Μιχαήλ Χρήστος Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών T μήμα Τεχν o λογίας Ιατρικών Οργάνων

1. Μετρήσεις και μοντελοποίηση χαρακτηριστικών μεταφοράς συστήματος οθονών σπινθηριστών για χρήση στη Ψηφιακή Ακτινοδιαγνωστικήκαι Μαστογραφία Μιχαήλ Χρήστος Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήμα Τεχνoλογίας Ιατρικών Οργάνων ΤΕΙ Αθήνας

2. Εισαγωγή Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι: • Η εξέταση και αξιολόγηση των προβλέψεων που δίνονται από θεωρητικό μοντέλο για τον υπολογισμό της Συνάρτησης Μεταφοράς Διαμόρφωσης (MTF)οθονών σπινθηριστών. • Η σύγκριση τους με πειραματικές μετρήσεις που ελήφθησαν από την επιστημονική ομάδα του εργαστηριού καθώς και βιβλιογραφικά δεδομένα. • Ο φώσφορος σπινθηριστής στον οποίο επικεντρώνεται αυτή η εργασία είναι ο Lu2SiO5:Ce (LSO). • Μελέτη του συγκεκριμένου φωσφόρου σπινθηριστή σε συνθήκες Μαστογραφίας και Ακτινοδιαγνωστικής δεν έχει ξαναγινεί, σύμφωνα με την υπάρχουσα βιβλιογραφία .

3. Υλικά και μέθοδοι ΙΣυνάρτηση Μεταφοράς Διαμόρφωσης (MTF-SWRF) I Υλικά και επιστημονικός εξοπλισμόςπου χρησιμοποιήθηκαν: Οθόνη σπινθηριστή με επιφανειακή πυκνότητα 25 mg/cm2. Φιλμ KODAK T-MAT. Μαστογραφική μονάδα General Electric Senographe DMR Plus. Πρότυπο ελέγχου για τον έλεγχο της MTF(typ-53, Nuclear Associates), με χωρικές συχνότητες (0.25 εως 10 lp/mm). Εμφανιστήριο Agfa Scopix LR 5200 (36◦C, 90 s). Ψηφιοποιητής Agfa Duoscan(παράμετροι ψηφιοποίησης: 1000dpi, 8bit). Συνθήκες έκθεσης : 27 kV και 63mAs. Εικόνα 1:(a) Μαστογραφική μονάδα (b) Διάταξη διέλευσης (c)Διάταξηανάκλασης Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

4. Υλικά και μέθοδοι ΙΙΣυνάρτηση Μεταφοράς Διαμόρφωσης (MTF-SWRF) II Εξισώσεις:1,2 Εικόνα2 :Σχηματικήαναπαράσταση της μεθόδου SWRF. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

5. Υλικά και μέθοδοι ΙΙΙΦάσμα Ισχύος Θορύβου (NPS) Ψηφιοποίηση 1000 ppi, 8bit 6 περιοχές ενδιαφέροντος (128x128). FFT σε κάθε σειρά και τετραγωνισμός. Χαρακτηριστικό Φάσμα Ισχύος Θορύβου Εικόνα 3:Σχηματικήαναπαράσταση για τη πειραματική εκτίμησητουΦάσματος Ισχύος Θορύβου. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

6. Υλικά και μέθοδοι IVΑνιχνευτική Κβαντική Αποδοτικότητα (DQE) Εξίσωση:3 Εικόνα4:Πολύμετρο ακτίνων-χ. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων E: προσπίπτουσα έκθεση (mR), q:Παράγων μετατροπής μεταξύ έκθεσης και ροής φωτονίων (IEC 62220-1, 2003).

7. Υλικά και μέθοδοι VΥλοποίηση Θεωρητικού ΜοντέλουΣήμα εξόδου και αποδοτικότητα μεταφοράς σήματος 1.Προσπίπτουσα Ροή φωτονίων Χ 2.Αλληλεπίδραση Με το Υλικό Του φωσφόρου 3.Παραγωγή οπτικών φωτονίων 4.Εξοδος Των οπτικών Φωτονίων Από το υλικό Εξίσωση:4 Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

8. Υλικά και μέθοδοι VIΥλοποίηση Θεωρητικού Μοντέλου • - • - • - • - Εξίσωση:5 Εξίσωση:6 Εξίσωση:7 Εξίσωση:8 Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

9. Αποτελέσματα και συζήτηση IΠειραματικά αποτελέσματα (MTF) I Εικόνα5:Πειραματικός προσδιορισμός της MTF γα την οθόνη LSO:Ce (27 kVp, 25 mg/cm2). Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

10. Αποτελέσματα και συζήτηση IIΠειραματικά αποτελέσματα (MTF) II Εικόνα6:Σύγκριση της MTF για τις οθόνες LSO:Ce και Kodak Min-R μέσω πειραματικής μέτρησης σε διάταξη διεύλεσης. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

11. Αποτελέσματα και συζήτηση IΙΙ Πειραματικά αποτελέσματα (DQE) Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων Εικόνα7:DQE της οθόνης των 25 mg/cm2 LSO:Ce στα 27 kVp.

12. Αποτελέσματα και συζήτησηΙVΠιστοποίηση των θεωρητικών αποτελεσμάτων (MTF) Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων Εικόνες8, 9 και 10:Πιστοποίηση των θεωρητικών αποτελεσμάτων για την MTF μέσω σύγκρισης με δημοσιευμένα απότελεσματα.

13. Αποτελέσματα και συζήτηση VΘεωρητικά αποτελέσματα (MTF I) Εικόνα 11:MTF οθονών Lu2SiO5:Ce για διάφορα πάχη στα 90 kVp. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

14. Αποτελέσματα και συζήτηση VIΘεωρητικά αποτελέσματα (MTF II) Εικόνα13:Σύγκριση των MTF μεταξύ των Lu2SiO5:Ce, Gd2O2S:Tb, CsI:Tl και YTaO4:Nb σε συνθήκες Ακτινοδιαγνωστικής για επιφανειακή πυκνότητα 80 mg/cm2στα 90 kVp. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων Εικόνα12:Σύγκριση των MTF μεταξύ των Lu2SiO5:Ce, Gd2O2S:Tb, CsI:Tl και YTaO4:Nb σε συνθήκες Μαστογραφίας για επιφανειακή πυκνότητα 35 mg/cm2, στα 28 kVp.

15. Συμπεράσματα Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων • Η Συνάρτηση Μεταφοράς Διαμόρφωσης της οθόνης LSO:Ce εμφανίζει ανταγωνιστικά χαρακτηριστικά μεταφοράς συστήματος σε σχέση με τα πλέον διαδεδομένα υλικά GdOS:Tb και CsI:Tl. Σε συνδυασμό με τις υψηλές τιμές απόλυτης απόδοσης (Α.Ε.) που παρουσιάζει η οθόνη με επιφανειακή πυκνότητα 25 mg/cm2,το υλικό αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε ψηφιακά συστήματα. • Οι προβλέψεις του θεωρητικού μοντέλου πιστοποιούνται μέσω δημοσιευμένων αποτελεσμάτων. • Οι προβλέψεις του θεωρητικού μοντέλου δείχνουν ότι ο σπινθηριστής κοκκώδους μορφής YTaO4:Nb εμφανίζει αξιόλογα χαρακτηριστικά μεταφοράς συστήματος, συγκρίσιμα με αυτά του LSO:Ce.

16. Αναφορές Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων [1] I.A. Cunnigham, ‘Signal and noise in modulation transfer function determinations using the slit, wire, and edge techniques’, Med. Phys. 19 (4), 1037-1044, 1992 [2] Melcher C L Schweitzer J S 1992 Cerium-doped Lutetium Oxyorthosilicate: A Fast, Efficient NewScintillator IEEE Trans. Nucl. Sci.39 502-50 [3] Mark B. Williams, Peter A. Mangiafico, and Piero U. Simoni, ‘Noise power spectra of images from digital mammography detectors’, Medical Physics, Vol. 26, No. 7, 1999 [4] Kandarakis, D. Cavouras, C.D. Nomicos, G.S. Panayiotakis, ‘Measurement of the X-ray luminescence and spectral compatibility of the CdPO3CI:Mn phosphor’, Radiation Measurements Vol.33, 217-224, 2001 [5] Ranger N T Samei E Dobbins III J T Ravin C E 2005 Measurement of the detective quantum efficiency in digital detectors consistent with the IEC 62220-1 standard: Practical considerations regarding the choice of filter material Medical Physics32 2305-231 [6] Ludwig G. W.: ‘X-ray efficiency of powder phosphors’. J. Electr. Soc., vol. 118, 1152, 1971 [7] Swank R K.: ‘Calculation of modulation transfer functions of x-ray fluorescent screens’. Appl. Opt. vol 12, 1865, 1973 [8] A.Baciero, L. Placentino, K.J. Mc Carthy, L.R. Barquero, A. Ibarra, and B. Zurro: J. Appl. Phys., Vol.,85, 6790,1999 [9]I. Kandarakis, D. Cavouras, I. Sianoudis et al: Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A (2004) [10] JC Dainty, R Shaw: ‘Image Science’ Academic Press, New York, 1974 [11] N. Kalivas, E. Costaridou, I. Kandarakis, D. Cavouras, C.D. Nomicos, G.S.Panayiotakis: Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A 490, 614 (2002). [12] Nishikawa R. M. and Yaffe M. J.: ‘Model of the spatial-frequency-dependent detective quantum efficiency of phosphor screens’. Med. Phys., vol. 17, 894, 1990 [13] G. Borasi, A. Nitrosi, P. Ferrari, D. Tassoni: Med. Phys. Vol. 30, 1719, 2003 [14] E. Samei and M.J. Flynn: Med. Phys. Vol.29, 447, 2002 [15] J. R. Greening: Fundamentals of Radiation Dosimetry, Institute of Physics,London, 1985 [16] J.M.Boone, J.A. Seibert, Med. Phys. Vol. 24, 1661, 1997 [17] Nishikawa R. M. and Yaffe M. J.: ‘Effect of finite phosphor thickness on detective quantum efficiency’. Med. Phys., vol. 16, 773, 1989

17. Κατάλογος Δημοσιεύσεων Ι • MONTE CARLO STUDY OF PHOSPHOR SCREENS RESOLUTION PROPERTIES, Panagiotis F. Liaparinos, Ioannis S. Kandarakis, Dionisis A. Cavouras, Harry B. Delis, and George S. Panayiotakis, 1st International Conference on Experiments, Process, System Modelling, Simulation, Optimization, (1st IC-EpsMsO Athens) on 6-9 July, 2005 • Efficiency of Lu2SiO5:Ce (LSO) powder phosphor as X-ray to light converter under mammographic imaging conditions, S. David, C. Michail, I. Valais, D. Nikolopoulos, P. Liaparinos, N. Kalivas, I. Kalatzis , A. Toutountzis, N. Efthimiou, G. Loudos , I. Sianoudis, D. Cavouras, N. Dimitropoulos, C.D. Nomicos, I. Kandarakis and G.S. Panayiotakis, Euromedim 2006: 1st European Conference on Molecular Imaging Technology, Marseille, France, 9-12 May 2006. • Investigation of the effect of the scintillator material on the overall X-ray detection system performance by application of analytical models, N. Efthimiou, N. Kalivas, G.Patatoukas, A. Konstantinidis, I. Valais, D. Nikolopoulos, A.Gaitanis, S. David, C. Michail, G.Loudos, D.Cavouras, K. Kourkoutas, G.Panayiotakis and I. Kandarakis, Euromedim 2006: 1st European Conference on Molecular Imaging Technology, Marseille, France, 9-12 May 2006. • Monte Carlo validation in the diagnostic radiology range. Dimitrios Nikolopoulos, Dionysios Linardatos, Ioannis Valais, Christos Michail, Stratos David, Panagiotis Gonias, Nikolaos Bertsekas, Dionysios Cavouras, Anna Louizi, Ioannis Kandarakis, Euromedim 2006: 1st European • Conference on Molecular Imaging Technology, Marseille, France, 9-12 May 2006. A systematic study of the performance of the CsI:Tl single-crystal scintillator under X-ray excitation., Ioannis Valais, Dimitrios Nikolopoulos, Nektarios Kalivas, Anastasios Gaitanis, Georgios Loudos, Ioannis Sianoudis, Nikolaos Giokaris, Dionisis Cavouras, Nikolaos Dimitropoulos, Constantinos D. Nomicos, Ioannis Kandarakis, Georgios S. Panayiotakis, Euromedim 2006: 1st European Conference on Molecular Imaging Technology, Marseille, France, 9-12 May 2006. • Determination of the Radiation Absorption and Light Emission Properties of Lu2SiO5:Ce (LSO) Powder Phosphor using Computational Model and Experimental Techniques in Mammography, Michail C., David S., Valais I., Nikolopoulos D., Liaparinos P., Toutountzis A., Cavouras D., Dimitropoulos N., Nomicos C.D., Kandarakis I., Panayiotakis G.S., 2nd IC-SCCE Athens, Greece, on 5-8 July, 2006 • Imaging Properties of GdAIO3:Ce (GAP:Ce) Powder Scintillator, Toutountzis A., Michail Ch., David S., Nikolopoulos D., Valais I., Dimitropoulos N., Panayiotakis G., Cavouras D., Kandarakis I., 2nd IC-SCCE Athens, Greece, on 5-8 July, 2006 Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

18. Κατάλογος Δημοσιεύσεων ΙΙ Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων EXAMINING THE LUMINESCENCE PERFORMANCE OF GRANULAR PHOSPHOR SCREENS, Liaparinos P., Kandarakis I.,Cavouras D., Panayiotakis G, 2nd IC-SCCE Athens, Greece, on 5-8 July, 2006 The effect of the LSO/YSO concentrations ratio on the imaging characteristics under mammographic conditions, A. Konstantinidis, P. Liaparinos, G. Patatoukas, I. Valais, D. Nikolopoulos, G. Panayiotakis and I. Kandarakis, 2nd IC-SCCE Athens, Greece, on 5-8 July, 2006. Validation of a GATE model for the simulation of the Siemens PET/CT biograph™ 6 scanner, PanagiotisGonias, NikolaosBertsekas, NikolaosKarakatsanis, Georgios Saatsakis , DimitriosNikolopoulos, GeorgiosLoudos, NikolaosSakellios, Anastasios Gaitanis , LaertisPapaspyrou, AntoniosDaskalakis, PanagiotisLiaparinos, DionisisCavouras, Ioannis Kandarakis and George S. Panayiotakis, 2nd IC-SCCE Athens, Greece, on 5-8 July, 2006 A computer simulation algorithm applied in x ray radiography, N.Efthimiou, G.Patatoukas, A.Karatopis, D.Nikolopoulos, I.Valais, D. Cavouras, and I. Kandarakis, 2nd IC-SCCE Athens, Greece, on 5-8 July, 2006. Evaluation of the imaging performance of LSO powder scintillator for use in X-ray mammography, C. Michail, S. David, P. Liaparinos , I.Valais, D. Nikolopoulos, N. Kalivas, A. Toutountzis, D. Cavouras, I. Kandarakis and G.S. Panayiotakis, 10th International Symposium on Radiation Physics 17-22 September, 2006, Coimbra, Portugal. Comparative study of luminescence properties of LuYAP:Ce and LYSO:Ce single crystal scintillators for use in medical imaging, I. Valais, S. David, C. Michail, D. Nikolopoulos, N. Kalivas, A. Toutountzis, I. Sianoudis, D. Cavouras, N. Dimitropoulos, C.D. Nomicos , I. Kandarakis and G.S. Panayiotakis, 10th International Symposium on Radiation Physics 17-22 September, 2006, Coimbra, Portugal Evaluation of high packing density powder x-ray screens by Monte Carlo methods, P. Liaparinos, I. Kandarakis, D. Cavouras, N. Kalivas, H. Delis, G. Panayiotakis, 10th International Symposium on Radiation Physics 17-22 September, 2006, Coimbra, Portugal

19. Κατάλογος Δημοσιεύσεων ΙΙΙ Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων Validation of a GATE simulation model for the Siemens PET/CT Biograph™ 6 scanner, using NEMA 2001 standards, P. Gonias, N. Bertsekas, N. Karakatsanis , D. Nikolopoulos, G. Loudos, N. Sakellios , X. Tsantilas, G. Saatsakis, A. Gaitanis , L. Papaspyrou, A. Daskalakis, P. Liaparinos, K. Nikita, A. Louizi, D. Cavouras, G.S. Panayiotakis and I. Kandarakis, European Association of Nuclear Medicine, 30 September - 4 October 2006 Investigation of the luminescence properties of the LYSO: Ce, LSO: Ce and GSO: Ce single crystal scintillators under low energy -ray excitation for nuclear imaging applications, I. Valais , D. Nikolopoulos, S. David, C. Michail, I. Sianoudis, D. Cavouras, C. D. Nomicos, G.S. Panayiotakis, I. Kandarakis, European Association of Nuclear Medicine, 30 September - 4 October 2006 Luminescence efficiency of Lu2SiO5:Ce (LSO) powder scintillator for X-ray medical radiography applications., S. David, C. Michail, I. Valais, D. Nikolopoulos, N. Kalivas, I. Kalatzis, A. Karatopis, D.Cavouras, G. Loudos , G.S. Panayiotakis and I. Kandarakis, IEEE, Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference, San Diego, California, on Oct. 29 - Nov. 4, 2006. Investigation of luminescence emission properties of (Lu,Y)2SiO5:Ce (LYSO:Ce) and (Lu,Y)AlO3:Ce (LuYAP:Ce) single crystal scintillators under x-ray exposure for use in medical imaging., Ioannis G. Valais, Stratos L. David, Christos M. Michail, Dimitrios N. Nikolopoulos, Dionisis A. Cavouras, Ioannis, A. Sianoudis, Constantinos D. Kourkoutas, Ioannis S. Kandarakis and George S. Panayiotakis, IEEE, Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference, San Diego, California, on Oct. 29 - Nov. 4, 2006. Compatrative Study of Luminescence Properties of Lu2SiO5:Ce and YAlO3:Ce Single Crystal Scintillators for use in Medical Imaging., Valais, S. David, C. Michail, D. Nikolopoulos, D. Vattis, I. Sianoudis, D. Cavouras, C. Nomicos, I. Kandarakis and G. Panayiotakis, 5th European Symposium. on BioMedical Engineering. ESBME 2006. 7th to 9th July 2006, Patras, Ellas. Evaluating the radiation detection of the RbGd2Br7:Ce scintillator by Monte Carlo methods, PanagiotisLiaparinos, Ioannis Kandarakis, DionisisCavouras, Harry Delis,GeorgePanayiotakis, Imaging Technologies In Biomedical Sciences (ITBS 2005) 25 - 28 Σεπτεμβρίου 2005 Luminescence properties of (Lu,Y)2SiO5:Ce and Gd2SiO5:Ce single crystal scintillators under x-ray excitation for use in medical imaging systems, Ioannis G. Valais, Ioannis S. Kandarakis, Dimitris N. Nikolopoulos, Christos M. Michail, Stratos L. David, George K. Loudos, Dionisis A. Cavouras and George S. Panayiotakis, IEEE transactions in nuclear science.

20. Ευχαριστώ για την προσοχή σας. Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών Tμήματος Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων