ارزیابی اثرات تغییر ضخامت آشکارسازها بر کیفیت تصویر در تصویربرداری توسط دوربین کامپتون

دوربین کامپتون دستگاهی است که به‌منظور تصویربرداری از چشمه‌های گسیلنده گاما با انرژی بالا توسعه یافته است. مزیت این دوربین نسبت به دوربین‌های تصویربرداری spect، در حساسیت، نحوه ‌آشکارسازی پرتو‌های گاما و استفاده از طیف وسیعی از انرژی پرتوهای گامای فرودی می‌باشد. تمامی موارد ذکرشده سبب گردیده که این دستگاه، کاربردهای ویژه‌ای جهت استفاده در موارد تصویربرداری پزشکی هسته‌ای و به‌خصوص هادرون‌تراپی داشته باشد. از طرفی بازسازی تصویر در دوربین کامپتون، نسبت به مدل‌های معمول بسیار پیچیده‌تر است و در واقع با نگاره‌های سطحمخروطی مواجه هستیم؛ که در این رابطه روش‌های متفاوتی برمبنای روش تکرار به‌منظور بازسازی تصاویر توسعه یافته است. دوربین پراکندگی کامپتون شامل دو آشکارساز است که آشکارساز نزدیک‌تر به چشمه به‌منظور رخداد و ثبت پراکندگی کامپتون در این آشکارساز و دومین آشکارساز که در پشت آشکارساز ابتدایی قرار می‌گیرد (دورتر از چشمه)، برای جذب فوتون‌های پراکنده شده (توسط آشکارساز اول) طراحی شده است. موقعیت، انرژی و زمان برهم‌کنش توسط هر دو آشکارساز محاسبه می‌شود. به‌کمک انرژی نهشت‌یافته در دو آشکارساز و هم‌چنین ثبت موقعیت برهم‌کنش، زاویه گشودگی و راس مخروط کامپتون قابل محاسبه خواهد بود. در ادامه نیز با تصویرِ این مخروط‌ها در فضای تصویر و یافتن نقاطی که پیکسل‌های اختصاص‌یافته به مخروط‌ها تراکم بیش‌تری دارند می‌توان بازسازی تصویر را برای دوربین کامپتون و در یک رصد انجام داد. در این مقاله، شبیه‌سازی دوربین کامپتون در نرم‌افزار gate صورت پذیرفته و اثرات تغییر ضخامت بر نحوه آشکارسازی دوربین کامپتون، برای یک فانتوم شامل چهار کره پرتوزا بررسی شده است. بازسازی تصویر به‌کمک الگوریتم lmmlem در نرم‌افزار matlab انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد که تخمین ضخامت‌های بهینه برای آشکارساز پراکننده دوربین کامپتون، با توجه به الگوریتم متفاوت بازسازی و نیز توازن میان ثبت رویدادها در آشکارساز جاذب و پراکننده به شرایط تصویربرداری و نوع چشمه پرتوزا وابسته است، اگرچه برای آشکارساز جاذب، ضخامت موثر برای افزایش جذب هرچه بیشتر رویدادها مورد نیاز است. میزان تکرار بر کارایی الگوریتم تاثیر مستقیمی داشته و نیز مشخصات دوربین می‌تواند بر کیفیت تصویر، به‌شدت تاثیرگذار باشد.

Evaluating the effects of the detectors thickness variations on image quality in Compton imaging

The Compton camera has been developed to estimate highenergy gammaray sources distribution. The advantages of this modality over SPECT system are larger field of view, higher sensitivity, and wider energy range. All of the mentioned properties of this device caused to have special applications for use in nuclear medicine and especially hadron therapy. Image reconstruction in the Compton camera are more complex in comparison with conventional imaging systems. In this way, different methods based on the iteration method have been developed to reconstruct the images. In fact, image reconstruction in Compton camera is performed by using conical projections and cone surfaces which gamma rays are probably emitted from them. Finally, cone surfaces projected into the image matrix. The Compton scattering camera consists of two detectors, the detector closest to the source for the occurrence and recording of the Compton scattering in this detector, and the second detector located behind the primary detector (farther from the source) designed to absorbing the scattered photons (by the first detector). Position, energy and interaction time are stored by both detectors. Opening angle and the apex of the Compton cone can be calculated by using the amount of energy deposition in the two detectors and the location of the interactions. By having cone characteristics, cone surface is projected into the image space which allows to estimate the values of the traversed voxels. In this way, 3D distribution of the source could be acquired by singleshot and without collimator. In this paper, the results of the Compton camera simulation in the GATE code are presented along with the written reconstruction algorithm. Then the effects of the detector thickness variations are evaluated by using a simulated phantom consisting of four radioactive spheres with different diameters. Image reconstruction was performed using LMMLEM algorithm, which is based on the iterative method, in MATLAB software. The results of the image analysis show that the characteristic of the detector in the Compton camera along with iteration number have a strong impact on image quality.