Validation of simulated point response of columnar phosphor screens

Badano, Aldo; Kyprianou, Iacovos S.; Tang, Katherine; Saha, Anindita

doi:10.1117/12.709686

Cited by 3 publications

(3 citation statements)

References 0 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…Our previous validation work has shown that simplifying the x-ray source and pinhole structure combination to a perpendicular incoming beam produces results that are much sharper than those produced with the correct x-ray source and pinhole geometries. 23 For these simulations, the x-ray focal spot was modeled as a circle with 100 µm diameter and a parallel beam. The true focal spot has a similar shape, but with two bright lobes and does not emit parallel rays.…”

Section: Ivc Accurate X-ray Source and Pinhole Geometrymentioning

confidence: 99%

Experimental validation of Monte Carlo (MANTIS) simulated x‐ray response of columnar CsI scintillator screens

Freed

Miller²,

Tang

et al. 2009

Medical Physics

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Purpose: MANTIS is a Monte Carlo code developed for the detailed simulation of columnar CsI scintillator screens in x-ray imaging systems. Validation of this code is needed to provide a reliable and valuable tool for system optimization and accurate reconstructions for a variety of x-ray applications. Whereas previous validation efforts have focused on matching of summary statistics, in this work the authors examine the complete point response function ͑PRF͒ of the detector system in addition to relative light output values. Methods: Relative light output values and high-resolution PRFs have been experimentally measured with a custom setup. A corresponding set of simulated light output values and PRFs have also been produced, where detailed knowledge of the experimental setup and CsI:Tl screen structures are accounted for in the simulations. Four different screens were investigated with different thicknesses, column tilt angles, and substrate types. A quantitative comparison between the experimental and simulated PRFs was performed for four different incidence angles ͑0°, 15°, 30°, and 45°͒ and two different x-ray spectra ͑40 and 70 kVp͒. The figure of merit ͑FOM͒ used measures the normalized differences between the simulated and experimental data averaged over a region of interest. Results: Experimental relative light output values ranged from 1.456 to 1.650 and were in approximate agreement for aluminum substrates, but poor agreement for graphite substrates. The FOMs for all screen types, incidence angles, and energies ranged from 0.1929 to 0.4775. To put these FOMs in context, the same FOM was computed for 2D symmetric Gaussians fit to the same experimental data. These FOMs ranged from 0.2068 to 0.8029. Our analysis demonstrates that MANTIS reproduces experimental PRFs with higher accuracy than a symmetric 2D Gaussian fit to the experimental data in the majority of cases. Examination of the spatial distribution of differences between the PRFs shows that the main reason for errors between MANTIS and the experimental data is that MANTIS-generated PRFs are sharper than the experimental PRFs. Conclusions: The experimental validation of MANTIS performed in this study demonstrates that MANTIS is able to reliably predict experimental PRFs, especially for thinner screens, and can reproduce the highly asymmetric shape seen in the experimental data. As a result, optimizations and reconstructions carried out using MANTIS should yield results indicative of actual detector performance. Better characterization of screen properties is necessary to reconcile the simulated light output values with experimental data.

show abstract

Section: Ivc Accurate X-ray Source and Pinhole Geometrymentioning

confidence: 99%

Experimental validation of Monte Carlo (MANTIS) simulated x‐ray response of columnar CsI scintillator screens

Freed

Miller²,

Tang

et al. 2009

Medical Physics

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…In terms of the possible validation approaches that can be used to understand the ability of MANTIS to predict spatial spread of the signal due to particle and optical transport in columnar scintillators, we have focused the validation of detector models on matching several parameters that represent a more complete description of the phosphor being modeled [7], [34]. The three performance parameters we have previously used are the information (Swank) factor , the light output (either in absolute or relative scales depending on the availability of data from the literature), and the spatial detector response.…”

Section: B Phosphor Modelmentioning

confidence: 99%

Effect of Oblique X-ray Incidence in Flat-Panel Computed Tomography of the Breast

Badano

Kyprianou

Freed

et al. 2009

IEEE Trans. Med. Imaging

View full text Add to dashboard Cite

Abstract-We quantify the variation in resolution due to anisotropy caused by oblique X-ray incidence in indirect flat-panel detectors for computed tomography breast imaging systems. We consider a geometry and detector type utilized in breast computed tomography (CT) systems currently being developed. Our methods rely on MANTIS, a combined X-ray, electron, and optical Monte Carlo transport open source code. The physics models are the most accurate available in general-purpose Monte Carlo packages in the diagnostic energy range. We consider maximum-obliquity angles of 10 and 13 at the centers of the 30 and 40 cm detector edges, respectively, and 16 at the corner of the detector. Our results indicate that blur is asymmetric and that the resolution properties vary significantly with the angle (or location) of incidence. Our results suggest that the asymmetry can be as high as a factor of 2.6 between orthogonal directions. Anisotropy maps predicted by MANTIS provide an understanding of the effect that such variations have on the imaging system and allow more accurate modeling and optimization of breast CT systems. These maps of anisotropy across the detector could lead to improved reconstruction and help motivate physics-based strategies for computer detection of breast lesions.Index Terms-Breast computed tomography (CT), Cesium Iodide, Monte Carlo simulation, phosphor blur, phosphor screen.

show abstract

“…[20] Kandarakis et al 1997a [35] Valais et al 2009 [36] Panayiotakis et al 1996 [37] Stevels and Schrama-de Pauw 1976 [4] Ginzburg and Dick [5] Kandarakis et al 2006 [6] Nikl 2006 [7] Valais et al 2005 [8] Kandarakis et al 1997b [9] Cavouras et al 2001 [10] Swank 1973 [11] Cavouras et al 1998b [12] Kandarakis et al 1999a [13] Kalivas et al 1999b [14] Cavouras et al 1996 [15] Cavouras et al 2005 [16] Kalivas et al 1999a [17] Kandarakis et al 1998b [21] Rivetti et al 2010 [22] Rowlands 2002 [23] Kalivas et al 2002 [24] Kandarakis et al 2001 [25] Leblans et al 2000 [26] Vedantham and Karellas 2010 [27] Schaefer -Prokop et al 2008 [28] Valais et al 2007 [29] van Eijk 2002 [30] Kandarakis and Cavouras 2001 [31] David et al 2016 [32] Kandarakis et al 1996 [33] Sprawls 1995 [34] Giakoumakis et al 1993 [38] Annalakshmi et al 2012…”

Section: Digital Detectormentioning

confidence: 99%

Signal transfer characteristics of columnar phosphors used in X-ray imaging

Psichis¹,

Ψυχής²

View full text Add to dashboard Cite

Οι σπινθηριστές είναι υλικά που χρησιμοποιούνται στα συστήματα ανίχνευσης ιοντιζουσών ακτινοβολιών. Στην απεικόνιση με ακτίνες – Χ συνιστούν συνήθως το πρώτο μέρος ενός συστήματος ανίχνευσης ιοντιζουσών ακτινοβολιών, όπου απορροφούν τα προσπίπτοντα φωτόνια – Χ και για κάθε απορροφώμενο φωτόνιο – Χ παράγεται μεγάλο πλήθος οπτικών φωτονίων τα οποία με την σειρά τους προσπίπτουν σε έναν ευαίσθητο οπτικό ανιχνευτή. Με τον τρόπο αυτό η απαιτούμενη δόση για την λήψη μιας συγκεκριμένης εικόνας μειώνεται, με αποτέλεσμα την μείωση της δόσης στον ασθενή και το προσωπικό. Ένας από τους συνήθως χρησιμοποιούμενους σπινθηριστές στην απεικόνιση με ακτίνες – Χ, είναι το CsI:Tl ινώδους τύπου. Λόγω της ινώδους δομής του κρυστάλλου τα οπτικά φωτόνια διαδίδονται προς τον οπτικό ανιχνευτή πιο αποτελεσματικά από άλλα είδη σπινθηριστών. Ο σπινθηριστής αυτός έχει μελετηθεί στην βιβλιογραφία με μοντέλα Monte Carlo και αναλυτικά μοντέλα.Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός αναλυτικού μοντέλου για την διάδοση των οπτικών φωτονίων μέσα σε σπινθηριστές ινώδους τύπου, το οποίο επιλύει τις αδυναμίες προηγούμενων αναλυτικών μοντέλων. Το μοντέλο αυτό βασίζεται στις γεωμετρικές και φυσικές ιδιότητες του κρυσταλλικού υλικού. Λαμβάνει υπ’ όψιν τις φυσικές διαστάσεις όπως το μήκος και το ύψος της κρυσταλλικής ίνας, την απορρόφηση των ακτίνων – Χ μέσα στον κρυσταλλικό όγκο, την περιοχή δημιουργίας των δεσμών οπτικών φωτονίων και την δημιουργία των δεσμών οπτικών φωτονίων μέσα στον κρυσταλλικό όγκο, την γωνία εκπομπής και συνεπώς την κατεύθυνση διάδοσης αυτών των δεσμών οπτικών φωτονίων, την εξασθένισή τους μέσα στον κρυσταλλικό όγκο, τις ανακλάσεις στην μπροστινή, πίσω και πλευρικές επιφάνειες της κρυσταλλικής ίνας, τις πλευρικώς διαδιδόμενες δέσμες οπτικών φωτονίων κατόπιν διαθλάσεων από τις παρακείμενες κρυσταλλικές ίνες, την γωνία διάθλασης στην επιφάνεια εξόδου του κρυστάλλου, τον συντελεστή διάθλασης του κρυστάλλου σε σχέση με το περιβάλλον υλικό και τον συντελεστή εξασθένισης φωτός των δεσμών οπτικών φωτονίων.Η πρωτοτυπία της εργασίας αυτής έγκειται στο γεγονός ότι το μοντέλο που αναπτύχθηκε, λαμβάνει υπ’ όψιν όλες τις παραπάνω παραμέτρους και όχι μόνο για μία έξοδο από τον κρύσταλλο, κάθε δέσμης οπτικών φωτονίων που δημιουργείται, αλλά για πολλαπλές εξόδους οι οποίες πραγματοποιούνται κατόπιν πολλαπλών ανακλάσεων από την πολλαπλή διάδοση έμπροσθεν και όπισθεν κάθε δέσμης οπτικών φωτονίων. Το μοντέλο χρησιμοποιήθηκε για την πρόβλεψη διαφόρων παραμέτρων χρήσιμων για τον χαρακτηρισμό του σπινθηριστή όπως: η Συλλογή Φωτός (Light Collection), η Αποδοτικότητα Απορρόφησης Ενέργειας (Energy Absorption Efficiency), το Οπτικό Κέρδος Ανιχνευτή (Detector Optical Gain), η Γωνιακή Κατανομή (Angular Distribution) και η Συνάρτηση Μεταφοράς Διαμόρφωσης (Modulation Transfer Function). Εφαρμόστηκε σε σπινθηριστή CsI:Tl ινώδους τύπου, επιβεβαιώθηκε σε σύγκριση με δημοσιευμένα αποτελέσματα. Βρέθηκε ότι το Οπτικό Κέρδος Ανιχνευτή επηρεάζεται από το μήκος της κρυσταλλικής ίνας, όπως επίσης και από το ενεργειακό φάσμα των προσπιπτουσών ακτίνων – Χ, και τα αποτελέσματά του είναι σε συμφωνία με την χρήση βραχέων κρυσταλλικών ινών για χαμηλές ενέργειες (μαστογραφία) και την χρήση μακρών κρυσταλλικών ινών για υψηλότερες ενέργειες (διαγνωστική ακτινολογία). Τα αποτελέσματα της γωνιακής κατανομής είναι σε συμφωνία με την θεωρία ότι όσο αυξάνει το μήκος της κρυσταλλικής ίνας, η γωνιακή κατανομή αποκτά μεγαλύτερη κατευθυντικότητα και ότι η γωνιακή κατανομή εξαρτάται από το υλικό που βρίσκεται σε επαφή με τον σπινθηριστή. Τα αποτελέσματα της Συνάρτησης Μεταφοράς Διαμόρφωσης βρίσκονται σε καλή συμφωνία με πειραματικά αποτελέσματα της βιβλιογραφίας και δείχνουν ότι μειώνοντας το μέγεθος του εικονοστοιχείου οι τιμές της Συνάρτησης Μεταφοράς Διαμόρφωσης αυξάνονται σε όλες τις χωρικές συχνότητες. Αν και το συγκεκριμένο μοντέλο εφαρμόστηκε και επιβεβαιώθηκε σε σπινθηριστή CsI:Tl ινώδους τύπου, το οπτικό μέρος του μπορεί να εφαρμοστεί και σε μονοκρυσταλλικό σπινθηριστή CsI:Tl ή και σε άλλους σπινθηριστές ινώδους τύπου με την προϋπόθεση ότι οι φυσικές και γεωμετρικές ιδιότητες του σπινθηριστή είναι γνωστές.

show abstract

Validation of simulated point response of columnar phosphor screens

Cited by 3 publications

References 0 publications

Experimental validation of Monte Carlo (MANTIS) simulated x‐ray response of columnar CsI scintillator screens

Experimental validation of Monte Carlo (MANTIS) simulated x‐ray response of columnar CsI scintillator screens

Effect of Oblique X-ray Incidence in Flat-Panel Computed Tomography of the Breast

Signal transfer characteristics of columnar phosphors used in X-ray imaging

Contact Info

Product

Resources

About