مبادئ جديدة تعزز دقة صور الأشعة المقطعية بالتصوير المقطعي المحوري، مما يخفف من عنق الزجاجة في التصوير

هل واجهتَ من قبل صعوباتٍ في تصوير الأشعة السينية؟ غالباً ما يبدو البحث عن دقةٍ أعلى تنافساً لا نهاية له بين سرعة الفحص وجودة الصورة والقيود العملية.هذا الفحص يكشف عن المبادئ الأساسية لقرار التصوير المقطعية ويوفر استراتيجيات قابلة للتنفيذ لتحقيق أفضل نتائج التصوير.

في التصوير المقطعي الحاسوبي بالأشعة السينية (CT) وتطبيقات التصوير المقطعي الدقيق ، يمثل الدقة أكثر من مجرد حجم البكسل. يعتمد وضوح الصورة الحقيقي على العديد من العوامل المترابطة:

• الدقة المكانية (حد أدنى لحجم العلامة المميزة)
• أبعاد الفوكسل
• حساسية التباين
• نسبة الإشارة إلى الضوضاء
• تقليل القطع الأثرية

التحدي الحاسم لا يكمن في زيادة الدقة بأي ثمن، ولكن في إيجاد التوازن الأمثل بين هذه المعلمات المتنافسة لكل تطبيق محدد.

يحدد المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) الدقة على أنها "قدرة نظام القياس على الكشف عن التغيرات الصغيرة في نتائج القياس وإظهارها بصدق." للصورة المقطعية "، وهذا يترجم إلى أصغر سمة يمكن اكتشافها داخل عينة.

فكر في تحليل البوليمرات المعززة بألياف الكربون (CFRP). لتحديد ألياف 5-10μm ببساطة يتطلب دقة أقل من هذا الحد.التحليل الكمي لتوجيه الألياف يتطلب دقة أكبر حتى تقترب من 1μm أو دقة تحت الميكرون.

تعتمد دقة التصوير الرقمي على عنصرين أساسيين:

1. دقة البكسل/فوكسل:بعد نظرية أخذ العينات من نيكوست-شانون، يتطلب الكشف الموثوق به عن الميزات أبعاد البكسل أقل من نصف حجم الميزة المستهدفة. يتطلب ميزة 4.4 ملم على الأقل 2.بكسل 2 ملم للكشف، ولكن بكسلات تحت المليمتر لتحديد الكمية الدقيقة.
2. وظيفة انتشار النقطة (PSF):يفسّر هذا الوصف الرياضي لضبابية الصورة عيوب في نظام التصوير. حتى مع دقة البكسل الكافية، يمكن لـ PSF المفرط أن يخفي التفاصيل الحاسمة.الصور المثلى تتطلب قيم PSF حوالي واحد من العشر من حجم الميزة المستهدفة.

أنظمة التصوير المقطعي الحالية تصل إلى دقة تتراوح بين عدة أوضاع:

• التصوير المقطعي الطبي / الصناعي: 100-500μm
• ميكرو-سي تي: 1-100μm
• أنظمة عالية الدقة: 50-500nm
• أنظمة سينكروترون متقدمة: 10-100nm

الحد النظري يقترب من أطوال موجات الأشعة السينية (≈ 0.1nm) ،لكن القيود العملية مثل الفتحة العددية وتكنولوجيا الكشف تحد حالياً من أنظمة المختبرات إلى نطاق الميكرون والجزء من الميكرون.

السعي لتحقيق دقة أعلى يؤثر دائماً على معايير حرجة أخرى:

• مجال الرؤية:زيادة التكبير تقلل من منطقة الصورة. يمكن أن يوفر كاشف 3000 × 3000 بكسل إما:
  • مجال 30 ملم بدقة 10 ميكرومتر، أو
  • مجال 3 ملم بدقة 1 ميكرومتر
• مدة الفحص:المسحات ذات الدقة العالية تتطلب إما:
  • أوقات تعرض أطول للحفاظ على نسبة الإشارة إلى الضوضاء، أو
  • انخفاض جودة الصورة مع اكتساب أسرع
• قيود مصدر الأشعة السينية:تطلب النقاط المحورية الأصغر (تحسين PSF) تيار شعاع أقل ، مما يقلل من تدفق الفوتون وزيادة الضوضاء.

التصوير المقطعي الفعال يتطلب اختيار معايير مدفوعة بالهدف:

1. تحديد الحد الأدنى لحجم الميزة (L)
2. حدد حجم الفوكسل إلى L/5-L/2 للكشف، أو L/20-L/5 للكمية
3. ضبط مجال الرؤية باستخدام الخياطة أو المسح الضوئي إذا لزم الأمر
4. تحسين طاقة الأشعة السينية لكثافة العينة
5. توازن وقت المسح مقابل نسبة الإشارة إلى الضوضاء المطلوبة

توفر أنماط الاختبار الموحدة تقييمًا موضوعيًا للحلول. وتشمل المقاييس الشائعة:

• مرئية أزواج الخط في أنماط الشريط
• قياسات حدة الحافة
• تحليل وظيفة نقل تعديل

تتيح الأشباح المتخصصة مع مواد متناوبة عالية / منخفضة التباين (على سبيل المثال ، هياكل السيليكون / البوليمر) تقييمًا كميًا لقدرات الدقة الثنائية والثلاثية الأبعاد.

أساليب الحوسبة المتقدمة تظهر الوعد للتغلب على القيود التقليدية:

• التعلم العميق عالي الدقة:الشبكات العصبية يمكن أن تعزز بشكل ذكي المسحات ذات الدقة المنخفضة مع الحفاظ على التفاصيل الحاسمة. تظهر الدراسات الحديثة تحسينات الدقة 2-4 × في بعض التطبيقات.
• تصوير متعدد المستويات:الجمع بين المسح الضخم ذو الدقة المنخفضة مع الاستحواذ المستهدف ذو الدقة العالية يوفر كل من السياق والتفاصيل.

مستقبل التصوير المقطعي لم يكمن في السعي لتحقيق أقصى دقة، ولكن في تطوير أنظمة ذكية تحسن تلقائيًا جميع المعلمات لكل تحليل تحليلي محدد.