোড টিউব ব্যবহার করে উত্পন্ন এক্স-রে স্পেকট্রাম দিয়ে বিকিরণ করা হয়েছিল, MPL ফিল্টারিং সহ এবং ছাড়া। সিলিকন-স্ট্রিপ ডিটেক্টর দিয়ে ইমেজ অর্জন করা হয়েছিল, এবং DES অ্যাকুইজিশন-পরবর্তী প্রয়োগ করা হয়েছিল। SNR, কোয়ান্টাম নয়েজ এবং শারীরস্থানিক ব্যাকগ্রাউন্ড পরিবর্তনশীলতা উভয়ই অন্তর্ভুক্ত করে, প্রতিটি কনফিগারেশনের জন্য গণনা করা হয়েছিল।

ফলাফল

ইলেকট্রনিক স্পেকট্রাম-স্প্লিটিং কর্মক্ষমতা

সিলিকন-স্ট্রিপ ডিটেক্টর ন্যূনতম ক্রস-টক সহ সফলভাবে নিম্ন- এবং উচ্চ-শক্তির ইমেজ সমাধান করেছে। DES ইমেজগুলি টিস্যু ব্যাকগ্রাউন্ডের কার্যকর দমন দেখিয়েছে, আয়োডিন সংকেত বিশিষ্টভাবে বর্ধিত হয়েছে। SNR বিশ্লেষণ নিশ্চিত করেছে যে ইলেকট্রনিক স্পেকট্রাম-স্প্লিটিং সিমুলেটেড শর্তে একটি আদর্শ ডিটেক্টরের সাথে তুলনীয়ভাবে কাজ করে, যদিও শক্তি রেজোলিউশনে ব্যবহারিক সীমাবদ্ধতা তার দক্ষতা কিছুটা হ্রাস করেছে।

MPL ফিল্টারিং কার্যকারিতা

MPL সংকীর্ণ স্পেকট্রাম (FWHM ~4 keV) উত্পাদন করেছে যা 31 keV এবং 35 keV-এ কেন্দ্রীভূত, আয়োডিন DES-এর জন্য আদর্শ। প্রচলিত ফিল্টারেশনের তুলনায়, MPL উচ্চতর এক্স-রে ফ্লাক্স বজায় রেখেছে, যার ফলে হ্রাসকৃত কোয়ান্টাম নয়েজের কারণে SNR-এ 30% উন্নতি হয়েছে। লেন্সের টিউনযোগ্যতা বিভিন্ন কনট্রাস্ট এজেন্ট এবং ইমেজিং কাজের জন্য অপ্টিমাইজেশনকেও অনুমতি দেয়।

তুলনামূলক বিশ্লেষণ

দুটি অ্যানোড উপকরণ ব্যবহার করে দ্বৈত-স্পেকট্রা (DS) পদ্ধতির সাথে তুলনা করলে, ইলেকট্রনিক স্পেকট্রাম-স্প্লিটিং পদ্ধতি মোশন আর্টিফ্যাক্ট দূর করেছে এবং ইমেজিং সেটআপ সরলীকৃত করেছে। MPL ভারী ধাতু ফিল্টারের সাথে যুক্ত ফ্লাক্স জরিমানা ছাড়াই উচ্চতর বর্ণালী পৃথকীকরণ প্রদান করে আরও কর্মক্ষমতা বর্ধিত করেছে।

আলোচনা

ফলাফলগুলি প্রদর্শন করে যে ইলেকট্রনিক স্পেকট্রাম-স্প্লিটিং এবং MPL ফিল্টারিং ম্যামোগ্রাফিতে DES-এর জন্য উল্লেখযোগ্য সুবিধা অফার করে। একটি একক এক্সপোজারে দ্বি-শক্তি ডেটা অর্জনের ক্ষমতা traditional DES-এর একটি প্রধান সীমাবদ্ধতা সমাধান করে, যখন MPL-এর দক্ষ বর্ণালী গঠন ডোজ দক্ষতা ছাড়াই SNR উন্নত করে। যাইহোক, চ্যালেঞ্জগুলি রয়ে গেছে, যার মধ্যে MPL উত্পাদনের খরচ এবং জটিলতা এবং উচ্চ-কর্মক্ষমতা শক্তি-সমাধানকারী ডিটেক্টরের প্রয়োজনীয়তা অন্তর্ভুক্ত।

SNR মেট্রিকে কাঠামোগত শব্দ অন্তর্ভুক্ত করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, কারণ শারীরস্থানিক clutter প্রায়ই ম্যামোগ্রাফিতে সনাক্তযোগ্যতা সীমিত করে। এটি বিবেচনা করে, গবেষণাটি ক্লিনিকাল সেটিংসে DES কর্মক্ষমতার একটি আরও বাস্তবসম্মত মূল্যায়ন প্রদান করে। ভবিষ্যতের কাজ এই প্রযুক্তিগুলিকে ফুল-ফিল্ড ডিজিটাল ম্যামোগ্রাফি সিস্টেমে একীভূত করার এবং রোগীর গবেষণায় তাদের রোগ নির্ণয়ের নির্ভুলতার প্রভাব মূল্যায়নের উপর ফোকাস করা উচিত।

উপসংহার

এই গবেষণাটি প্রতিষ্ঠিত করে যে ইলেকট্রনিক স্পেকট্রাম-স্প্লিটিং এবং মাল্টি-প্রিজম এক্স-রে লেন্স ব্যবহার করে কনট্রাস্ট-বর্ধিত দ্বি-শক্তি বিয়োগ ইমেজিং ম্যামোগ্রাফিতে আয়োডিনযুক্ত কনট্রাস্ট এজেন্টের সনাক্তযোগ্যতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করতে পারে। ইলেকট্রনিক স্পেকট্রাম-স্প্লিটিং কৌশল মোশন আনশার্পনেস প্রশমিত করে, যখন MPL প্রচলিত ফিল্টারেশন পদ্ধতির তুলনায় টিউনযোগ্য, সংকীর্ণ স্পেকট্রাম প্রদান করে যা ইমেজের গুণমান বাড়ায়। এই অগ্রগতিগুলি DES-এর ব্যাপক ক্লিনিকাল গৃহীতির প্রতিশ্রুতি ধারণ করে, সম্ভাব্যভাবে উন্নত কনট্রাস্ট রেজোলিউশনের মাধ্যমে স্তনের টিউমারের প্রাথমিক সনাক্তকরণ উন্নত করতে পারে।

মূল অন্তর্দৃষ্টি

• ইলেকট্রনিক স্পেকট্রাম-স্প্লিটিং একটি একক এক্সপোজারে দ্বি-শক্তি ডেটা অর্জন করে মোশন-আর্টিফ্যাক্ট-মুক্ত DES সক্ষম করে।
• মাল্টি-প্রিজম এক্স-রে লেন্স উচ্চতর বর্ণালী ফিল্টারিং অফার করে, ফ্লাক্স ক্ষতি হ্রাস করে এবং SNR উন্নত করে।
• আয়োডিন কনট্রাস্ট এজেন্ট সহ DES শোষণ ইমেজিংয়ের তুলনায় 2.5×-এর বেশি SNR উন্নতি অর্জন করতে পারে।
• ম্যামোগ্রাফিতে সঠিক কর্মক্ষমতা মূল্যায়নের জন্য SNR গণনায় কাঠামোগত শব্দ অন্তর্ভুক্ত করতে হবে।
• MPL প্রযুক্তি বিভিন্ন কনট্রাস্ট এজেন্টের জন্য টিউনযোগ্য, আয়োডিন-ভিত্তিক DES-এর বাইরে এর প্রযোজ্যতা প্রসারিত করে।