Eficiencia de los Detectores Mamográficos.

Hola Comunidad, en el post anterior quede en hablarles sobre varios puntos que son importantes para la eficiencia del Detector Mamográfico, entre los que destacan:

Resolución espacial.

Los factores técnicos que controlan la resolución espacial difieren de acuerdo a los tipos de detectores. En todos los fósforos la luz se emite desde una pequeña región en un punto cercano a la interacción de rayos x en el fósforo y se propaga isotrópicamente. En los sistemas de CsI(Tl), donde los cristales de fósforo son formados como columnas, los cristales tienden a guiar la luz hacia abajo por la longitud total de su reflexión interna.

En los sistemas de fósforo fotoestimulable, la propagación de la luz desde el punto de emisión no afecta a la resolución espacial. La localización espacial es determinada inicialmente por el tamaño del punto láser que se utiliza para leer la señal. Como la luz láser viaja a través del fósforo, los electrones son atrapados en el fósforo y durante la exposición de los rayos – x sean liberados de sus trampas emitiendo luz que es colectada por un sistema óptico y un fotodetector. El muestreo de la señal es controlado por la distancia en la que se mueve el punto de exploración relativo del láser entre la placa de fósforo y la luz medida. Las dispersiones de luz láser en el fósforo de alguna manera vacían las trampas, no solo a lo largo del camino por el que es dirigido el haz láser, sino también en las regiones adyacentes del fósforo correspondientes a otras áreas de la imagen. Esto hace que la señal se corra y que haya una pérdida de resolución espacial. [1]

Una medida más amplia y probablemente más relevante de representación de la imagen se obtiene a partir de la gráfica DQE vs. Frecuencia Espacial. La DQE describe los sistemas en la relación de transferencia de ruido – señal en el haz de rayos x trasmitido por la mama en la imagen grabada. Una de las ventajas de la representación digital sobre la mamografía de película – pantalla es el mejorado de la DQE, lo cual se debe a una mejor transferencia de la señal o a la reducción de ruido y esto varía de acuerdo con el diseño del sistema.

Figura 1. Eficiencia de detección cuántica en función de la frecuencia espacial, en el gráfico se puede apreciar que la eficiencia de detección cuántica es mayor para detectores digitales que para los de pantalla-película. [1]

En la Figura 1, se muestran que la eficiencia de detección cuántica de varios sistemas de Mamografía digital que se comparan con un moderno detector pantalla–película Fuji CR. Como se puede ver la DQE es mayor para los detectores digitales que para los de pantalla – película que miden frecuencias espaciales bajas. La resolución espacial es intrínsecamente superior en el receptor pantalla–película y su DQE persiste a altas frecuencias espaciales, sin embargo a valores muy bajos. [1]

Eficiencia de Detección Cuántica, siglas en inglés (DQE).

La DQE se considera el mejor parámetro para evaluar objetivamente la calidad de imagen de un detector digital. La DQE es una función que depende de la frecuencia espacial de la información y de la intensidad de ésta, es decir de la dosis.
Es un parámetro clave en radiología digital, debido a que mide la transferencia de ruido – señal a través del sistema como una función de frecuencia espacial. Varios factores influyen en la DQE, incluyendo la cantidad de absorción de rayos x, amplitud o fortaleza del perfil de la señal y ruido. [1]

La eficiencia de detección cuántica se obtiene de la siguiente expresión:

Donde ϕ es el número de fotones de rayos x incidentes en el plano del detector por milímetro al cuadrado, Ka es el KERMA en aire en µGy en el plano del detector.

La DQE sirve para describir el rendimiento de imagen de un dispositivo de imágenes de rayos x. También describe la capacidad del dispositivo de formación de imágenes para preservar la relación señal-ruido del campo de radiación a los datos de imagen digital. Dado que en imágenes de rayos x, el ruido en el campo de radiación está íntimamente unido al nivel de KERMA en aire, los valores DQE también se puede considerar para describir la eficacia de la dosis de un determinado rayos x de imagen digital. [2]

Función de modulación de transferencia, siglas en inglés (MTF).

La MTF es usada en el análisis de sistemas de imágenes para expresar la transferencia de la amplitud de la señal a cada frecuencia espacial. Es útil para comparar la señal y las propiedades del ruido de un sistema de imagen y analizar tanto el ruido como la frecuencia. La potencia del espectro de ruido describe la varianza de la imagen en términos de los componentes de Fourier. La potencia del espectro de ruido se calcula por la función de densidad espectral a través de dos métodos equivalentes. [3]

a) Transformada de Fourier: Función auto – covarianza (acf):

H(f) es positiva y es llamada la función de densidad espectral de doble cara.

También se define la función de densidad espectral de cara simple como

Donde f es la frecuencia de Fourier. Si x esta en unidades de longitud, cuando f esta en unidades de longitud.

b) Método directo de Fourier:

Considerando la función k como un conjunto. Del dominio 0 ≤ x ≤ Χ se define:

Donde

la longitud finita del poder del espectro de I para la relación k. el poder de densidad espectral es obtenido como el valor de la expectativa sobre el conjunto de registros encontrados en el límite tal como Χ→ ∞, es decir:

Ruido.

En un sistema de imagen ideal, la única fuente de ruido en la imagen es el ruido cuántico que es fundamental e inevitable en una imagen de rayos – x, pero para una exposición dada, este efecto debería ser minimizado para garantizar que la eficiencia cuántica del detector sea lo más cerca posible a 100%. En un sistema de imagen real, se producen otras fuentes de ruido, principalmente asociados al detector. Una forma de ruido es la fluctuación estructural en la sensibilidad sobre el área del detector.

En Mamografía digital, cuando algún detector se usa repetidamente, si la diferencia de sensibilidad de los pixeles se mantiene constante, con el tiempo ellos pueden ser considerados como un ruido de patrón fijo porque la imagen se captura en forma digital, los efectos de este patrón pueden eliminarse mediante programas de computación. Todos los detectores convierten la energía de rayos–x en una señal secundaria como la luz de un fósforo o carga eléctrica en un tipo de detector de conversión directa. Este proceso introduce fluctuaciones estadísticas de ruido por encima del causado por el ruido cuántico primario. [1]

La fluctuación o ruido en el número de quantum secundario de la señal de la imagen es derivado y depende de la fluctuación de Poisson en na y en la fluctuación, σg en g. por un sistema con un solo estado de conversión, tal como se describe por:

Donde el primer término representa el ruido cuántico y el segundo es el ruido adicional causado por la fluctuación en la ganancia. El ruido es definido como:

Hay varios factores que pueden causar fluctuación en la ganancia. Por ejemplo, cuando un espectro polienergético de rayos–x se usa para una imagen de la mama, la energía absorbida resulta de una interacción de rayos–x que va a depender de la energía inicial llevada por un quantum particular. Los detectores tienen múltiples estados de ganancia y de conversión de energía; en los que se observe una ganancia inferior a 1.0, hay una pérdida de cuantos de luz o electrones.

Un ejemplo de esto es que la luz de una pantalla de fósforo se recoge con una lente y se registra con un detector óptico como es el caso de los detectores de fósforo fotoestimulables. Si el número de cuantos recogidos de la señal secundaria y detectados por la interacción de rayos–X no es mayor que uno, entonces se dice que existe un descenso de cuantos secundarios. En este caso la fluctuación estadística en la detección de los cuantos secundarios se convierte en una fuente de ruido significativo que disminuirá la relación señal ruido y la eficiencia de detección cuántica. Por esta razón, es importante que la ganancia asociada con el detector sea lo suficientemente grande como para compensar cualquier pérdida debido a la ineficiencia en la colecta de la señal.

Ruido cuántico.

En ambos sistemas la producción de los rayos – X y su interacción con el detector ocurre de una manera aleatoria, cuyas estadísticas pueden ser descritas por una distribución de Poisson. Esto significa que en una parte de la mama donde la atenuación de los rayos – X es constante, el número promedio de rayos – X incidentes sobre un área de la imagen en particular es (n) y este número podría fluctuar desde un lugar a otro lugar con una desviación estándar de . Esta fluctuación ocurre en la ausencia de variaciones en la atenuación de la mama y se denomina ruido cuántico. [1]

Por consiguiente si se desea reducir el ruido en la imagen, para permitir la percepción de rasgos más sutiles, el nivel de radiación absorbido por el detector se debe incrementar.

REFERENCIA.

[1] Bick U, Diekmann F. (2010). Mamografía digital. Radiología Médica. Saltador.
[2] Comisión Electrotécnica Internacional. (2007) .Norma internacional estándar, edición 1.
[3] Seibert J, Barnes G, Gould R. (1991). Especificación, pruebas de aceptación y control de calidad de equipos de diagnóstico por imágenes por rayos X. Asociación Americana de Físicos en Medicina 20.