Μελέτη μεταφοράς σήματος ανιχνευτικών διατάξεων στην πυλαία απεικόνιση μέσω θεωρίας γραμμικών συστημάτων

Abstract

Στην παρούσα εργασία, αρχικά αναφέρονται χρήσιμα στοιχεία από τη Θεωρία Γραμμικών Συστημάτων, η οποία επιλέγεται ως κατάλληλο μέσο για τη μελέτη του μεταδιδόμενου σήματος μέσα από τις ανιχνευτικές διατάξεις στην Πυλαία Απεικόνιση. Επίσης, γίνεται μία σύντομη εισαγωγή στην Ακτινοθεραπεία και ειδικότερα, στην Πυλαία Απεικόνιση. Ύστερα, περιγράφονται η δομή και οι αρχές λειτουργίας διαφόρων συστημάτων Πυλαίας Απεικόνισης. Η μελέτη επικεντρώνεται στα συστήματα AMFPI έμμεσης ανίχνευσης, στα οποία εφαρμόζεται η Θεωρία Γραμμικών Συστημάτων για τη μελέτη του σήματος και του δημιουργούμενου θορύβου, δηλαδή τα μεγέθη που καθορίζουν την ποιότητα εικόνας. Για αυτόν τον σκοπό, αρχικά το υπό εξέταση σύστημα εκφράζεται ως ένα σύνολο αλληλοδιαδοχικών σταδίων, έτσι ώστε να μπορεί να μελετηθεί με χρήση της Θεωρίας Γραμμικών Συστημάτων. Ύστερα, πραγματοποιούνται προσομοιώσεις τύπου Monte Carlo (MC) με το πακέτο λογισμικού PENELOPE, οι οποίες αφορούν τα πρώτα στάδια του συστήματος, δηλαδή τα στάδια του ανιχνευτή. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων επεξεργάζονται κατάλληλα και υπολογίζονται η μέση τιμή του σήματος και το φάσμα ισχύος θορύβου (NPS) στην έξοδο του ανιχνευτή του συστήματος. Τα ίδια μεγέθη, υπολογίζονται διαδοχικά και στα επόμενα στάδια, μέχρι την έξοδο του συστηματος. Η εφαρμογή, αφορά τιμές συγκεκριμένης ενέργειας προσπίπτοντων φωτονίων Χ ίσες με 1, 2, 4 και 8 MeV και πάχη φωσφόρου του μετατροπέα 0.04, 0.06, 0.10 και 0.13 cm. Όσον αφορά τη μέση τιμή του σήματος, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι για δεδομένο πάχος φωσφόρου Gd2O2S:Tb του ανιχνευτή/μετατροπέα, η μέση τιμή του σήματος εξόδου του συστήματος αυξάνει με αύξηση της ενέργειας των προσπίπτοντων φωτονίων. Επίσης, για δεδομένη τιμή ενέργειας των προσπίπτοντων φωτονίων, η μέση τιμή του σήματος εξόδου του συστήματος αυξάνει με αύξηση του πάχους του φωσφόρου. Όσον αφορά το φάσμα ισχύος θορύβου (NPS), τα αποτελέσματα δείχνουν ότι για δεδομένο πάχος φωσφόρου Gd2O2S:Tb του ανιχνευτή/μετατροπέα, το φάσμα ισχύος θορύβου στην έξοδο του συστήματος αυξάνει με αύξηση της ενέργειας των προσπίπτοντων φωτονίων. Επίσης, για δεδομένη τιμή ενέργειας των προσπίπτοντων φωτονίων, το φάσμα ισχύος θορύβου στην έξοδο του συστήματος αυξάνει με αύξηση του πάχους του φωσφόρου. Ακόμα, επισημαίνεται ότι το φάσμα ισχύος θορύβου στην έξοδο του συστήματος για δεδομένες διαστάσεις φωτοδιόδων, είναι ανάλογο του τετραγώνου των διαστάσεων των εικονοστοιχείων. Επιπλέον, οι μεταβολές τόσο της μέσης τιμής σήματος εξόδου όσο και του φάσματος ισχύος του θορύβου εξόδου για τις χαμηλότερες τιμές ενέργειας προσπίπτοντος φωτονίου 1 MeV και 2 MeV που εξετάζονται, δεν είναι σημαντικές καθώς το πάχος του φωσφόρου αλλάζει.