人类尺度 X 射线暗场成像的真实波动光学模拟
医学物理
2024-07-18 v1
摘要
背景：X 射线暗场成像 (XDFI) 已被探索用于提供优于传统 X 射线成像的性能，以诊断多种疾病条件。然而，目前缺乏可靠预测临床 XDFI 图像的人类尺度模拟工具。目的：本文首次在我们所知的最佳水平上演示了人类尺度的 XDFI 模拟。使用开发的模拟工具，我们展示了 XDFI 在诊断肺炎、纤维化、肺气肿、水肿和肺炎方面的优势与局限。方法：我们将 Voronoi 网格添加到 XCAT 幽灵中，以模拟肺部的白膜亚结构，负责肺部的暗场信号，为每种组织类型分配材料属性，并使用多层波动光学传播模拟通过增强后的 XCAT 幽灵的 X 射线波动。通过改变 Voronoi 网格的密度和厚度以及材料属性，我们模拟了正常和疾病肺部的 XDFI 图像。结果：我们的模拟框架能够生成正常或疾病肺部的人类胸部的真实 XDFI 图像。模拟确认，正常、肺气肿和纤维化的肺部显示清晰不同的暗场信号。它还表明，肺炎中的肺泡液积聚、间质性水肿中的壁厚增厚以及气胸中的脱气，都会导致暗场信号的类似降低。结论：可以通过增加肺部亚结构并使用多层波动光学生成真实的人类尺度 XDFI 图像。通过提供最真实的肺部疾病的 XDFI 图像，该开发的模拟框架将使临床试验成为可能，并优化 XDFI 的硬件和软件。
引用
@article{arxiv.2407.12664,
title = {Realistic wave-optics simulation of X-ray dark-field imaging at a human scale},
author = {Yongjin Sung and Brandon Nelson and Rajiv Gupta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.12664},
year = {2024}
}