Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήμα Τεχνoλογίας Ιατρικών Οργάνων Μετρήσεις και μοντελοποίηση χαρακτηριστικών μεταφοράς συστήματος οθονών σπινθηριστών για χρήση στη Ψηφιακή Ακτινοδιαγνωστική και Μαστογραφία Μιχαήλ Χρήστος Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήμα Τεχνoλογίας Ιατρικών Οργάνων ΤΕΙ Αθήνας

Εισαγωγή Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι: Η εξέταση και αξιολόγηση των προβλέψεων που δίνονται από θεωρητικό μοντέλο για τον υπολογισμό της Συνάρτησης Μεταφοράς Διαμόρφωσης (MTF) οθονών σπινθηριστών. Η σύγκριση τους με πειραματικές μετρήσεις που ελήφθησαν από την επιστημονική ομάδα του εργαστηριού καθώς και βιβλιογραφικά δεδομένα. Ο φώσφορος σπινθηριστής στον οποίο επικεντρώνεται αυτή η εργασία είναι ο Lu2SiO5:Ce (LSO). Μελέτη του συγκεκριμένου φωσφόρου σπινθηριστή σε συνθήκες Μαστογραφίας και Ακτινοδιαγνωστικής δεν έχει ξαναγινεί, σύμφωνα με την υπάρχουσα βιβλιογραφία . Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Υλικά και μέθοδοι Ι Συνάρτηση Μεταφοράς Διαμόρφωσης (MTF-SWRF) I Υλικά και επιστημονικός εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκαν: Οθόνη σπινθηριστή με επιφανειακή πυκνότητα 25 mg/cm2. Φιλμ KODAK T-MAT. Μαστογραφική μονάδα General Electric Senographe DMR Plus. Πρότυπο ελέγχου για τον έλεγχο της MTF (typ-53, Nuclear Associates), με χωρικές συχνότητες (0.25 εως 10 lp/mm). Εμφανιστήριο Agfa Scopix LR 5200 (36◦C, 90 s). Ψηφιοποιητής Agfa Duoscan (παράμετροι ψηφιοποίησης: 1000dpi, 8bit). Συνθήκες έκθεσης : 27 kV και 63mAs. Εικόνα 1: (a) Μαστογραφική μονάδα (b) Διάταξη διέλευσης (c)Διάταξη ανάκλασης Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Υλικά και μέθοδοι ΙΙ Συνάρτηση Μεταφοράς Διαμόρφωσης (MTF-SWRF) II Εξισώσεις: 1,2 Εικόνα 2 : Σχηματική αναπαράσταση της μεθόδου SWRF. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Υλικά και μέθοδοι ΙΙΙ Φάσμα Ισχύος Θορύβου (NPS) Ψηφιοποίηση 1000 ppi, 8bit 6 περιοχές ενδιαφέροντος (128x128). FFT σε κάθε σειρά και τετραγωνισμός. Χαρακτηριστικό Φάσμα Ισχύος Θορύβου Εικόνα 3: Σχηματική αναπαράσταση για τη πειραματική εκτίμηση του Φάσματος Ισχύος Θορύβου. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Υλικά και μέθοδοι IV Ανιχνευτική Κβαντική Αποδοτικότητα (DQE) Εξίσωση: 3 E: προσπίπτουσα έκθεση (mR), q: Παράγων μετατροπής μεταξύ έκθεσης και ροής φωτονίων (IEC 62220-1, 2003). Εικόνα 4: Πολύμετρο ακτίνων-χ. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Υλικά και μέθοδοι V Υλοποίηση Θεωρητικού Μοντέλου Σήμα εξόδου και αποδοτικότητα μεταφοράς σήματος 1.Προσπίπτουσα Ροή φωτονίων Χ 2.Αλληλεπίδραση Με το Υλικό Του φωσφόρου 3.Παραγωγή οπτικών φωτονίων 4.Εξοδος Των οπτικών Φωτονίων Από το υλικό Εξίσωση: 4 Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Υλικά και μέθοδοι VI Υλοποίηση Θεωρητικού Μοντέλου - Εξίσωση: 5 Εξίσωση: 6 Εξίσωση: 7 Εξίσωση: 8 Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Αποτελέσματα και συζήτηση I Πειραματικά αποτελέσματα (MTF) I Εικόνα 5: Πειραματικός προσδιορισμός της MTF γα την οθόνη LSO:Ce (27 kVp, 25 mg/cm2). Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Αποτελέσματα και συζήτηση II Πειραματικά αποτελέσματα (MTF) II Εικόνα 6: Σύγκριση της MTF για τις οθόνες LSO:Ce και Kodak Min-R μέσω πειραματικής μέτρησης σε διάταξη διεύλεσης. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Αποτελέσματα και συζήτηση IΙΙ Πειραματικά αποτελέσματα (DQE) Εικόνα 7: DQE της οθόνης των 25 mg/cm2 LSO:Ce στα 27 kVp. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Αποτελέσματα και συζήτηση ΙV Πιστοποίηση των θεωρητικών αποτελεσμάτων (MTF)

Αποτελέσματα και συζήτηση V Θεωρητικά αποτελέσματα (MTF I) Εικόνα 11: MTF οθονών Lu2SiO5:Ce για διάφορα πάχη στα 90 kVp. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Αποτελέσματα και συζήτηση VI Θεωρητικά αποτελέσματα (MTF II) Εικόνα 12: Σύγκριση των MTF μεταξύ των Lu2SiO5:Ce, Gd2O2S:Tb, CsI:Tl και YTaO4:Nb σε συνθήκες Μαστογραφίας για επιφανειακή πυκνότητα 35 mg/cm2, στα 28 kVp. Εικόνα 13: Σύγκριση των MTF μεταξύ των Lu2SiO5:Ce, Gd2O2S:Tb, CsI:Tl και YTaO4:Nb σε συνθήκες Ακτινοδιαγνωστικής για επιφανειακή πυκνότητα 80 mg/cm2 στα 90 kVp. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Συμπεράσματα Η Συνάρτηση Μεταφοράς Διαμόρφωσης της οθόνης LSO:Ce εμφανίζει ανταγωνιστικά χαρακτηριστικά μεταφοράς συστήματος σε σχέση με τα πλέον διαδεδομένα υλικά GdOS:Tb και CsI:Tl. Σε συνδυασμό με τις υψηλές τιμές απόλυτης απόδοσης (Α.Ε.) που παρουσιάζει η οθόνη με επιφανειακή πυκνότητα 25 mg/cm2, το υλικό αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε ψηφιακά συστήματα. Οι προβλέψεις του θεωρητικού μοντέλου πιστοποιούνται μέσω δημοσιευμένων αποτελεσμάτων. Οι προβλέψεις του θεωρητικού μοντέλου δείχνουν ότι ο σπινθηριστής κοκκώδους μορφής YTaO4:Nb εμφανίζει αξιόλογα χαρακτηριστικά μεταφοράς συστήματος, συγκρίσιμα με αυτά του LSO:Ce. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Αναφορές [1] I.A. Cunnigham, ‘Signal and noise in modulation transfer function determinations using the slit, wire, and edge techniques’, Med. Phys. 19 (4), 1037-1044, 1992 [2] Melcher C L Schweitzer J S 1992 Cerium-doped Lutetium Oxyorthosilicate: A Fast, Efficient New Scintillator IEEE Trans. Nucl. Sci. 39 502-50 [3] Mark B. Williams, Peter A. Mangiafico, and Piero U. Simoni, ‘Noise power spectra of images from digital mammography detectors’, Medical Physics, Vol. 26, No. 7, 1999 [4] Kandarakis, D. Cavouras, C.D. Nomicos, G.S. Panayiotakis, ‘Measurement of the X-ray luminescence and spectral compatibility of the CdPO3CI:Mn phosphor’, Radiation Measurements Vol.33, 217-224, 2001 [5] Ranger N T Samei E Dobbins III J T Ravin C E 2005 Measurement of the detective quantum efficiency in digital detectors consistent with the IEC 62220-1 standard: Practical considerations regarding the choice of filter material Medical Physics 32 2305-231 [6] Ludwig G. W.: ‘X-ray efficiency of powder phosphors’. J. Electr. Soc., vol. 118, 1152, 1971 [7] Swank R K.: ‘Calculation of modulation transfer functions of x-ray fluorescent screens’. Appl. Opt. vol 12, 1865, 1973 [8] A.Baciero, L. Placentino, K.J. Mc Carthy, L.R. Barquero, A. Ibarra, and B. Zurro: J. Appl. Phys., Vol.,85, 6790,1999 [9] I. Kandarakis, D. Cavouras, I. Sianoudis et al: Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A (2004) [10] JC Dainty, R Shaw: ‘Image Science’ Academic Press, New York, 1974 [11] N. Kalivas, E. Costaridou, I. Kandarakis, D. Cavouras, C.D. Nomicos, G.S.Panayiotakis: Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A 490, 614 (2002). [12] Nishikawa R. M. and Yaffe M. J.: ‘Model of the spatial-frequency-dependent detective quantum efficiency of phosphor screens’. Med. Phys., vol. 17, 894, 1990 [13] G. Borasi, A. Nitrosi, P. Ferrari, D. Tassoni: Med. Phys. Vol. 30, 1719, 2003 [14] E. Samei and M.J. Flynn: Med. Phys. Vol.29, 447, 2002 [15] J. R. Greening: Fundamentals of Radiation Dosimetry, Institute of Physics,London, 1985 [16] J.M.Boone, J.A. Seibert, Med. Phys. Vol. 24, 1661, 1997 [17] Nishikawa R. M. and Yaffe M. J.: ‘Effect of finite phosphor thickness on detective quantum efficiency’. Med. Phys., vol. 16, 773, 1989 Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Κατάλογος Δημοσιεύσεων Ι MONTE CARLO STUDY OF PHOSPHOR SCREENS RESOLUTION PROPERTIES, Panagiotis F. Liaparinos, Ioannis S. Kandarakis, Dionisis A. Cavouras, Harry B. Delis, and George S. Panayiotakis, 1st International Conference on Experiments, Process, System Modelling, Simulation, Optimization, (1st IC-EpsMsO Athens) on 6-9 July, 2005 Efficiency of Lu2SiO5:Ce (LSO) powder phosphor as X-ray to light converter under mammographic imaging conditions, S. David, C. Michail, I. Valais, D. Nikolopoulos, P. Liaparinos, N. Kalivas, I. Kalatzis , A. Toutountzis, N. Efthimiou, G. Loudos , I. Sianoudis, D. Cavouras, N. Dimitropoulos, C.D. Nomicos, I. Kandarakis and G.S. Panayiotakis, Euromedim 2006: 1st European Conference on Molecular Imaging Technology, Marseille, France, 9-12 May 2006. Investigation of the effect of the scintillator material on the overall X-ray detection system performance by application of analytical models, N. Efthimiou, N. Kalivas, G.Patatoukas, A. Konstantinidis, I. Valais, D. Nikolopoulos, A.Gaitanis, S. David, C. Michail, G.Loudos, D.Cavouras, K. Kourkoutas, G.Panayiotakis and I. Kandarakis, Euromedim 2006: 1st European Conference on Molecular Imaging Technology, Marseille, France, 9-12 May 2006. Monte Carlo validation in the diagnostic radiology range. Dimitrios Nikolopoulos, Dionysios Linardatos, Ioannis Valais, Christos Michail, Stratos David, Panagiotis Gonias, Nikolaos Bertsekas, Dionysios Cavouras, Anna Louizi, Ioannis Kandarakis, Euromedim 2006: 1st European Conference on Molecular Imaging Technology, Marseille, France, 9-12 May 2006. A systematic study of the performance of the CsI:Tl single-crystal scintillator under X-ray excitation., Ioannis Valais, Dimitrios Nikolopoulos, Nektarios Kalivas, Anastasios Gaitanis, Georgios Loudos, Ioannis Sianoudis, Nikolaos Giokaris, Dionisis Cavouras, Nikolaos Dimitropoulos, Constantinos D. Nomicos, Ioannis Kandarakis, Georgios S. Panayiotakis, Euromedim 2006: 1st European Conference on Molecular Imaging Technology, Marseille, France, 9-12 May 2006. Determination of the Radiation Absorption and Light Emission Properties of Lu2SiO5:Ce (LSO) Powder Phosphor using Computational Model and Experimental Techniques in Mammography, Michail C., David S., Valais I., Nikolopoulos D., Liaparinos P., Toutountzis A., Cavouras D., Dimitropoulos N., Nomicos C.D., Kandarakis I., Panayiotakis G.S., 2nd IC-SCCE Athens, Greece, on 5-8 July, 2006 Imaging Properties of GdAIO3:Ce (GAP:Ce) Powder Scintillator, Toutountzis A., Michail Ch., David S., Nikolopoulos D., Valais I., Dimitropoulos N., Panayiotakis G., Cavouras D., Kandarakis I., 2nd IC-SCCE Athens, Greece, on 5-8 July, 2006 Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Κατάλογος Δημοσιεύσεων ΙΙ EXAMINING THE LUMINESCENCE PERFORMANCE OF GRANULAR PHOSPHOR SCREENS, Liaparinos P., Kandarakis I.,Cavouras D., Panayiotakis G, 2nd IC-SCCE Athens, Greece, on 5-8 July, 2006 The effect of the LSO/YSO concentrations ratio on the imaging characteristics under mammographic conditions, A. Konstantinidis, P. Liaparinos, G. Patatoukas, I. Valais, D. Nikolopoulos, G. Panayiotakis and I. Kandarakis, 2nd IC-SCCE Athens, Greece, on 5-8 July, 2006. Validation of a GATE model for the simulation of the Siemens PET/CT biograph™ 6 scanner, Panagiotis Gonias, Nikolaos Bertsekas, Nikolaos Karakatsanis, Georgios Saatsakis , Dimitrios Nikolopoulos, Georgios Loudos, Nikolaos Sakellios, Anastasios Gaitanis , Laertis Papaspyrou, Antonios Daskalakis, Panagiotis Liaparinos, Dionisis Cavouras, Ioannis Kandarakis and George S. Panayiotakis, 2nd IC-SCCE Athens, Greece, on 5-8 July, 2006 A computer simulation algorithm applied in x ray radiography, N.Efthimiou, G.Patatoukas, A.Karatopis, D.Nikolopoulos, I.Valais, D. Cavouras, and I. Kandarakis, 2nd IC-SCCE Athens, Greece, on 5-8 July, 2006. Evaluation of the imaging performance of LSO powder scintillator for use in X-ray mammography, C. Michail, S. David, P. Liaparinos , I.Valais, D. Nikolopoulos, N. Kalivas, A. Toutountzis, D. Cavouras, I. Kandarakis and G.S. Panayiotakis, 10th International Symposium on Radiation Physics 17-22 September, 2006, Coimbra, Portugal. Comparative study of luminescence properties of LuYAP:Ce and LYSO:Ce single crystal scintillators for use in medical imaging, I. Valais, S. David, C. Michail, D. Nikolopoulos, N. Kalivas, A. Toutountzis, I. Sianoudis, D. Cavouras, N. Dimitropoulos, C.D. Nomicos , I. Kandarakis and G.S. Panayiotakis, 10th International Symposium on Radiation Physics 17-22 September, 2006, Coimbra, Portugal Evaluation of high packing density powder x-ray screens by Monte Carlo methods, P. Liaparinos, I. Kandarakis, D. Cavouras, N. Kalivas, H. Delis, G. Panayiotakis, 10th International Symposium on Radiation Physics 17-22 September, 2006, Coimbra, Portugal Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Κατάλογος Δημοσιεύσεων ΙΙΙ Validation of a GATE simulation model for the Siemens PET/CT Biograph™ 6 scanner, using NEMA 2001 standards, P. Gonias, N. Bertsekas, N. Karakatsanis , D. Nikolopoulos, G. Loudos, N. Sakellios , X. Tsantilas, G. Saatsakis, A. Gaitanis , L. Papaspyrou, A. Daskalakis, P. Liaparinos, K. Nikita, A. Louizi, D. Cavouras, G.S. Panayiotakis and I. Kandarakis, European Association of Nuclear Medicine, 30 September - 4 October 2006 Investigation of the luminescence properties of the LYSO: Ce, LSO: Ce and GSO: Ce single crystal scintillators under low energy -ray excitation for nuclear imaging applications, I. Valais , D. Nikolopoulos, S. David, C. Michail, I. Sianoudis, D. Cavouras, C. D. Nomicos, G.S. Panayiotakis, I. Kandarakis, European Association of Nuclear Medicine, 30 September - 4 October 2006 Luminescence efficiency of Lu2SiO5:Ce (LSO) powder scintillator for X-ray medical radiography applications., S. David, C. Michail, I. Valais, D. Nikolopoulos, N. Kalivas, I. Kalatzis, A. Karatopis, D.Cavouras, G. Loudos , G.S. Panayiotakis and I. Kandarakis, IEEE, Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference, San Diego, California, on Oct. 29 - Nov. 4, 2006. Investigation of luminescence emission properties of (Lu,Y)2SiO5:Ce (LYSO:Ce) and (Lu,Y)AlO3:Ce (LuYAP:Ce) single crystal scintillators under x-ray exposure for use in medical imaging., Ioannis G. Valais, Stratos L. David, Christos M. Michail, Dimitrios N. Nikolopoulos, Dionisis A. Cavouras, Ioannis, A. Sianoudis, Constantinos D. Kourkoutas, Ioannis S. Kandarakis and George S. Panayiotakis, IEEE, Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference, San Diego, California, on Oct. 29 - Nov. 4, 2006. Compatrative Study of Luminescence Properties of Lu2SiO5:Ce and YAlO3:Ce Single Crystal Scintillators for use in Medical Imaging., Valais, S. David, C. Michail, D. Nikolopoulos, D. Vattis, I. Sianoudis, D. Cavouras, C. Nomicos, I. Kandarakis and G. Panayiotakis, 5th European Symposium. on BioMedical Engineering. ESBME 2006. 7th to 9th July 2006, Patras, Ellas. Evaluating the radiation detection of the RbGd2Br7:Ce scintillator by Monte Carlo methods, Panagiotis Liaparinos, Ioannis Kandarakis, Dionisis Cavouras, Harry Delis,George Panayiotakis, Imaging Technologies In Biomedical Sciences (ITBS 2005) 25 - 28 Σεπτεμβρίου 2005 Luminescence properties of (Lu,Y)2SiO5:Ce and Gd2SiO5:Ce single crystal scintillators under x-ray excitation for use in medical imaging systems, Ioannis G. Valais, Ioannis S. Kandarakis, Dimitris N. Nikolopoulos, Christos M. Michail, Stratos L. David, George K. Loudos, Dionisis A. Cavouras and George S. Panayiotakis, IEEE transactions in nuclear science. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Ευχαριστώ για την προσοχή σας. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων