Nükleer Bilimler Enstitüsü Medikal Fizik Ana Bilim Dalı Mühendislik Fakültesi Fizik Mühendisliği Bölümü Farklı Radyolojik İnceleme Koşulları için Geniş Alan Dedektörü Kullanılarak DQE ve edqe Kıyaslaması Lutfi ERGÜN, Betül YAMAN, Ahmet GÜVEN, Aziz Rasim YUSUF Özlem BİRGÜL, Turan OLĞAR, Asena YALÇIN, Şölen YÜKSEL, Doğan BOR 2..23 XIV.Medikal Fizik Kongresi, Antalya
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
Tanımlar Modulasyon Transfer Fonksiyonu (Modulation Transfer Function, MTF) Sistemin ayırma gücü performansı hakkında bilgi verir. Frekans ortamında, çıkıştaki sinyalin girişteki sinyale oranıdır. MTF ( f ) = Sinyal Sinyal çıkış giriş 4
Tanımlar Normalize Gürültü Güç Spektrumu (Normalized Noise Power Spectrum, NNPS) Sistemin gürültü spektrumunun frekans uzayındaki ifadesidir. 5
Tanımlar Detektif Kuantum Etkinliği (Detective Quantum Efficiency, DQE) Sistemin foton kullanma yeteneğidir. Dijital sistemlerin performans ölçümlerinde kullanılmaktadır. 2 SNR çıkış MTF 2 ( f ) DQE( f ) = DQE( f ) = 2 SNR NNPS. q.k giriş Efektif Detektif Kuantum Etkinliği (Effective Detective Quantum Efficiency, edqe) Klinik incelemelerde dedektör performansının yanı sıra sistem geometrisi etkilerini de (saçılım, odak noktası bulanıklık etkisi) değerlendiren detektörün foton kullanma etkinliğidir. edqe = ( 2 2 MTF ( u, v). ( SF ) ) NNPS ( u, v). Tf. K. q q; Birim alan ve doz başına dedektör yüzeyine düşen foton sayısı K; Dedektör giriş dozu, SF; Saçılım Faktörü, Tf; Geçiş Faktörü
Yöntemler DQE ölçümleri (G) 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) Dedektör (CsI indirect Flat Panel) Grid (Dmc, :, 3 lp/cm) Kenar fantomu(w,3-5 o ) Al kalınlıkları odak noktası FDD =8 7
Yöntemler e DQE ölçümleri edqe ölçümleri için, iki farklı geometri(g2,g3) kurularak sistem performansına etki edecek odak nokta boyutu ve saçılan radyasyon etkileri incelenmiştir. Bu sayede sistemin klinik incelemelerdeki performans incelemelerine odak nokta boyutu ve saçıcı kalınlık etkilerininde dahil edilmesi mümkün olmaktadır..odak nokta boyutu (focal spot bluring) etkisinin incelenmesi (G2) Dedektör (CsI indirect Flat Panel) Grid (Dmc, :, 3 lp/cm) Kenar fantomu(w,3-5 o ) Al kalınlıkları odak noktası FDD =8 8
Yöntemler 2.Odak nokta boyutu (focal spot bluring) + Saçıcı(Scatter) etkisinin incelenmesi (G3) Dedektör (CsI indirect Flat Panel) Grid (Dmc, :, 3 lp/cm) PMMA kalınlıkları Kenar fantomu(w,3-5 o ) odak noktası FDD =8 9
Kullanılan yazılımlar OBJ-QC Xcom5PR DQE_Tool(MatLAB)
Bulgular NNPS Ölçümleri,E-4 7kVp 6mm Al (WOG)_2.uGy 2mm Al (WOG)_2.55uGy NNPS,E-5 6mm Al (WG)_2.27uGy 2mm Al (WG)_.968uGy,E-6,5,5 2 2,5 3 3,5 4 frekans (çç/mm) *7kVp de 6mm Al=cm PMMA, 2mm Al=2cm PMMA eşdeğeridir.
Bulgular MTF Ölçümleri MTF MTF,9,7,5,4 6mm Al_7kVp,3 2mm Al_7kVp,2,,5,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 frekans (çç/mm),9,7 6mm Al_7kVp,5 7mm Al_2kVp,4,3,2,,5,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 frekans (çç/mm) *2kVp de 7mm Al=cm PMMA eşdeğeridir. 2
Bulgular DQE ölçümleri DQE DQE,9,7,5,4,3,2,,9,7,5,4,3,2, 6mm Al-7kVp 7mm Al-2kVp,5,5 2 2,5 3 3,5 4 f(mm-) 7mm Al-2kVp 5mm Al-2kVp,5,5 2 2,5 3 3,5 4 f(mm-) 2kVp de 5mm Al=2cm PMMA eşdeğeridir. 3
Bulgular emtf ölçümleri 7 kvp 6mm Al 2mm Al emtf,4,2,5,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 frekans (çç/mm) 4
Bulgular edqe Ölçümleri 7 kvp 6mm Al 2mm Al edqe,4,2,5,5 2 2,5 3 3,5 4 frekans (çç/mm) 5
Bulgular emtf Ölçümleri Gridli 7kVp emtf,4,2 cm 2 cm emtf,4,5,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 frekans (çç/mm) Gridsiz 7kVp cm 2cm,2,5,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 frekans (çç/mm) 6
edqe Bulgular edqe Ölçümleri,9,7,5,4,3,2, Gridli 7kVp,5,5 2 2,5 3 3,5 4 frekans (çç/mm) Gridsiz 7kVp cm 2cm edqe,4 cm 2cm,2,5,5 2 2,5 3 3,5 4 frekans (çç/mm) 7
Bulgular Farklı geometride MTF-eMTF ölçümleri Gridli 2cm PMMA-2kVp MTF,4 detector G(DQE) focal spot bluring G2(eDQE) focal spot bluring +scatter G3(eDQE),2,5,5 2frekans (çç/mm) 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Gridsiz 2cm PMMA-2kVp MTF,4,2 detector G(DQE) focal spot bluring focal spot bluring+scatter G2(eDQE) G3(eDQE),5,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 frekans (çç/mm) 8
Bulgular Farklı geometride DQE-eDQE ölçümleri DQE(v) DQE(v),9,7,5,4,3,2,,9,7,5,4,3,2, Gridli 2cm PMMA-2kVp,5,5 2 2,5 3 3,5 4 frekans (çç/mm) Gridsiz 2cm PMMA-2kVp,5,5 2 2,5 3 3,5 4 frekans (çç/mm) detector focal spot bluring focal spot bluring + scatter detector focal spot bluring G(DQE) G(DQE) focal spot bluring+scatter G2(eDQE) G2(eDQE) G3(eDQE) G3(eDQE) 9
Değerlendirme RQA5 demet kalitesi(2mmal (ek filtre), 7kV, HVL=7.mmAl), DAK: 2.5uGy Firma ölçümü Laboratuvar ölçümü f(çç/mm) MTF(%) MTF(%).5 82 78 59 54 2 29 23 3 5 f(çç/mm) DQE(%) DQE(%).5 59 68 5 5 2 35 28 3 8 2
Değerlendirme Tüm ölçüm geometrilerinde 7 kvp de cm PMMA ve cm PMMA eşdeğeri Al* kalınlığında MTF ve edqe eğrilerinin sayısal değerlendirilmesi G G2 G3 f(çç/mm) MTF(%) MTF(%) MTF(%).5 77.2 7.9 68.9. 57. 47.7 46.5 2. 28.8 5. 2. 3. 2.8 9. 7.6 f(çç/mm) DQE(%) edqe(%) edqe(%) 84.7 8.7 7.4.5 8.2 63.7 56.5. 6.5 5.6 42.6 2. 36. 24.6 2.9 3. 5.8 2.2 8.6 7 kvp de 6mm Al, cm PMMA eşdeğeridir. 2
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 2T965 numaralı proje tarafından desteklenmektedir. Nükleer Bilimler Enstitüsü Medikal Fizik ABD http://www.nukbilimler.ankara.edu.tr/ Mühendislik Fakültesi Fizik Mühendisliği Bölümü http://phys.eng.ankara.edu.tr/ 24