Un nuovo approccio di misurazione proposto dagli scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) potrebbe portare a un modo migliore per calibrare gli scanner per tomografia computerizzata (CT), potenzialmente semplificando il trattamento dei pazienti migliorando la comunicazione tra i medici.

L'approccio, dettagliato in un articolo di ricerca sulla rivista PLOS UNO , suggerisce come i fasci di raggi X generati dalla TC possano essere misurati in modo tale da consentire un utile confronto tra le scansioni provenienti da diversi dispositivi. Offre anche un percorso per creare i primi standard di misurazione TC collegati al Sistema internazionale di unità (SI) creando una definizione più precisa delle unità utilizzate in TC, cosa che mancava al campo.

"Se la comunità tecnica potesse concordare una definizione, quindi? i fornitori potrebbero creare misurazioni intercambiabili, " ha detto Zachary Levine del NIST, un fisico e uno degli autori dell'articolo. "Proprio adesso, la calibrazione non è così accurata come potrebbe essere."

La capacità di un oggetto di bloccare i raggi X - la sua "radiodensità" - è misurata in unità Hounsfield (HU), chiamato per il co-inventore vincitore del premio Nobel di CT. Taratura di una macchina CT, qualcosa che ogni struttura di radiologia deve eseguire regolarmente, implica la scansione di un oggetto di radiodensità nota chiamato fantasma e il controllo se queste misurazioni forniscono il numero corretto di HU.

Un problema è che il tubo di uno scanner CT, essenzialmente la sua "lampadina" che genera raggi X, crea un raggio che è la versione a raggi X della luce bianca, pieno di fotoni con diverse lunghezze d'onda che corrispondono alla loro energia. (Se l'occhio umano potesse vedere i raggi X, potresti far passare il raggio del tubo attraverso un prisma e vederlo rompersi in uno spettro di colori.) Poiché il potere di penetrazione di un fotone dipende dalla sua energia, l'effetto complessivo del raggio sul fantoccio deve essere mediato, rendendo difficile definire la calibrazione.

A complicare ulteriormente la situazione è il modo in cui la luce dei raggi X del tubo deve cambiare a seconda del tipo di scansione. Le parti del corpo più dense necessitano di raggi X più penetranti, quindi il tubo ha una sorta di interruttore di colore che consente al suo operatore di regolare la tensione del tubo in base al lavoro. La regolazione della tensione del tubo altera lo spettro del raggio, in modo che oscilli tra qualcosa come una lampadina "bianco freddo" e una lampadina "bianco caldo". Lo spettro variabile rende più difficile garantire che la calibrazione sia corretta per tutte le tensioni.

Aggiungi queste complicazioni alle differenze che esistono tra i vari produttori di macchine CT, e avrai molti problemi per chiunque voglia collegare la calibrazione di un dato scanner a uno standard universale. Ma se si potesse fare, ci sarebbero benefici di vasta portata sia per l'industria che per la medicina.

"Vuoi risposte intercambiabili indipendentemente da quale macchina CT usi e quando, " Levine ha detto. "Per prima cosa, vuoi che i medici siano in grado di comunicare tra gli ospedali. Diciamo che un paziente ha bisogno di un follow-up ma è da qualche parte lontano da casa, oppure lo stesso scanner ha ricevuto un aggiornamento software che modifica il numero di HU. Se non puoi misurare con precisione, non puoi migliorare la tua tecnologia."

Una migliore calibrazione potrebbe rendere la diagnosi più efficiente e anche meno costosa, ha detto Levine.

"Migliori confronti tra gli scanner potrebbero consentirci di stabilire punti limite per la malattia, come l'enfisema che ottiene un particolare punteggio Hounsfield o inferiore, " ha detto. "È anche comune che le scansioni TC mostrino escrescenze sospette che potrebbero essere cancerose, e un medico ordina comunemente una risonanza magnetica come follow-up. Potremmo eliminare la necessità di quella seconda procedura".

Il team del NIST ha dovuto superare le incertezze create dall'ampio spettro di raggi X del tubo e dall'impostazione della tensione del tubo. La loro idea era di riempire diversi fantasmi con diverse concentrazioni di sostanze chimiche in polvere comuni nel corpo, e confrontare la radiodensità dei fantasmi utilizzando la TC. Il confronto aiuterebbe a collegare le HU al numero di moli per metro cubo, che sono entrambe unità SI.

"L'esecuzione di questa idea è stata complicata, perché il volume di una mole dipende dalle dimensioni di una data molecola chimica, " disse Levine. "Una mole di sale occupa più spazio di una mole di carbonio, Per esempio. E l'aria nelle polveri rappresentava un'ulteriore complicazione".

L'inganno farebbe sussultare tutti tranne un appassionato di matematica:ogni sostanza chimica nella miscela potrebbe essere caratterizzata da due numeri, ma l'intero fantasma ha creato uno spazio a 13 dimensioni che ha complicato l'analisi dei dati. Fortunatamente, il team è stato in grado di utilizzare una tecnica di algebra lineare ben nota alla scienza dei dati per semplificare i dati fino a due dimensioni, che era molto più gestibile.

"Fondamentalmente, abbiamo dimostrato che è possibile creare un obiettivo prestazionale dello scanner CT che qualsiasi progettista può raggiungere, " Levine ha detto. "I produttori hanno ricevuto risposte diverse nelle loro macchine per decenni perché nessuno ha detto ai loro ingegneri come gestire lo spettro dei raggi X. È necessaria solo una piccola modifica alla pratica esistente per unificare le loro misurazioni."