Farklı Radyolojik İnceleme Koşulları için Geniş Alan Dedektörü Kullanılarak DQE ve eDQE

Kıyaslaması

Lutfi ERGÜN, Betül YAMAN, Ahmet GÜVEN, Aziz Rasim YUSUFÖzlem BİRGÜL, Turan OLĞAR, Asena YALÇIN, Şölen YÜKSEL, Doğan BOR

21.11.2013 XIV.Medikal Fizik Kongresi, Antalya

Nükleer Bilimler EnstitüsüMedikal Fizik Ana Bilim Dalı

Mühendislik FakültesiFizik Mühendisliği Bölümü

İçerik• Amaç• Tanımlar• Yöntemler (Ölçüm geometrileri)• Bulgular• Değerlendirme• Sonuç

2

Amaç

Sayısal radyolojik görüntüleme sistemlerinde, dedektör

performansını belirlemek için detektif kuantum etkinliğinin

(DQE) belirlenmesi ve saçılan radyasyonu ve odak nokta

boyutu etkilerini (Geometri Etkilerini) dahil eden efektif

detektif kuantum etkinliğinin (eDQE) ölçülmesi ve birlikte

değerlendirilmesi

3

TanımlarModulasyon Transfer Fonksiyonu (Modulation Transfer Function, MTF)

Sistemin ayırma gücü performansı hakkında bilgi verir. Frekansortamında, çıkıştaki sinyalin girişteki sinyale oranıdır.

( ) çıkış

giriş

SinyalMTF f

Sinyal=

4

Normalize Gürültü Güç Spektrumu (Normalized Noise Power Spectrum, NNPS)Sistemin gürültü spektrumunun frekans uzayındaki ifadesidir.

Tanımlar

5

Sistemin foton kullanma yeteneğidir. Dijital sistemlerin performansölçümlerinde kullanılmaktadır.

Klinik incelemelerde dedektör performansının yanı sıra sistem geometrisietkilerini de (saçılım, odak noktası bulanıklık etkisi) değerlendiren detektörünfoton kullanma etkinliğidir.

q; Birim alan ve doz başına dedektör yüzeyine düşen foton sayısıK; Dedektör giriş dozu, SF; Saçılım Faktörü, Tf; Geçiş Faktörü

2 ( )( ). .K

MTF fDQE fNNPS q

=2

2( ) çıkış

giriş

SNRDQE f

SNR=

Detektif Kuantum Etkinliği (Detective Quantum Efficiency, DQE)

Tanımlar

Efektif Detektif Kuantum Etkinliği (Effective Detective Quantum Efficiency, eDQE)

( ) ( )( )( )

2 2, . 1

, . . .

MTF u v SFeDQE

NNPS u v Tf K q

−=

Yöntemler

• MTF• NNPS• DAK• Birim doz ve alan başına dedektör yüzeyine düşen foton sayısı (q, foton/(mm2, µGy))• İlgili yazılımlar (Xcom5PR, DQE_tool(MATLAB), OBJ-QC, imageJ)

Al kalınlıkları

Grid (Dmc, 10:1, 130 lp/cm)Dedektör (CsI indirect Flat Panel)

odak noktası

FDD =180

Kenar fantomu(W,3-5o)

DQE ölçümleri (G1)

7

Yöntemlere DQE ölçümleri

eDQE ölçümleri için, iki farklı geometri(G2,G3) kurularak sistem performansınaetki edecek odak nokta boyutu ve saçılan radyasyon etkileri incelenmiştir. Busayede sistemin klinik incelemelerdeki performans incelemelerine odak noktaboyutu ve saçıcı kalınlık etkilerininde dahil edilmesi mümkün olmaktadır.

1.Odak nokta boyutu (focal spot bluring) etkisinin incelenmesi (G2)

Al kalınlıkları

Grid (Dmc, 10:1, 130 lp/cm)Dedektör (CsI indirect Flat Panel)

odak noktası

FDD =180

Kenar fantomu(W,3-5o)

8

Yöntemler

2.Odak nokta boyutu (focal spot bluring) + Saçıcı(Scatter) etkisinin incelenmesi (G3)

Grid (Dmc, 10:1, 130 lp/cm)Dedektör (CsI indirect Flat Panel)

odak noktası

FDD =180

Kenar fantomu(W,3-5o)PMMA kalınlıkları

9

Kullanılan yazılımlarOBJ-QC

DQE_Tool(MatLAB)

Xcom5PR

10

BulgularNNPS Ölçümleri

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

NN

PS

frekans (çç/mm)

70kVp

6mm Al (WOG)_2.0uGy

12mm Al (WOG)_2.055uGy

6mm Al (WG)_2.027uGy

12mm Al (WG)_1.968uGy

*70kVp’de 6mm Al=10cm PMMA, 12mm Al=20cm PMMA eşdeğeridir.11

BulgularMTF Ölçümleri

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

MTF

frekans (çç/mm)

6mm Al_70kVp

7mm Al_120kVp

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

MTF

frekans (çç/mm)

6mm Al_70kVp

12mm Al_70kVp

*120kVp’de 7mm Al=10cm PMMA eşdeğeridir. 12

Bulgular

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

DQE

f(mm-1)

6mm Al-70kVp

7mm Al-120kVp

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

DQE

f(mm-1)

7mm Al-120kVp

15mm Al-120kVp

DQE ölçümleri

120kVp’de 15mm Al=20cm PMMA eşdeğeridir. 13

BulgulareMTF ölçümleri

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

eMTF

frekans (çç/mm)

70 kVp

6mm Al

12mm Al

14

BulgulareDQE Ölçümleri

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

eDQ

E

frekans (çç/mm)

70 kVp

6mm Al

12mm Al

15

BulgulareMTF Ölçümleri

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

eMTF

frekans (çç/mm)

Gridsiz 70kVp

10cm

20cm

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

eMTF

frekans (çç/mm)

Gridli 70kVp

10cm

20 cm

16

Bulgular

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

eDQ

E

frekans (çç/mm)

Gridli 70kVp

10cm

20cm

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

eDQ

E

frekans (çç/mm)

Gridsiz 70kVp

10cm

20cm

eDQE Ölçümleri

17

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

MTF

frekans (çç/mm)

Gridli 20cm PMMA-120kVp

detector

focal spot bluring

focal spot bluring +scatter

Farklı geometride MTF-eMTF ölçümleriBulgular

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

MTF

frekans (çç/mm)

Gridsiz 20cm PMMA-120kVp

detector

focal spot bluring

focal spot bluring+scatter

G3(eDQE)

G2(eDQE)

G1(DQE)

G1(DQE)

G2(eDQE)

G3(eDQE)

18

Bulgular

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

DQE(

v)

frekans (çç/mm)

Gridsiz 20cm PMMA-120kVp

detector

focal spot bluring

focal spot bluring+scatter

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

DQE(

v)

frekans (çç/mm)

Gridli 20cm PMMA-120kVp

detector

focal spot bluring

focal spot bluring + scatter

Farklı geometride DQE-eDQE ölçümleri

G1(DQE)

G2(eDQE)

G3(eDQE)

G1(DQE)

G2(eDQE)

G3(eDQE)

19

DeğerlendirmeRQA5 demet kalitesi(21mmAl (ek filtre), 70kV, HVL=7.1mmAl), DAK: 2.5uGy

Firma ölçümü

Laboratuvar ölçümü

f(çç/mm) MTF(%) MTF(%)0.5 82 781 59 542 29 233 15 10

f(çç/mm) DQE(%) DQE(%)0.5 59 681 51 512 35 283 18 11

20

Değerlendirme

G1 G2 G3

f(çç/mm) MTF(%) MTF(%) MTF(%) 0.5 77.2 70.9 68.91.0 57.1 47.7 46.52.0 28.8 15.1 21.13.0 12.8 9.1 7.6

f(çç/mm) DQE(%) eDQE(%) eDQE(%) 0 84.7 81.7 70.4

0.5 81.2 63.7 56.51.0 61.5 51.6 42.62.0 36.1 24.6 20.93.0 15.8 12.2 8.6

• Tüm ölçüm geometrilerinde 70 kVp’de 10 cm PMMA ve 10cm PMMA eşdeğeriAl* kalınlığında MTF ve eDQE eğrilerinin sayısal değerlendirilmesi

70 kVp’ de 6mm Al,10 cm PMMA eşdeğeridir. 21

Sonuç

Ölçümler sonucu,• Gürültü güç spektrumunun yani dedektörün gürültü yanıtının dedektör

üzerine düşen artan doz ile azaldığı gözlenmiştir.• Modülasyon transfer fonksiyonu yani dedektörün çözünürlük yanıtının

demet kalitesi ile değişmediği gözlenmiştir.• Yüksek frekanslara gidildikçe DQE ve eDQE geometrileri MTF ölçümlerinde

farklılık gözlenmemiştir.• MTF ölçümlerinde, odak nokta boyutu ve saçılımların etkili olduğu

görülmüştür.• Sabit tüp potansiyelinde artan PMMA kalınlığına bağlı olarak odak nokta

boyutunun etkisi artmaktadır.• eDQE geometrileri ayrı ayrı kıyaslandığında düşük frekanslardaki

azalmanın sebebinin odak nokta boyutu olduğu gözlenmiştir.

22

Sonuç

Tüm veriler değerlendirildiğinde, dedektörün ayırma gücü ve gürültü performansını birlikte göstergesi olan DQE parametresinin dedektörün gerçek klinik performansını yansıtmadığı , hasta kalınlığına bağlı saçıcı ve magnifikasyon etkilerinin dedektörün foton kullanma etkinliğini düşürdüğü gözlenmiştir.

23

Teşekkür

Bu çalışma kısmi olarak TÜBİTAK 112T965 numaralı proje tarafından desteklenmektedir.

http://www.nukbilimler.ankara.edu.tr/

http://phys.eng.ankara.edu.tr/

Nükleer Bilimler Enstitüsü – Medikal Fizik ABD

Mühendislik Fakültesi – Fizik Mühendisliği Bölümü

24