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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Otimização da qualidade da imagem e dose em radiologia pediátrica usando simulação Monte Carlo e métodos experimentais
Title Alternative: Optimization of image quality and dose in pediatric radiology based on Monte Carlo simulation and experimental approach
Author: Mendes, Hítalo Rodrigues, 1993-
Advisor: Tomal, Alessandra, 1983-
Abstract: Resumo: A otimização em radiologia é uma etapa fundamental para adequar a dose absorvida mantendo a qualidade da imagem. Para pacientes pediátricos a necessidade de otimização é ainda maior, pois crianças são mais radiossensíveis e têm uma maior expectativa de vida. A Figura de Mérito (FOM) e a Eficiência de Detecção Quântica (DQE) são grandezas empregadas para a otimização em radiologia, por avaliarem simultaneamente dose e qualidade da imagem. O objetivo deste trabalho foi determinar os parâmetros ótimos de exposição para radiologia pediátrica de tórax por meio de simulação Monte Carlo (MC) e estudos experimentais. O código MC PENELOPE 2014 com a extensão penEasy 2015 foi utilizado. Objetos homogêneos de diferentes espessuras compostos de acrílico simulavam o tórax de uma criança com diferentes idades. Uma escada de alumínio foi incluída para simular diferentes espessuras de tecido ósseo. A avaliação dosimétrica na superfície do objeto simulador foi baseada na dose de entrada na pele (DEP), enquanto a dose média absorvida (D) foi utilizada para a avaliação da deposição de dose no volume total do objeto. A qualidade da imagem foi quantificada determinando o ruído presente na imagem a partir da razão sinal-ruído (SNR) e a relação entre contraste e ruído relativo na imagem a partir da razão contraste-ruído (CNR). Os parâmetros de exposição foram: feixes monoenergéticos e polienergéticos; filtros adicionais de alumínio e cobre. Também foi avaliada a influência do tipo de detector, distância fonte-detector e inclusão de grade antiespalhamento na decisão dos parâmetros ótimos de exposição. Experimentalmente um tubo de raios X clínico foi utilizado e a tecnologia de detecção foi radiografia computadorizada (CR). Dose e qualidade da imagem foram determinadas para objetos simuladores construídos baseados no modelo utilizado na simulação MC. A FOM foi determinada ponderando a dose e a qualidade da imagem para diferentes potenciais do tubo e filtros adicionais. A DQE foi determinada para um potencial do tubo de 70 kV variando o produto corrente-tempo (mAs). Os resultados das simulações mostraram que as grandezas dosimétricas, tipo de detector, distância fonte-detector e presença da grade antiespalhamento tem pequena influência na decisão de espectro ótimo. Espectros com filtração adicional maiores ou iguais a 0,6 mm de cobre apresentam os melhores desempenhos na otimização. Porém, esta escolha está associada a uma necessidade do aumento do mAs. Portanto, considerando limitações da capacidade térmica do tubo de raios X, filtros adicionais de 2 mm de alumínio mais 0,2 mm de cobre podem ser indicados como alternativa para a otimização do espectro de raios X. Os resultados de simulação e experimentais de FOM concordam com relação a escolha da filtração adicional e potencial do tubo ótimo. A otimização por meio da DQE indicou que menores valores de mAs apresentam o melhor desempenho. A comparação dos resultados obtidos neste trabalho com dados clínicos mostraram que existe a possibilidade de redução de dose na prática clínica. Por fim, pode-se concluir que os espectros ótimos poderiam ser implementados em ambientes clínicos visando a otimização

Abstract: Optimization in radiology is a fundamental step that aims to adjust the absorbed dose while maintaining image quality. For pediatric patients the need for optimization is even greater, as children are more radiosensitive and have a longer life expectancy. The Figure of Merit (FOM) and Detection Quantum Efficiency (DQE) can be used as optimization metrics in radiology, since evaluate dose and image quality. The objective of this study was to determine the optimal exposure parameters for pediatric chest radiology using Monte Carlo simulation (MC) and experimental studies. The MC code PENELOPE 2014 with the penEasy 2015 extension was used. Homogeneous acrylic phantoms of different thicknesses simulated the chest of a child with different ages. An aluminum edge was included to simulate different thicknesses of bone tissue. The dosimetric evaluation on the phantom surface was based on the entrance skin dose (ESK), while the mean absorbed dose (D) was used for the dose deposition evaluation in the total volume of the object. The image quality was quantified by determining the noise present in the image from the signal-to-noise ratio (SNR), and the relation between contrast and relative noise in the image from the contrast-to-noise ratio (CNR). The exposure parameters were: monoenergetic and polyenergetic beams; additional aluminum and copper filters. It was also evaluated the influence of detector type, source-detector distance and inclusion of antiscatter grid in the decision of optimal exposure parameters. Experimentally, a clinical X-ray tube was used and the detection technology was computerized radiography (CR). Dose and image quality were determined for phantoms constructed based on the model used in the MC simulation. FOM was determined based on dose and image quality for different tube potentials and additional filters. The DQE was determined for a potential of the 70 kV tube by varying the current-time product (mAs). The results of the simulations showed that the dosimetric quantities, detector type, source-detector distance and the presence of the antiscatter grid have a small influence on the optimum tube potential decision and additional filtration. Spectra with additional filtration greater than or equal to 0.6 mm of copper present the best performances in optimization. However, the additional filtration is also related to the need of an increase in the current-time product. Therefore, considering the X-ray tube thermal capacity limitations, additional filters of 2 mm of aluminum plus 0.2 mm of copper may be indicated as an alternative. The FOM simulation and experimental results agree with respect to the choice of additional and potential filtration of the optimal tube. The optimization through the DQE indicated that the lowest possible value of the current-time product presents the best performance for x-ray spectra optimization. The comparison of the results obtained in this study with clinical data showed that there is a possibility of dose reduction in clinical practice. Finally, it can be concluded that optimal spectra could be implemented in clinical settings aiming at optimizing the relationship between image quality and dose
Subject: Pediatria - Radiologia
Otimização
Monte Carlo, Método de
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: MENDES, Hítalo Rodrigues. Otimização da qualidade da imagem e dose em radiologia pediátrica usando simulação Monte Carlo e métodos experimentais. 2018. 1 recurso online (108 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:IFGW - Tese e Dissertação

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