Dijital radyografide sistem performansının Monte Carlo ve deneysel teknikler kullanılarak saptanması

Abstract

Medikal görüntüleme hastalıkların teşhisi (diagnostik) ve tedavisi amacı ile gerçekleştirilir. Doğru teşhis için görüntü kalitesi son derece önemlidir. Görüntü kalitesinin değerlendirilmesinde farklı yöntemler kullanılır. Bu yöntemler genel olarak fiziksel, fizikofiziksel ve klinik değerlendirmeler olarak sınıflandırılır ve her yöntemin kendine özgü bazı avantaj ve dezavantajları vardır. Bu yöntemlerin birlikte yürütülmesi ve yorumlanması gereklidir. Ancak, bu değerlendirmeler oldukça karmaşıktır ve çok sayıda donanım gerektirmektedir. Bu nedenle değerlendirme yöntemlerinin bir arada yürütülmesi pratik olarak oldukça zordur. Ayrıca, literatürde fiziksel yöntemlerle klinik görüntü kalitesi arasındaki ilişki tam olarak saptanamamıştır. Bu tez çalışmasının amacı literatürdeki bu eksikliklerin giderilmesi için dijital radyografide sistem performansının farklı ölçüm teknikleri ile değerlendirip, değerlendirmelere pratik çözümler sağlanarak ölçüm teknikleri arasındaki ilişkinin araştırılmasıdır. Tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmalar üç ana kısımdan oluşmaktadır. İlk kısımda indirekt dijital radyografi dedektörünün performans testleri gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda, grid parametrelerinin etkin Dedeksiyon Kuantum Etkinliği (eDQE) üzerindeki etkisi ilk kez irdelenmiş ve fiziksel ve fizikofiziksel değerlendirmeler arasındaki ilişkinin doğrudan elde edilebilmesi amacı ile integrali alınmış eDQE değerleri ile kontrast-detay eğrilerinden elde edilen ters Görüntü Kalitesi İndeksi (Inverse Image Quality Figure, IQFinv) arasındaki korelasyon araştırılmıştır. Çalışmanın ikinci kısmında beş farklı dijital görüntüleme sisteminde görüntü kalitesi ve performans değerlendirmeleri yukarıda bahsedilen üç yöntemle gerçekleştirilmiş ve yöntemlerin birbiri ile ilişkisi araştırılmıştır. Yapılan bu çalışmada literatürde ilk defa klinik koşulların dahil edildiği fiziksel ölçüm sonuçları ile fizikofiziksel ve klinik değerlendirme bulguları karşılaştırılmıştır. Yöntemler arası korelasyonun değerlendirilmesi amacı ile Spearman korelasyon katsayıları hesaplanmıştır. Deneysel ölçümlere ek olarak, fiziksel görüntü kalitesi değerlendirmelerinde kullanılan ve ölçümü zaman alıcı ve karmaşık olan bazı nicelikler Monte Carlo yöntemi simülasyonu ile belirlenmiştir. Bu sayede ölçümlerdeki önemli bir iş yükü ortadan kaldırılmıştır. Çalışmanın son kısmında ise birçok görüntü kalitesi parametresinin eş zamanlı ölçülebileceği bir görüntü kalitesi fantomu geliştirilmiştir. Yapılan çalışmaların sonucunda, grid oranı ile etkin Dedeksiyon Kuantum Etkinliği (eDQE) değerlerinin azaldığı görülmüştür. Görüntü kalitesinin fiziksel olarak değerlendirilmesinde kullanılan IeDQE) sonuçları ile klinik değerlendirmeler (Visual Grading Analysis, VGA) arasındaki korelasyon katsayısı rmin=0.91, p<0.033 olarak elde edilmiştir. Benzer şekilde, fizikofiziksel ölçümler kapsamında hesaplanan IQFinv ile VGA arasındaki korelasyon katsayısı rmin=0.89, p<0.043 olarak bulunmuştur. Bu sonuçlar, klinik görüntü kalitesinin hem fiziksel hem de fizikofiziksel ölçüm çalışmalarından tahmin edilebileceğini göstermiştir. Geliştirilen fantomdan elde edilen görüntü kalitesi değerlendirme sonuçları, düşük maliyetlerle hazırlanan bu fantomun mevcut standart fantomlara alternatif olabileceğini göstermiştir.Bu tez, kısmi olarak TÜBİTAK 117F294 projesi ile desteklenmiştir.

Medical imaging is performed for the diagnosis (diagnosis) and treatment of diseases. For accurate diagnosis, image quality is extremely important. Different methods are used to evaluate the image quality. These methods are generally classified as physical, psychophysical and clinical evaluations, and each method has its own advantages and disadvantages. These methods must be carried out and interpreted together. However, these evaluations are quite complicated and require a lot of hardware. Therefore, it is practically difficult to carry out evaluation methods together. In addition, the relationship between physical methods and clinical image quality has not been provided in the literature. The purpose of this thesis is to evaluate the system performance in digital radiography with different measurement techniques in order to overcome these deficiencies in the literature, to investigate the relationship between these measurement techniques by providing practical solutions to the evaluations. The studies carried out in the thesis consist of three main parts. In the first part, performance tests of the indirect digital radiography detector were carried out. In this context, the effect of grid parameters on effective Detection Quantum Efficiency (eDQE) was examined for the first time and the correlation between the Inverse Image Quality Figure (IQFinv) obtained from the contrast-detail curves and the integrated eDQE values (IeDQE) was investigated in order to obtain the relationship between physical and psychophysical evaluations. In the second part of the study, the image quality and performance evaluations in five different digital imaging systems were carried out with the three methods mentioned above and the relationship between the methods was investigated. In this study, for the first time in the literature, physical measurement results including clinical conditions and psychophysical and clinical evaluation findings were compared. Spearman correlation coefficients were calculated to evaluate the correlation between methods. In addition to experimental measurements, some quantities that are used in physical image quality assessments and are time-consuming and complex are determined by Monte Carlo simulations. In this way, a significant workload in the measurements is eliminated. In the last part of the study, an image quality phantom has been developed in which many image quality parameters can be measured simultaneously.As a result of the studies, it has been observed that the effective Detection Quantum Effectiveness (eDQE) values decrease with the grid ratio. The correlation coefficient between the integrated eDQE (IeDQE) results used in the physical evaluation of the image quality and the clinical evaluations (Visual Grading Analysis, VGA) was obtained as rmin = 0.91, p <0.033. Similarly, the correlation coefficient between IQFinv and VGA calculated within the scope of psychophysical measurements was found as rmin = 0.89, p <0.043. These results showed that clinical image quality can be estimated from both physical and physiophysical measurement studies. The image quality evaluation results obtained from the phantom developed showed that this phantom prepared with low costs may be an alternative to the existing standard phantoms.This thesis was partially supported by TÜBİTAK 117F294 project.