Evaluation of digital X-ray detectors for medical imaging applications

Abstract

Οι ψηφιακοί ανιχνευτές ακτίνων Χ είναι πλέον διαδεδομένοι σε αρκετές εξετάσεις με ακτίνες Χ. Άρχισαν να χρησιμοποιούνται στην κλινική ιατρική την τελευταία δεκαετία αλλά εξακολουθούν να υπάρχουν συνεχείς εξελίξεις στην τεχνολογία. Η τεχνολογία συμπληρωματικών ημιαγωγών μεταλλικού οξειδίου (complementary metal oxide semiconductor - CMOS) με αισθητήρα ενεργού εικονοστοιχείου (active pixel sensor - APS) είναι μια νέα ψηφιακή τεχνολογία που προσφέρει πλεονεκτήματα σε σύγκριση με μερικές από τις πιο καθιερωμένες τεχνολογίες (π.χ. α) συσκευές συζευγμένου φορτίου (charge-coupled devices - CCD), β) ανιχνευτές με τρανζίστορ λεπτών υμενίων (thin film transistor - TFT) και γ) CMOS με αισθητήρα παθητικού εικονοστοιχείου (passive pixel sensor - PPS)). Η συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή εξετάζει την απόδοση των ψηφιακών ανιχνευτών νέας τεχνολογίας και επιχειρεί να προσδιορίσει το ρόλο τους σε μελλοντικές εφαρμογές ιατρικής απεικόνισης.Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζονται αξιολογήσεις (με χρήση ορατών φωτονίων και ακτίνων Χ) απόδοσης δύο νέων ανιχνευτών CMOS APS, ονομαστικά Large Area Sensor (LAS) και Dexela CMOS x-ray detector. Η αξιολόγηση έγινε χρησιμοποιώντας τις παρακάτω τεχνικές: α) καμπύλη μεταφοράς φωτονίων (photon transfer curve - PTC), β) συνάρτηση μεταφοράς διαμόρφωσης (modulation transfer function - MTF), γ) κανονικοποιημένο φάσμα ισχύος θορύβου (normalized noise power spectrum - NNPS) και δ) ανιχνευτική κβαντική αποδοτικότητα (detective quantum efficiency - DQE). Έγιναν κάποιες τροποποιήσεις ώστε να επεκταθούν οι υπάρχουσες τεχνικές με σκοπό την εξάλειψη τεχνικών περιορισμών. Η απόδοση των δύο νέων ψηφιακών ανιχνευτών συγκρίθηκε με τρία εμπορικά συστήματα ψηφιακών ανιχνευτών (α) Remote HR RadEye (CMOS APS), β) Hamamatsu C9732DK (CMOS PPS) και γ) Anrad SMAM (a-Se TFT)) σε τρία φάσματα ακτίνων Χ (28 kV για μαστογραφία και 52 kV και 74 kV για γενική ακτινοδιαγνωστική) με βάση τα πρότυπα της Διεθνούς Ηλεκτροτεχνικής Επιτροπής (International Electrotechnical Commission - ΙEC). Αμφότεροι οι νέοι ψηφιακοί ανιχνευτές παρουσιάζουν υψηλή απόδοση. Επίσης αξιολογήθηκε το φαινόμενο της ενδογενούς μη-γραμμικής μεταφοράς σήματος και θορύβου των ανιχνευτών CMOS APS.Τέλος, οι πειραματικά μετρημένες παράμετροι απόδοσης των ψηφιακών ανιχνευτών χρησιμοποιήθηκαν για να προσομοιώσουν εικόνες σε συνθήκες μαστογραφίας με σκοπό να διαπιστωθούν πιθανές εφαρμογές ιατρικής απεικόνισης για τους δύο νέους ψηφιακοί ανιχνευτές. Δύο ψηφιακά ομοιώματα (το ένα αντιπροσωπεύει ένα τρισδιάστατο μοντέλο μαστού και το άλλο το εργαλείο δοκιμής CDMAM) χρησιμοποιήθηκαν για να προσομοιώσουν διάφορες μαστογραφικές συνθήκες. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι αμφότεροι οι νέοι ανιχνευτές CMOS APS προσφέρουν υψηλή ποιότητα εικόνας σε σύγκριση με τα εμπορικά συστήματα ανιχνευτών.