Características de desempenho do MPGD THCOBRA a operar em Ar/CH4

Abstract

Os detetores de radiação representam um dos componentes principais dos equipamentos de imagiologia, tendo como principal função o registo da intensidade do feixe de raios X após atenuação, fundamental para a posterior criação da imagem. Desde o desenvolvimento da película radiográfica, a evolução dos detetores de radiação tem sido progressiva, implementando-se diferentes materiais e técnicas na deteção de raios X com o objetivo de produção de imagens mais eficiente, com maior qualidade, reduzido tempo de exposição e menor dose de radiação no paciente. O detetor gasoso microestruturado (MicroPattern Gaseous Detector – MPGD) baseado na estrutura Thick-COBRA (THCOBRA) já mostrou, como publicado na literatura, as suas potencialidades em imagiologia por transmissão de raios X. Apesar disto, e olhando ao facto de este ser um detetor desenvolvido recentemente, não existem estudos quanto às suas características de desempenho. Daí levanta-se a seguinte questão problema que impulsionou este trabalho: “Quais são as características de desempenho de um MPGD baseado na THCOBRA?”. O objetivo do trabalho é então estudar as características de desempenho do MPGD THCOBRA a operar em Ar/CH4 (95/5) para imagiologia por transmissão de raios X, avaliando os parâmetros de resolução espacial, a Modulation Transfer Function (MTF), o Noise Power Spectrum (NPS), Detective Quantum Efficiency (DQE), ganho em carga, resolução em energia, uniformidade e relação sinal ruído (SNR). Serão ainda exploradas as potencialidades deste detetor, usando a informação em energia para obter diferentes tipos de imagem. O estudo foi realizado no laboratório do grupo de Deteção de Radiação e Imagiologia Médica (DRIM) do I3N sediado no Complexo Interdisciplinar de Ciências Físicas Aplicadas à Nanotecnologia e à Oceanografia (CICFANO) da Universidade de Aveiro, com recurso a uma ampola de raios X e um MPGD com a estrutura THCOBRA. Para estudar as características de desempenho do detetor, foram adquiridos os dados necessários em laboratório e de seguida avaliado cada um dos parâmetros de qualidade com base nos métodos existentes na literatura, adaptados para este caso concreto, visto não existirem métodos específicos para o detetor em causa. Tendo como base a literatura já publicada sobre este detetor, são limitadas as previsões acerca dos resultados esperados das características de desempenho, tendo-se conhecimento de que estes serão inferiores aos detetores de radiação usados atualmente em imagiologia. Os resultados obtidos estiveram de acordo com as previsões, mas além disso revelam que este detetor tem potencialidades para criação de imagens por transmissão cuja qualidade pode ser otimizada futuramente.

Radiation detectors are one of the main components of imaging equipment, having the main function of registering the intensity of X-ray beam after attenuation, fundamental for the subsequent creation of the image. Since the development of radiographic film, the evolution of the radiation detectors has been progressive, by implementing different materials and techniques on the X-rays detection with the purpose of more efficient production of images with higher quality, reduced time of exposure and lower radiation dose in the patient. Micro Pattern Gaseous Detector (MPGD) based on Thick-COBRA structure (THCOBRA) has shown, as published in the literature, its potential for imaging by X-ray transmission. Despite this, and looking at the fact that this is a newly developed detector, there are no studies as to its performance characteristics. From there arises the question problem which boosted this work: "Which are the performance characteristics of a MPGD based on a THCOBRA?". This study aims to examine the performance characteristics of MPGD THCOBRA operating in Ar/CH4 (95/5) for imaging by X-ray transmission, evaluating the parameters of spatial resolution, Modulation Transfer Function (MTF), Noise Power Spectrum (NPS), Detective Quantum Efficiency (DQE), charge gain, energy resolution, uniformity and signal noise ratio (SNR). Also, will be explored the potential of this detector, using energy information to achieve different types of images. The study was conducted in the laboratory of Radiation Detection and Medical Imaging Group (DRIM) of I3N in the CICFANO at University of Aveiro, using an X-ray tube and a MPGD with a THCOBRA structure. To examine the detector performance characteristics the necessary data was acquired in the laboratory and then evaluated each quality parameter based on existing methods in the literature, adapted for this case, since there are no specific methods for the involved detector. Based on the published literature about this detector, the predictions are limited regarding the expected results of the performance characteristics, having knowledge that these will be lower than the radiation detectors currently used in medical imaging. The results were in line with the predictions, but additionally shown that this detector has the potential to create transmission images whose quality can be improved in the future.