Μαθηματική δημιουργία ομοιώματος για μελέτη της επίδρασης της έκθεσης στη μαστογραφία

Κατσανεβάκη, Σπυριδούλα

Mathematical creation of a phantom to study the effect of exposure on mammography

Διπλωματική εργασία

Author

Κατσανεβάκη, Σπυριδούλα

Date

2024-03-11

Advisor

Kalyvas, Nektarios

Διπλωματική εργασία (2.121Mb)

Keywords

Μαστογραφία ; Ψηφιακό ομοίωμα ; Dexela 2923 ; Έκθεση ; Mammography ; Digital phantom ; Exposure

Abstract

Οι ιατρικές εικόνες αποτελούν καίριο μέρος της σύγχρονης διαγνωστικής διαδικασίας πολλών ασθενειών και προκειμένου να μην οδηγούν σε υπο- ή υπερ-διάγνωση, πρέπει να είναι ποιοτικές. Υπάρχουν πολυάριθμοι παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα μιας ιατρικής εικόνας, εκ των οποίων ένας, και μάλιστα μείζονος σημασίας, είναι οι συνθήκες έκθεσης. Σκοπός, λοιπόν, της εν λόγω διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη της επίδρασης της έκθεσης στην ποιότητα μιας μαστογραφικής εικόνας. Προς υλοποίηση αυτού αρχικά δημιουργήθηκε μέσω του λογισμικού MATLAB ένα ψηφιακό ομοίωμα, το οποίο προσομοίωνε το μαστικό ιστό, καθώς και δύο δομές που θα μπορούσε να περιλαμβάνει: το αίμα εντός μιας αρτηρίας και το ασβέστιο μιας μικροαποτιτάνωσης. Έπειτα ακολούθησε η μαθηματική ακτινοβόληση του ομοιώματος προς μελέτη, θεωρώντας εκθετική εξασθένιση της μονοενεργειακής ακτινοβολίας που χρησιμοποιήθηκε και λαμβάνοντας τους απαραίτητους συντελεστές εξασθένισης των δομών από το λογισμικό XMuDat. Τέλος, με τη χρήση δημοσιευμένων δεδομένων σχετικά με την καμπύλη απόκρισης, το κανονικοποιημένο φάσμα ισχύος θορύβου και τη συνάρτηση μεταφοράς διαμόρφωσης ενός εμπορικού ανιχνευτή Dexela 2923 πραγματοποιήθηκε η μετατροπή των τιμών KERMA σε τιμές εικονοστοιχείου και ακολούθως η εισαγωγή θορύβου και ασάφειας στην προκύπτουσα εικόνα. Μέσω της παραπάνω μεθοδολογίας εξάχθηκαν συμπεράσματα τόσο για την επίδραση της έκθεσης στην ποιότητα της μαστογραφικής εικόνας, όσο και για τις δυνατότητες απεικόνισης του Dexela 2923 κάτω από τις πειραματικές συνθήκες της δεδομένης εργασίας. Όπως παρατηρήθηκε, το πλήθος των φωτονίων Χ/mm^2 επίδρασε εντονότερα στο θόρυβο της τελικής εικόνας όταν έλαβε μικρές τιμές και ειδικότερα όταν αυτές αντιστοιχούσαν σε KERMA και τιμή εικονοστοιχείου εκτός της ληφθείσας από τη βιβλιογραφία γραμμικής περιοχής του ανιχνευτή. Σχετικά με τον Dexela 2923, παρατηρήθηκε ότι κατάφερε να απεικονίσει όλα τα πάχη και των δύο δομών ενδιαφέροντος για διαστάσεις έως και 0.3 mm, ανάλογα, βέβαια, με τις παραμέτρους που συνδυάστηκαν κατά την ακτινοβόληση.

Abstract

Medical images are a key part of the modern diagnostic process of many diseases and in order to avoid hypo- or hyper-diagnosis, they must be of a high quality. There are plentiful factors that affect the quality of a medical image, one of which - and of major importance - is the exposure conditions. Therefore, the purpose of this diploma thesis was to study the effect of exposure on the quality of a mammographic image. A digital phantom simulating the breast tissue with two structures - the blood within an artery and the calcium of a microcalcification - was created using the MATLAB software. The phantom was mathematically irradiated, assuming exponential attenuation of the monoenergetic radiation used. The tissues’ attenuation coefficients were obtained from the XMuDat software. The radiation escaping the phantom was assumed to impinge onto a Dexela 2923 detector. The detector characteristics affecting the final image that is the response curve, the normalized noise power spectrum and the modulation transfer function were obtained from the literature. Via this methodology conclusions were drawn regarding both the effect of exposure on the quality of the mammographic image and the imaging capabilities of the Dexela 2923 detector under the experimental conditions of the particular thesis. As observed, the number of photons X/mm^2 had a stronger effect on the noise of the final image when its value was small, especially when it corresponded to KERMA and pixel value outside the detector’s linear range obtained from the literature. As regards the Dexela 2923, it was observed that the detector was able to illustrate all thicknesses of both structures of interest for dimensions up to 0.3 mm, depending - of course - on the parameters combined during the mathematical irradiation.