Comparative study of two flat-panel X-ray detectors applied to small-animal imaging cone-beam micro-CT

Abstract

Abstract-This work compares two different X-ray flat-panel detectors for its use in high-speed, cone-beam CT applied to small-animal imaging. The main differences between these two devices are the scintillators and the achievable frame rate. Both devices have been tested in terms of system linearity, sensitivity, resolution, stability and noise properties, taking into account the different timing schemes for each one of them and the mandatory corrections on the raw data. Tomographic scans have been carried out using both detectors to evaluate its final performance as well as the delivered dose needed to achieve similar quality scans. An experimental cone-beam CT test-bench has been designed and implemented to perform the different measurements. It uses a micro-focus X-ray source and a rotating stage where the samples are placed. A modified FDK algorithm has been used to reconstruct the acquired data. Both detectors show similar results for pixel linearity and stability measurements, and their noise levels are comparable. The resolution and sensitivity features are better for the direct grown scintillator detector (9 Ipmm vs. 6 Ipmm, and -4 times more sensitive for similar delivered dose). Since tomographic reconstructed images for the higher frame-rate detector show acceptable quality, it can be used to implement a faster system for high-speed acquisition techniques like, for example, dynamic imaging or gated protocols.

Sistemas tomográficos multimodalidad para animales de laboratorio

“…La calibración del espectro de energía para cada cristal está basada en una adquisición de calibración previa consistente en irradiar los detectores con 2 fuentes diferentes: un emisor de fotones gamma con emisión a 364 keV ( 131 I) y un emisor de positrones, 18 F en este caso (511 keV). La posición de los fotopicos obtenidos en cada cristal de los detectores en ambos estudios se utilizo para determinar la correspondencia entre canales de energía y keV asumiendo una respuesta lineal del sistema de detección en ese rango de energías (ver apartado 3.5.2).…”

“…El alineamiento físico de ambos sistemas de imagen se puede ajustar mecánicamente hasta cierto grado. Para alcanzar mayor precisión, en un último paso de calibración se calcula una matriz de transformación geométrica entre los sistemas de coordenadas del PET y del CT. Para ello se utiliza un maniquí basado en tres capilares rellenos de 18 F-FDG colocados de forma no coplanar formando un triangulo (los capilares tienen diferente coordenadaY, es decir diferente altura). A partir de la adquisición del maniquí en ambas modalidades, se calculan los desplazamientos y rotaciones entre los volúmenes resultantes utilizando un algoritmo basado en la detección automática de líneas y la localización de puntos correspondientes en ambas modalidades (Rodriguez-Ruano et al, 2008).…”

“…Adicionalmente se ha incluido en la imagen rodajas fusionadas de las imágenes PET y CT en las columnas centrales. La imagen de la rata (centrada en el cráneo) muestra claramente un área sin captación de 18 F-FDG en el hemisferio izquierdo del cerebro que se corresponde con la isquemia inducida quirúrgicamente al animal.…”