Μελέτη ψηφιακού ανιχνευτή μαστογραφίας με τη χρήση γραμμικών συστημάτων

Abstract

Η παρούσα εργασία έχει ως σκοπό την θεωρητική μελέτη ενός ανιχνευτή ακτίνων-Χ μαστογραφίας άμεσης ανίχνευσης με τη χρήση της θεωρίας γραμμικών συστημάτων για τη μοντελοποίηση του. Ο βασικός κορμός του μοντέλου στηρίχθηκε σε προ υπάρχουσα μελέτη αλλά έγινε προσθήκη επιπλέον στοιχείων. Τα στοιχεία αυτά αφορούν την ανάλυση της απόδοσης τεσσάρων ημιαγωγών (άμορφο Σελήνιο a-Se, Πυρίτιο Si, Γερμάνιο Ge, Αρσενιούχο γάλλιο GaAs) κάτω από διαφορετικές συνθήκες όσον αφορά το πάχος του ημιαγωγού, το ηλεκτρικό πεδίου στον ανιχνευτή, τον ηλεκτρονικό θόρυβο και την δόση της ακτινοβολίας με τον υπολογισμό των παραμέτρων της χωρικής διακριτικής ικανότητας (MTF), του κανονικοποιημένου φάσματος ισχύος θορύβου (NNPS) και του συντελεστή ανιχνευτικής κβαντικής αποδοτικότητας (DQE). Αρχικά έγινε αναφορά στις ιοντίζουσες ακτινοβολίες εστιάζοντας στις ακτίνες-Χ και τους μηχανισμούς αλληλεπίδρασης τους με την ύλη. Στη συνέχεια παρουσιάστηκε η χρήση των ακτίνων-Χ στην απεικόνιση του μαστού, με ανάλυση της ανατομίας του και των δυσκολιών που παρουσιάζει η απεικόνιση του και η βασική οργανολογία ενός μαστογράφου (πηγή ακτίνων-Χ, πίεστρο μαστού). Αναλυτικότερη αναφορά έγινε στους ανιχνευτές ακτίνων-Χ ως προς τον τρόπο λειτουργίας τους και το διαχωρισμό τους σύμφωνα με τον τρόπο δημιουργίας της ιατρικής εικόνας. Τέλος αναλύθηκαν οι παράμετροι που σχετίζονται με την ποιότητα εικόνας-ανιχνευτή. Ακολούθως παρουσιάστηκε η θεωρία των γραμμικών συστημάτων που αποτελεί το βασικό εργαλείο μοντελοποίησης των διαδικασιών που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό του ανιχνευτή με τη βοήθεια της γλώσσας προγραμματισμού MATLAB για την δημιουργία κώδικα. Ακολούθησε αναλυτική περιγραφή του μαθηματικού μοντέλου και όλων των δεδομένων που αξιοποιήθηκαν για την εξαγωγή των αποτελεσμάτων. Στο τελευταίο μέρος της εργασίας παρουσιάστηκαν τα αποτελέσματα των υπολογισμών με γραφικές παραστάσεις των MTF, NNPS και DQE για κάθε ένα από τους 4 ημιαγωγούς στο ανάλογο σενάριο με εξαίρεση τις περιπτώσεις του ηλεκτρονικού θορύβου και της δόσης όπου παρουσιάζονται μόνο τα αποτελέσματα για το άμορφο σελήνιο. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αύξηση του πάχους του ημιαγωγού οδηγεί σε βελτίωση της απόδοσης του ανιχνευτή, αύξηση του DQE, με κάποια μείωση του MTF. H αύξηση του ηλεκτρικού πεδίου του ανιχνευτή επηρεάζει μόνο τον ημιαγωγό του a-Se βελτιώνοντας την απόδοση του. Σχετικά με τον ηλεκτρονικό θόρυβο η αύξηση του αυξάνει τον συνολικό θόρυβο χωρίς να επηρεάζει την διακριτική ικανότητα του ανιχνευτή ενώ η αύξηση της δόσης αυξάνει την απόδοση με μείωση του NNPS και αύξηση του DQE εις βάρος όμως του ασθενή λόγο της αυξανόμενης δόσης που λαμβάνει.