Determinación del espectro de energía de un haz de rayos X terapéutico de kilovoltaje a partir de su curva de atenuación

Abstract

Muchas áreas científicas y tecnológicas asociadas a procesos industriales, radiodiagnóstico y terapia radiante demandan altos niveles de precisión y practicidad en la medición de espectros de energía de rayos X. El espectro de un haz de rayos X puede determinarse de manera directa, a través de un detector de alta resolución, o de manera indirecta utilizando su curva de atenuación y una apropiada técnica matemática. La medición directa del espectro de rayos X suele ser costosa, problemática y exige considerable experticia. El propósito del presente trabajo fue determinar el espectro de energía de un haz de rayos X de kilovoltaje (kV) utilizando una medición indirecta del mismo, basada en la curva de atenuación del haz y en el uso de transformadas de Laplace. Para esto, i) se llevó a cabo una descripción completa y exhaustiva de la derivación matemática de la función que representa al espectro de energía; ii) se reconstruyó el espectro usando el algoritmo multistart junto con la función lsqnonlin de MATLAB; iii) se validó la reconstrucción del espectro comparando los valores de la capa semirreductora del espectro y de la curva de atenuación. Los resultados mostraron que los valores de las capas semirreductoras del espectro y la curva de atenuación fueron próximos entre sí y que el tiempo de cálculo del espectro fue notablemente corto. Por tanto, se concluye que la determinación indirecta del espectro de rayos X a partir de su curva de atenuación y mediante el uso novedoso de la sinergia multistart-lsqnonlin, es una alternativa más simple, más rápida y tan eficaz como la de medición directa del espectro.

Spectral reconstruction of kilovoltage photon beams using generalized simulated annealing

“…This indicates an accuracy improvement regarding previously reported results in literature, where the percent relative error was 2.65% for the 80 kVp beam. Furthermore, unlike Gonçalves et al, (2020), it was possible to reconstruct a realistic spectrum (without negative values) of the 120 kVp beam.…”

“…where 𝐾 𝑎𝑟,0 , 𝐾 𝑎𝑟,1 and 𝐾 𝑎𝑟,2 are the air kerma values measured without absorber material (𝑥 0 = 0) and with absorber with a thickness immediately lower (𝑥 1 ) and greater (𝑥 2 ) than the HVL value of the transmission curve, respectively (Gonçalves et al, 2020). Air kerma of both X-rays beams was computed by utilizing the following equation (Gonçalves et al, 2020),…”