Robust design of a breast scintigraphy collimator using monte carlo simulations and response surface methodology

Abstract

Meme sintigrafisi, bir nükleer tıp meme görüntüleme tekniği olup, hastalarda memeanormalliği incelemek amacıyla tamamlayıcı bir meme tetkiki olarak kullanılır. Memekanseri için öncelikli tetkik yöntemi olmayıp, bilinen röntgen mamografinin meme kanseritanısında bazı sınırları olan durumlarda yardımcı yöntem olarak kullanılabilir. Ancak,çalışmalar, meme sintigrafisinin meme anormalliğinin 1cm'den küçük olduğu durumlardabaşarılı sonuçlar vermediğini göstermektedir. Kolimatör, görüntü oluşturmada önemli birrol oynar. Bu çalışmanın amacı, 1cm'den küçük meme anormalliklerinde daha iyi birgörüntü kalitesi elde ederken, lezyon farkedilebilirliğini meme ve lezyon değişimlerinedaha az hassas tutarak, meme sintigrafi kolimatörünün gürbüz tasarımını yapmaktır. Buamaç doğrultusunda, sistemin tepkisini eniyileştirecek delik uzunluğu (kolimatör kalınlığı),delik boyu ve septal kalınlıktan oluşan kolimatör parametreleri kümesi bulunmayaçalışılmıştır. Meme ve lezyon sırasıyla bir silindir ve bir küre olarak modellenmiştir.Görüntüleme sisteminin benzetimi için Monte Carlo Benzetimi ve gürbüz eniyileme içinYüzey Tepki Yöntemi kullanılmıştır. Çalışmanın ilk bölümü tipik meme ve lezyondeğerleriyle uğraşırken, ikinci bölüm bu değişkenlere değişinti eklemiştir. Sonuçlarımızgöstermektedir ki, 1.74cm delik uzunluğu, 0.14cm delik boyu ve 0.02cm septal kalınlıkdayanıklı bir kolimatörün boyutlarını vermektedir.Anahtar Sözcükler: Meme Sintigrafisi, kolimatör, Monte Carlo Benzetimi, TepkiYüzey Yöntemi, gürbüz tasarım

Breast Scintigraphy, a nuclear medicine breast imaging technique, is a supplementalbreast exam that is used in patients to investigate a breast abnormality. It is not a primaryinvestigative tool for breast cancer but it is used as a complementary technique in caseswhere conventional x-ray mammography has some limitations in breast cancer diagnosis.However, studies show that breast scintigraphy does not give successful results whenbreast abnormality is less than 1cm. The collimator plays an important role in imageconstruction. This study aims to make a robust design of the breast scintigraphy systemcollimator to obtain a better image quality in small breast lesions (<1cm) by theoptimization of the collimator parameters such as hole length (collimator length), hole sizeand septal thickness while keeping the lesion detectability less susceptible to patientvariations such as breast and lesion dimensions. The breast and the lesion were modeled asa cylinder and a sphere, respectively. Monte Carlo Simulation is utilized for simulating theimaging system and Response Surface Methodology is applied for robust optimization.The first part of the study deals with a typical case of breast and lesion dimensions whereasthe second part inserts variance to the parameters. Our results show that a hole length of1.74cm, a hole size of 0.14cm and a septal thickness of 0.02cm are the dimensions of arobust collimator.Keywords: Breast Scintigraphy, collimator, Monte Carlo Simulation, ResponseSurface Method, robust design