ارزیابی تاثیر هم خط ساز Wolfmet بر قابلیت آشکارسازی سیستم تصویر برداری SPECT
Evaluation on the effect of Wolfmet collimator on the detectability of SPECT imaging system
مجریان: جلیل پیرایش اسلامیان
خلاصه روش اجرا: تصاویر SPECT بدون در نظر گرفتن عوامل کاهش دهنده کیفیت، طرح سه بعدی از نحوه توزیع رادیو دارو را در عضو هدف نشان می دهند. در شرایط واقعی، تصاویر بشدت تحت تاثیر میزان تضعیف، پراکندگی و نوع واکنش ها در آشکارساز و تاثیر هم خط ساز (به عنوان مثال ، میزان نفوذ دیواره ای ) می باشند. تصحیح هر کدام از این موارد می تواند به بهبود کیفیت تصویر و آشکارسازی بهتر ضایعات مورد جستجو بیانجامد. هم خط ساز متداول در پزشکی هسته ای بطور عمده از مادۀ سرب ساخته می شود. از آنجائیکه در روش تصویربرداری SPECT تشعشعات گاما در محدودۀ انرژی 50 تا 511 کیلو الکترون ولت برای تصویربرداری استفاده می شوند بنابراین سرب بخاطر دارا بودن لبۀ K اتمی درمحدودۀ 88 کیلو الکترون ولت دربرخورد اشعۀ گاما ، خود به عنوان منبع تولید اشعۀ ایکس و همچنین پرتوهای پراکنده با میزان انرژی متنابهی شناخته می شود. حاصل این واکنش ها در طیف انرژی سیستم و سطح زیرمنحنی طیف و در فراوانی واکنش های فوتونی کریستال آشکارساز تاثیر فاحشی می گذارد. لذا کیفیت تصاویر اسکن همواره بدلایل بالا دستخوش تاثیر همخط ساز واقع می شود. استفاده از آلیاژی که بتواند ضمن جذب پرتوهای پراکنده، ازفراوانی پایینی درتولید پرتوهای ایکس و آن هم درمحدودۀ انرژی های پایین برخوردار باشد، می تواند در بهینه سازی سیستم موثر واقع شود. ازطرف دیگر آلیاژ مناسب برای مادۀ همخط ساز بااستحکام بالا و وزنی کمتر، قابلیت کاربری بهتر و جابجائی آسان تری را فراهم خواهد کرد. روش شبیه سازی مونت کارلو امکان طراحی رایانه ای سخت افزار سیستم تصویربرداری را داراست و بنابراین با استفاده از این روش و بدون نیاز به تغییردادن مرحله ای قطعات سخت افزاری سیستم تصویربرداری و آزمون و خطا ، می توان به طرحی مطلوب و بهینه رسید. قابلیت تدارک شرایط مجازی با شبیه سازی سیستم ، می تواند در نیل به این هدف و انتخاب بهینه ترین حالت برای رسیدن به کیفیت مطلوب به روشی کم هزینه و مقرون بصرفه مورد استفاده قرار داده شود. بنابراین برای مطالعات بر روی آلیاژ بهینه هم خط ساز از روش شبیه سازی مونت کارلو با کد SIMIND استفاده خواهد شد. لازم به ذکر است که، کد SIMIND قابلیت شبیه سازی سیستم SPECT با انواع هم خط ساز های روزنه موازی، روزنه شیبدار، روزنه همگرا، واگرا و تک روزنه، با جنس ماده و آلیاژ های مختلف را دارد. همچنین، حاصل شبیه سازی به صورت پروجکشن (نما) های قابل تفسیر و بازسازی قابل استفاده است.
اطلاعات کلی طرح 
| مرحله جاری طرح | خاتمه قرارداد و اجرا |
| کد طرح | 65077 |
| عنوان فارسی طرح | ارزیابی تاثیر هم خط ساز Wolfmet بر قابلیت آشکارسازی سیستم تصویر برداری SPECT |
| عنوان لاتین طرح | Evaluation on the effect of Wolfmet collimator on the detectability of SPECT imaging system |
| نوع طرح | طرح - پایان نامه |
| اولویت طرح | ساخت و ارتقاء کیفیـت و تجاری سازی مواد، تجهیزات پزشکی و تستهای آزمایشگاهی |
| نوع مطالعه | مطالعات علوم پایه (Experimental) |
| تحقیق در نظام سلامت | بلی |
| آیا طرح پایاننامه دانشجویی است؟ | بله |
| مقطع پایان نامه | کارشناسی ارشد |
| مدت اجرا - ماه | 10 |
| نوآوری و ضرورت انجام تحقیق | تا کنون، سرب ماده انتخابی برای هم خط ساز سیستم های تصویر برداری پزشکی هسته ای بوده است؛ که با توجه به محدوده انرژی رادیو ایزوتوپ های پزشکی هسته ای، منبع تولید اشعه ایکس و پرتو پراکنده شناخته می شود. حاصل تولید و واکنش پرتو های فوق، افزایش سطح زیر منحنی طیف انرژی و بدین صورت افزایش فراوانی واکنش های فوتونی در کریستال آشکارساز می باشد. از طرف دیگر، سمیت سرب برای انسان و وزن بالای آن از مشکلات کار با این ماده تلقی می شود. همچنین انعطاف پذیری بالای سرب، موجب تغییر شکل و سایز روزنه های هم خط ساز، در اثر ضربات مکانیکی در حین جابجایی و یا خراشیدگی آن به هنگام نظافت می گردد. هدف این مطالعه، رفع مشکلات هم خط ساز سربی، با استفاده از آلیاژهای تنگستن Wolfmet می باشد. این آلیاژها از 90 تا 97 درصد تنگستن، در grad های مختلف، از ترکیب با درصد های مختلف آهن، نیکل و مس ساخته شده است. از جمله خواص تنگستن می توان به عدد اتمی پایین تر از سرب در عین چگالی بالا تر و درجه سفتی و سختی بالاتر، غیر سمی و ایمن بودن برای انسان و همچنین خاصیت تضعیف پرتو بالای آن اشاره کرد. تنگستن بالاترین نقطه ذوب و جوش و در نتیجه انبساط گرمایی پایینی دارد. این ماده، در برابر بیشتر اسید ها، باز ها و قرار گرفتن در معرض هوای آزاد و دمای اتاق، مقاومت و دوام بالایی از خود نشان داده است. آلیاژ Wolfmet ، در عین حفظ خواص تنگستن، از جمله، چگالی و تضعیف تنگستن، با استفاده از فرآیند چاپ سه بعدی (Wolfmet 3D) و تکنیک ساخت افزایشی فلز (metal Additive manufacturing) و ذوب انتخابی لیرزی (SLM) مشکل محدودیت طراحی تنگستن را برطرف نموده و امکان ایجاد اشکال هندسی پیچیده، در زمان کوتاه تر و با صرف هزینه کمتر را فراهم می آورد. با استفاده از تکنیک مذکور، کولیماتور هایی، در شکل های مختلف و در سایز کوچک برای مطالعات حیوانی تولید شده است. هم چنین آزمایشات اخیر، روی نمونه های هم خط ساز تنگستنی ساخته شده با این تکنیک ها، کاهش نفوذ در دیواره در مقایسه با هم خط ساز سربی را نشان داده است، که موجب بهبود کیفیت تصویر می گردد. به نظر می رسد، آلیاژهای مورد مطالعه در این طرح برای جنس همخط ساز، بدلیل دارا بودن عدد اتمی موثر بالا و داشتن چندین عنصر فلزی در ترکیب خود، توانایی جذب پرتوهای پراکنده در محدوده انرژی های کاربردی در SPECT را خواهند داشت و در نهایت استفاده از این آلیاژها می تواند باعث بهبود بیشتر کیفیت تصاویر گردد. تحقیقات در زمینه بهبود کیفیت تصویر، در تصاویر رادیوایزوتوپی از بدن، همچنان درحال انجام می باشد و این پژوهش در راستای اهداف فوق طرح ریزی شده است. |
| اهداف اختصاصی | شبیه سازی سیستم تصویر برداری SPECT زیمنس مدل e.cam به روش مونت کارلو با کد SIMIND -شبیه سازی همخط سازمتشکل از آلیاژهای Wolfmet برای سیستم تصویربرداری SPECT -تعیین میزان تاثیر آلیاژ های همخط ساز Wolfmet سیستم تصویربرداری SPECT برقابلیت آشکارسازی دیفکت های کبدی فانتوم انسانی XCAT |
| چکیده انگلیسی طرح | In single photon emission computed tomography imaging (SPECT), pattern of Radiopharmaceutical Distribution in the in vivo Environment is studied. In real terms, images are strongly influenced by the attenuation, scattering, and various interaction in detector and also collimator (i.e, the septal penetration of the collimator ). Correcting any of these may lead to improved image quality and better lesion detectability. Conventional nuclear medicine collimators are mainly made of lead. Since, SPECT imaging uses gamma rays in the energy range of 50 to 511 keV for imaging, Therefore, lead is, itself, a source of X-rays as well as scattered beams with the same amount of energy due to having an atomic K edge of about 88 keV. The result of these interactions has a significant impact on the energy spectrum of the system and both the integral of the spectrum and on the frequency of photonic crystal detector interactions. Therefore, the quality of the scanned images is always affected by the collimator for all above mentioned. Using an alloy that can absorb scattered beams, with low efficiency in producing X-rays at low energy levels, can be effective in optimizing the system. On the other hand, an appropriate alloy for collimator with proper rigidity and lower weight will provide better usability and easier handling. The Monte Carlo simulation technique enables computer-aided design of the imaging system hardware, so optimization can be achieved using the Monte Carlo method without the need to change the imaging system component physically trial and error. Ability to provide virtual conditions by simulating the system can be used to achieve this goal and select the most optimal way to achieve optimal quality in a low cost and cost effective approach. thus, Monte Carlo simulation method using SIMIND code will be utilized on studying to the optimization. it should be noted that, the SIMIND code is capable of simulating the SPECT system, with a variety of parallel, slit/slant, convergent, divergent and pinhole collimators also with different material and alloys. |
| کلمات کلیدی | شبیه سازی مونت کارلو: یک الگوریتم محاسباتی است که از نمونهگیری تصادفی برای محاسبۀ نتایج استفاده میکند. روشهای مونت-کارلو معمولاً برای شبیهسازی سیستمهای فیزیکی و ریاضیاتی استفاده میشوند. فانتوم Jaszczak :یک فانتوم فیزیکی استوانه ای شکل که حاوی اشکال میله ای و کروی شکل با قطرهای مختلف است و اسکن های حاصل از آن، اطلاعات عملکردی سیستم SPECT را ارائه می کند. فانتوم XCAT: یک فانتوم دیجیتالی با طرحی مجازی از بدن که قابلیت شبیه سازی حرکات و دامنه حرکات قفسۀ سینه، ریه و قلب را دارد. سیستم SPECT :برش نگاری رایانه ای نشر تک فوتونی یکی از سیستم های تصویربرداری برش مقطعی در پزشکی است که طرح توزیع رادیودارو را در بدن نشان داده و اطلاعات برش مقطعی بدست آمده از تصاویر SPECT عملکرد فیزیولوژیک اندام هدف را مشخص می کنند. رادیوایزوتوپ :ایزوتوپ ناپایداری که از خود تشعشعات یونیزان ساطع می کنند. همخط ساز Wolfmet: همخط سازتحقیقاتی پرتوهای یونیزان مرکب ازآلیاژهایی از تنگستن، نیکل، مس وآهن. کیفیت تصویر: شاخصی برای نمایش میزان دانسیته، کنتراست، تفکیک فضائی و قابلیت آشکارسازی ساختارها در تصویر است. |
| ذینفعان نتایج طرح | مراکزپرتوتشخیصی که از دستگاه تصویربرداری SPECT به مقاصد آشکارسازی و تشخیص بیماریها از رادیوداروهای پزشکی استفاده میکنند. |
اطلاعات مجری و همکاران
| نام و نامخانوادگی | سمت در طرح |
|---|---|
| جلیل پیرایش اسلامیان | استاد راهنمای اول (آموزشی ) |
| بابک محمودیان | مشاور |
| مریم دارمی | دانشجوی مالک پایان نامه |
اطلاعات تفضیلی
| حوزه خبر | خبر |
|---|---|
| رسانه ها و مردم | عنوان خبر متن خبر |
| متخصصان و پژوهشگران | عنوان خبر قابلیت آشکارسازی سیستم تصویر برداری SPECT بااستفاده از همخط ساز Wolfmet بهبود یافت.متن خبر همخطساز به عنوان یکی از قسمتهای مهم در سیستم تصویربرداری SPECT نقش موثری در کیفیت تصاویررادیوایزوتوپی دارد. در این مطالعه برای بررسی تاثیر 9 آلیاژ تنگستن به عنوان همخطساز روزنهموازی بر کیفیت آشکارسازی تصویر رادیوایزوتوپی و قدرت تفکیک فضایی، حساسیت و پارامترهای ویژگی همخطساز، سیستم تصویربرداری SPECT زیمنس مدل e.cam به انضمام همخطساز روزنهموازی انرژی پایین-رزلوشن بالابااستفاده از برنامه SIMIND مونت کارلوشبیه سازی شد. از یک چشمه نقطهای، فانتوم Jaszczak و فانتوم دیجیتالی انسانی XCAT برای تصویربرداری استفاده شد. همچنین برای ارزیابی کنتراست وقدرت تفکیک فضایی از شاخص شباهت ساختاری (SSIM) استفاده شد. ، آلیاژساخته شده از تنگستن(93 درصد)، نیکل(3.5 درصد) ومس (3.5 درصد) در مقایسه با هم خط ساز متداول سرب و سرب_آنتیموان بابهبود کنتراست، میزان آشکارسازی ضایعات گرم و سرد شبیه سازی شده درکبد فانتوم XCAT را افزایش داد و بیشترین درصد کنتراست کره های سرد فانتوم Jaszczak مربوط به این آلیاژ بود. همخط ساز Wolfmet قدرت تفکیک فضایی و انرژی را بدون کاهش حساسیت بهبود بخشیدو درصد های پرتو های ایکس پراکنده تولیدی در هم خط ساز و درصد پرتوهای نفوذی را نسبت به سرب به شکل قابل توجهی کاهش داد. |
| سیاستگذاران درمانی | عنوان خبر متن خبر |
| سیاستگذاران پژوهشی | عنوان خبر متن خبر |
| لینک (URL) مقاله انگلیسی مرتبط منتشر شده 1 |
