Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/605
Title: Investigation of scintillators with two K-absorption edges using Monte Carlo techniques
Other Titles: Διερεύνηση σπινθηριστών με δύο Κ-αιχμές απορρόφησης με χρήση τεχνικών Μόντε Κάρλο
Authors: Κωνσταντινίδης, Αναστάσιος
Issue Date: 2007-11-01T08:37:40Z
Keywords: Scintillators
Monte Carlo
Medical imaging detectors
K-characteristic radiation
Keywords (translated): Σπινθηριστές
Μόντε Κάρλο
Ανιχνευτές ιατρικής απεικόνισης
Κ-χαρακτηριστική ακτινοβολία
Abstract: The performance of phosphor screens (or scintillators) used in medical imaging systems are strongly affected by the intrinsic phosphor properties. The present study investigates scintillator radiation detection efficiency and how the produced K-characteristic radiation affects scintillator performance. K-characteristic radiation may either be reabsorbed or it may escape the scintillator. In both cases the imaging performance of the scintillator may be affected resulting either in spatial resolution degradation or in counting efficiency decrease. Scintillator employed in medical imaging detectors may have either one heavy element (e.g. Lu in LSO) or two heavy elements (e.g. Lu and Y in LYSO). In the latter case, further image degradation may result, since K x-rays of the high-Z element can produce additional K-characteristic radiation to the low-Z element. In the present study two scintillators with one heavy element (LSO, YSO) and three with two heavy elements (LYSO, CsI and YTaO4) were investigated. The study was carried out by the extension of a previously developed custom and validated Monte Carlo simulation program. When possible, Monte Carlo results were compared to analytical models. The study was made under conditions used in general x-ray radiography, x-ray mammography, CT and nuclear medicine -ray imaging ( -camera and SPECT). Therefore, a monoenergetic x-ray beam was assumed, varying in the range from 20 up to 160 keV. The respective scintillator thickness was considered to vary from 20 up to 100 mg/cm2. Results showed that K characteristic effect of additional K x-ray photons is negligible on thin phosphor screens, while it is considerably higher in thicker scintillators. In addition, it was found that YSO scintillator is suitable for use in x-ray mammography. On the other hand, LSO, LYSO, CsI and YTaO4 scintillators were found suitable for higher energy imaging applications.
Abstract (translated): Η απόδοση των φθοριζουσών οθονών (ή σπινθηριστών) που χρησιμοποιούνται σε συστήματα ιατρικής απεικόνισης, επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τις ενδογενείς ιδιότητες των σπινθηριστών. Η παρούσα εργασία μελετά την ικανότητα ανίχνευσης των ακτίνων Χ ή γ που έχουν οι σπινθηριστές και πώς η παραγόμενη Κ-χαρακτηριστική ακτινοβολία επηρεάζει την επίδραση του σπινθηριστή. Η Κ-χαρακτηριστική ακτινοβολία μπορεί είτε να απορροφηθεί ξανά μέσα στον σπινθηριστή, είτε να διαφύγει από αυτόν. Στην πρώτη περίπτωση μπορεί να συμβεί υποβάθμιση της χωρικής διακριτικής ικανότητας, ενώ στην δεύτερη υποβάθμιση της μετρητικής ικανότητας του συστήματος. Οι σπινθηριστές που χρησιμοποιούνται σε ανιχνευτές ιατρικής απεικόνισης συνήθως αποτελούνται είτε από ένα βαρύ στοιχείο (π.χ. το Lu στο LSO) είτε από δύο βαρέα στοιχεία (π.χ. το Lu και το Y στο LSO). Ένα στοιχείο χαρακτηρίζεται ως βαρύ όταν έχει ατομικό αριθμό (Ζ) μεγαλύτερο από 30. Στην δεύτερη περίπτωση, μπορεί να συμβεί περαιτέρω υποβάθμιση της διακριτικής ικανότητας της εικόνας. Αυτό συμβαίνει λόγω του γεγονότος ότι τα φωτόνια της Κ-χαρακτηριστικής ακτινοβολίας του βαρέος στοιχείου υψηλότερου ατομικού αριθμού μπορούν να προκαλέσουν την παραγωγή πρόσθετων φωτονίων Κ-χαρακτηριστικής ακτινοβολίας από το βαρύ στοιχείο χαμηλότερου ατομικού αριθμού. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν δύο σπινθηριστές με ένα βαρύ στοιχείο (LSO, YSO) και τρεις με δύο βαρέα στοιχεία. (LYSO, CsI και YTaO4). Η εργασία πραγματοποιήθηκε κάνοντας επέκταση ενός προγράμματος προσομοίωσης Monte Carlo, το οποίο αναπτύχθηκε στο εργαστήριο και έχει πιστοποιηθεί. Όπου ήταν εφικτό, τα αποτελέσματα του Monte Carlo συγκρίθηκαν με αποτελέσματα που εξήχθηκαν από αναλυτικά-θεωρητικά μοντέλα. Η εργασία αυτή πραγματοποιήθηκε για συνθήκες που χρησιμοποιούνται στην Ακτινοδιαγνωστική, την Μαστογραφία, την Αξονική Τομογραφία και την Πυρηνική Ιατρική (γ-κάμερα και SPECT). Πιο συγκεκριμένα, η ενέργεια της προσπίπτουσας ακτινοβολίας Χ ή γ μεταβαλλόταν από 20 έως 140 keV. Τα πάχη των σπινθηριστών κυμαίνονταν από 20 έως 100 mg/cm2. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το φαινόμενο της Κ-χαρακτηριστικής ακτινοβολίας είναι αμελητέο σε λεπτές οθόνες, ενώ είναι πολύ μεγαλύτερο σε παχιές οθόνες. Επίσης, βρέθηκε ότι ο σπινθηριστής YSO είναι ιδανικός για χρήση στην Μαστογραφία. Από την άλλη πλευρά, οι σπινθηριστές LSO, LYSO, CsI και YTaO4 βρέθηκαν κατάλληλοι για εφαρμογές ιατρικής απεικόνισης υψηλότερων ενεργειών.
Appears in Collections:Τμήμα Ιατρικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Master Thesis Konstantinidis.pdf935.09 kBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.