Anledningen till val av Medipix3 och Innocare är att det behövs en viss detektor för avbildning med röntgen. Valet av Innocare motiveras av att denna sorts detektor redan finns och används i vården och den används för avbildning av patienter. Valet av Medipix3 är eftersom den är en direktkonverterande detektor, jämfört med Innocare detekorn är en kommersiell detektor.
4 Resultat
Resultatet för detta arbete visar att Innocare ger möjligheten till att avbilda objekt med större yta som kan ha storleken upp till 431,8x431,8 tum, jämfört med Medipix3 har den möjligheten att avbilda objekt som har storleken upp till 15,88x14,1 𝑚𝑚. De avbildade bilder med hjälp av Innocare hade högre
bildupplösning jämfört med Medipix3, det uppfattas genom att jämföra bilderna nedan med varandra. Nedanstående bild 8 visar att linjerna syns till och med genom klämmarna som håller linjemasken på plats. Den avbildade bilden (bild 30) med Innocare visar att det högsta värdet för LSF är 11,5 ± 1 lp/mm. Men för bilderna som avbildades med hjälp av Medipix3 kunde högre LSF uppnås som var högre än 24 lp/mm (bild 17, 18, 21 och 22 i bilaga delen).
Tabell 3 och 4 visar sammanfattad resultat vid mätningen av LSF.
Linjerna på linjemasken kunde synas olika bra vid avbildningen med båda detektorerna vid val av olika spänning, ström, läge för upplösning
(nanofocus/high power) och avståndet för linjemasken till detektorn.
Användningen av korrigerings metoden flat field correction visade att bilder får mindre oskärpa. Det visualiseras i bilaga avsnittet nedan (7 och 29–32).
Resultatet visade att användning av flat field correction fick bilderna lite högre LSF jämfört med bilderna innan korrigeringen. Tabell 5 nedan sammanfattar resultatet med flat field correction.
Det som påverkar bildens upplösning vid röntgenavbildning kan vara flera anledningar. Enligt teoridelen samt det praktiska arbetet som utfördes kan det konstateras att storleken på fokalpunkten påverkar bildens upplösning, som i sin tur påverkar mängden oskärpa i bilden. En annan faktor kan vara strömmen och spänningen som matas in detektorn vid avbildningen. Avståndet på
strålkällan, detektorn och objektet som ska avbildas kan också påverka bildens upplösning. Samtidigt påverkar val av typen av detektorn resultatet.
Tabell 3: resultatet för Medipix3 mätningen.
Avstånd(cm) Läge Spänning(V) Ström(A) LSF (lp/mm)
0,9 Nanofocus 40k 30µ 10,5 ± 2
0,9 Nanofocus 70k 20µ 10 ± 2
0,9 HIGH POWER 40k 200µ 10 ± 2
10,0 Nanofocus 40k 30µ 13 ± 2
10,0 Nanofocus 70k 20µ 12,5 ± 2
10,0 HIGH POWER 40k 200µ 14 ± 2
18,8 Nanofocus 40k 30µ 15 ± 2
18,8 Nanofocus 70k 20µ 14,5 ± 2
18,8 HIGH POWER 40k 200µ 16 ± 2
27,6 Nanofocus 40k 30µ > 24
27,6 Nanofocus 70k 20µ > 24
27,6 HIGH POWER 40k 150µ 17 ± 2
27,6 HIGH POWER 40k 200µ 13 ± 2
32,6 Nanofocus 40k 30µ > 24
32,6 Nanofocus 70k 20µ > 24
32,6 HIGH POWER 40k 150µ 15 ± 2
32,6 HIGH POWER 40k 200µ 11 ± 2
Tabell 4: resultatet för Innocare mätningen.
Tabell 5: resultatet för Medipix3 mätningen med flat field correction.
Avstånd
Bild 7: 0,9cm avstånd från Medipix till linjemask med användning av flat field correction. LSF efter korrigering= 11 ± 2 lp/mm.
Bild 8: Med avståndet 82,0 cm från Innocare till linjemasken, spänningen 40kv, 1000 µA tube current och HIGH POWER. LSF = 10 ± 1 lp/mm.
En observation behövs för att kunna läsa av linjemasken, till exempel bild 8 ovan, då ska observatorn följa de fem linjerna och se hur långt kan linjerna utskiljas från varandra alltså precis innan de går ihop. Enheten som används är linjepar per mm. På det sättet sker avläsningen av linjemasken.
Originalbilden Flat field correction
LSF= 9.9 ± 2 lp/mm.
LSF= 11 ± 2 lp/mm.
5 Slutsatser och Diskussion
Jämförelsen av bilderna som var tagna med detektorn Innocare och detektorn Medidipix3 kan det observeras att avbildningen med Innocare resulterade bilder med högre upplösning jämfört med Medipix3. Vid samma förstoring har Medipix bättre upplösning på grund av mindre pixelstorlek och
direktkonverterande detektor. Förstorning av bilden kan bidra till bättre
upplösning med Innocare eftersom den har fler pixlar och därmed kan ge bättre detaljupplösning och samtidigt visa hela linjemasken i bild. En fördel med Innocare är att alla linjer i hela linjemasken kunde synas. Denna fördel kan vara bra vid avbildning av större material eftersom Medipix3 var relativt mindre än Innocare. En hypotes var att Medipix3 skulle ge bättre upplösning på bilderna vid röntgenavbildningen, eftersom detektorskärmen är så pass liten som kunde ha mer fokus och få mindre störningar på linjemasken när
strålkällan sänder strålning, men resultatet visade motsatsen. Anledningen till detta är att Innocare har större yta vilket möjliggör större förstorning, trots att den har lägre upplösning, 150 𝜇𝑚 pixel jämför med Medipix3 som har 55 𝜇𝑚 pixel.
Vid röntgenmikroskopi kan det kompenseras lägre upplösning genom att förstora objekt. Därför, vid bedömning av ett system, måste man veta hur stort objekt man behöver avbilda och vilken upplösning som behövs för att
utvärdera objektet. Eftersom olika detektorer har olika storlek samt olika funktioner.
Innocare har en storlek som är lämplig för röntgenundersökning av patienter och husdjur, medan storleken för Medipix är lämplig endast för mindre detaljer, t.ex tandläkarundersökning. Det vill säga användning av Medipix vid
medicinisk avbildning kan leda till att patienter utsättas för flera stråldoser vilket kan leda till allvarliga skador. Men Medipix har en storlek som är lämplig för tandläkarröntgen.
Användning av en röntgenkälla som sänder strålning vid avbildning absorberar en del av röntgenstrålar av en scintillator, 10% av den absorberade energin kommer i sin tur att omvandlas till ljus som sprids till detektorn. Detta ljus som reser i rummet till detektorn kan påverka bildens upplösning och skapa
oskärpa. Denna suddighet kommer alltid att tillkomma, men storleken på suddigheten kan ändras beroende på tjockleken som scintillatorn har [20].
Medipix har en fördel eftersom den är direktverkande, dock absorberas en lägre andel av strålningen i en direktverkande sensor. Spridning i scintillatorn kan också motverkas genom att använda strukturerade scintillatorer [22].
Flat field correction metoden användes för att få bilderna att få mindre oskärpa då man ger en jämnare färg till de tunnare sträcken på bilden, detta gör att bilden blir mindre suddig. Se bild 7 och bilderna 30–33 som finns nedan i bilaga avsnittet. En liten skillnad märks i upplösningen på bilderna efter flat
field correction metoden, som ger högre LSF värde, jämfört med de icke korrigerade bilderna. Metoden kan vara bra att använda vid bland annat förstoring av bilder, eftersom detta möjliggör att bilden syns med mindre oskärpa och visa mer detaljerade bilder.
En orsak som kan påverka storleken på bildens upplösning är röntgenkällans fokalpunkt. Storleken på fokalpunkten kan bestämmas av storleken på filamentenen och katoden i röntgenröret. Detta förklaras i teoridelen.
Fokalpunkten är där ljusstrålar sammanfaller efter att de har träffat en lins. En liten fokalpunkt används när den spatiala upplösningen är prioriterad medan en stor fokalpunkt används när exponeringstiden är prioriterad. Resultatet visar att högre ström ger större fokalpunkt hos röntgenkällan vilket ger sämre
upplösning på bilderna. Vid högre förstoring ökar fokalpunktens påverkan på bildkvalitén, detta uppskattades i bilderna nedan i bilaga avsnittet. När förstoringen ökar då minskar spridningsstrålningen som resulterar förbättrad bildkontrast och brus.
Enligt de etiska och samhälleliga aspekter skal all strålning som träffar patienter tar tillvara i bilden och vara till nytta för diagnosen. Med anledning att stråldoser är dåliga för patienter och kan leda till olika sjukdomar, ska varje stråldos som en patient utsätts för komma till nytta och inte slösas bort. Därför är det viktigt med det här projektet och annan forskning som kan bidra till att förbättra bildkvalitet utan att öka stråldosen för patienten.
Källförteckning
[1] Helene Sjunnesson, Elisabet Helldorff, 100 innovationer: 251-100 Metallbearbetning- Ångmaskinen. Sid 191-204.
[2] Börje Norlin, ”Characterisation and application of photon counting X-Ray detector systems” sida 3.
[3] Nobelmuseet ”Wilhelm Conrad Röntgen, Fysik 1901”
https://web.archive.org/web/20161129191042/http://www.nobelmuseu m.se/sv/skola/lar-dig-mer-rontgen. Publicerad: u.å. Hämtad: 2021-04-20.
[4] Cea.se, “Negativa effekter av röntgen”
http://www.cea.se/Charanegativaeffekter.html. Publicerad: u.å. Hämtad 2021- 04-25.
[5] Michael Campbell, “Learn about the Medipix3 Collaboration”
https://medipix.web.cern.ch/medipix3. Publicerad:u.å. Hämtad 2021-05-06.
[6] Adam J. M. Wollman, Richard Nudd, Erik G, Hedlund och Mark C.
Leake, “ From animaculum to single molecules: 300 years of the light microscope”
https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsob.150019. Publicerad:
2015-04-01. Hämtad: 2021-05-10.
[7] J.A.Mir, R. Clough, R. Maclnnes, C. Gough, R. Plackett, I. Shipsey, H.
Sawada, I. MacLaren, R. Ballabriga, D. Maneuski, V. O’Shea, D.
McGrouther, A.L. Kirkland, “Medipix3- Demonstration and understanding of near ideal detector performance for 60 & 80 keV electrons” https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1608/1608.07586.pdf . Hämtad: 2021-05-27
[8] Orchard G& Nation B. 2014 cell structure & function, sid. 448.
[9] Hooke R.1665 Micrographia: or some physiological descriptions of minute bodies made by magnifying glasses, with observations and inquiries thereupon.
[10] DH, “Hur fungerar ett Mikroskop?” https://dosthana.com/hur-fungerar-ett-mikroskop/. Hämtad 2021-05-17.
[11] Günter Hildenbrand,”X-rat microscopy”
http://www.x-ray-optics.de/index.php/en/applications/imaging/microscopy. Hämtad:
2021-05-25
[12] Carl-Johan Elias Magnusson, ”Optik1 Geometrisk och fysiklaisk optik för optiker HT2019”
https://docplayer.se/153480422-Optik-1-geometrisk-och-fysikalisk-optik-fo-r-optiker-ht-2019.html. Publicerad:
2020. Hämtad 2021-05-20
[13] Knight, Randall D. (2002). Six Easy Lessons: Strategies for successful physics teaching. Addison Wesley. Sida 278-276.
[14] Radiology-TIP, “Focal spot”
https://www.radiology-tip.com/serv1.php?type=db1&dbs=Focal%20Spot. Hämtad: 2021-05-21.
[15] Atom physics,” Focal spot size”. https://www.atomphysics.com/focal-spot-size/. Hämtad: 2021-05-20.
[16] X. Yao,” Spatial Resolution”
https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/spatial-resolution. Hämtad:2021-05-23
[17] Joakim Gustafsson och Josef Lindberg, ”Mätning av bildkvalitet och stråldos vid olika avstånd mellan objekt och detektor”
https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1437031/FULLTEXT01.pdf. Hämtad: 2021-05-15.
[18] Zeiss Microscopy, “A beginners guide to the point spread function”
https://bitesizebio.com/22166/a-beginners-guide-to-the-point-spread-function-2/. Hämtad: 2021-05-24, publicerad: 2014-11-06.
[19] G. Lubberts, “The line spread function and the modulation transfer function of X-ray fluorescent screen-film systems—problems with double-coated film”
https://www.ajronline.org/doi/abs/10.2214/ajr.105.4.909#:~:text=The%
20line%20spread%2Dfunction%20(LSF,passes%20through%20a%20n arrow%20slit. Hämtad: 2021-05-24.
[20] Walter Huda, R. Brad Abrahamas, ”X-Ray-Based medical imaging and resolution”
https://www.ajronline.org/doi/pdfplus/10.2214/AJR.14.13126?src=recs ys. Hämtad:2021-05-24.
[21] Hiroshi Fujita, Du-Yih Tsai, Takumi Itoh, Kunio Doi, Junji Morishta, Katsuhiko Ueda, och Akiyoshi Ohtsuka, ”A simple method for determining the modulation transfer function in digital radiography”
https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=126908&casa_to
ken=NqIogXOpOeMAAAAA:cnj_FdhcoUVHbQp6FEqku9R3irJwD-eNpR-7MdodsS_GwW1HekABKCkmt84bQmPABgHgbLr24g&tag=1.
Hämtad: 2021-05-25
[22] Badel, X. , Norlin, B. , Kleimann, P. , Williams, L. , Moody, S. , Tyrrell, G. , Fröjdh, C. & Linnros, J. (2006). Performance of Scintillating Waveguides for CCD-based X-ray Detectors. IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 53: 1, ss. 3-8.
Bilagor
Bilaga A
Avbildade bilder med Medipix3.
Bild 9: Med avståndet 0,9 cm från Medipix3 till linjemasken, spänningen 40kv, strömmen 30 µA och läget nanofocus. LSF = 10.5 ± 2 lp/mm.
Bild 10: Med avståndet 0,9 cm från Medipix3 till linjemasken, spänningen 70kv, strömmen 20 µA och läget nanofocus. LSF = 10 ± 2 lp/mm.
Bild 11: Med avståndet 0,9 cm från Medipix3 till linjemasken, spänningen 40kv, strömmen 200 µA och läget HIGH POWER. LSF = 10 ± 2 lp/mm.
Bild 12: Med avståndet 10 cm från Medipix3 till linjemasken, spänningen 40kV, strömmen 30 µA och läget nanofocus. LSF = 13 ± 2 lp/mm.
Bild 13: Med avståndet 10 cm från Medipix3 till linjemasken, spänningen 70kV, strömmen 20 µA och läget nanofocus. LSF = 12.5 ± 2 lp/mm.
Bild 14: Med avståndet 10 cm från Medipix3 till linjemasken, spänningen 40kV, strömmen 200 µA och läget HIGH POWER. LSF = 14 ± 2 lp/mm.
Bild 15: Med avståndet 18,8 cm från Medipix3 till linjemasken, spänningen 40kV, strömmen 30 µA och läget nanofocus. LSF = 15 ± 2 lp/mm.
Bild 16: Med avståndet 18,8 cm från Medipix3 till linjemasken, spänningen 70kV, strömmen 20 µA och läget nanofocus. LSF = 14.5 ± 2 lp/mm.
Bild 17: Med avståndet 18,8 cm från Medipix3 till linjemasken, spänningen 40kV, strömmen 200 µA och läget HIGH POWER. LSF = 16 ± 2 lp/mm.
Bild 18: Med avståndet 27,6 cm från Medipix3 till linjemasken, spänningen 40kV, strömmen 30 µA och läget nanofocus. LSF> 24 lp/mm.
Bild 19: Med avståndet 27,6 cm från Medipix3 till linjemasken, spänningen 70kv, strömmen 20 µA och läget nanofocus. LSF > 24 lp/mm.
Bild 20: Med avståndet 27,6 cm från Medipix3 till linjemasken, spänningen 40kV, strömmen 150 µA och läget HIGH POWER. LSF = 17 ± 2 lp/mm.
Bild 21: Med avståndet 27,6 cm från Medipix3 till linjemasken, spänningen 40kV, strömmen 200 µA och läget och HIGH POWER. LSF = 13 ± 2 lp/mm.
Bild 22: Med avståndet 32,6 cm från Medipix3 till linjemasken, spänningen 40kv, strömmen 30 µA och läget nanofocus. LSF> 24 lp/mm.
Bild 23: Med avståndet 32,6 cm från Medipix3 till linjemasken, spänningen 70kv, strömmen 20 µA och läget nanofocus. LSF> 24 lp/mm.
Bild 24: Med avståndet 32,6 cm från Medipix3 till linjemasken, spänningen 40kv, strömmen 150 µA och läget HIGH POWER. LSF = 15 ± 2 lp/mm.
Bild 25: Flyttad position med avståndet 32,6 cm från Medipix3 till
linjemasken, spänningen 40kv, strömmen 200 µA och läget HIGH POWER.
LSF = 11 ± 2 lp/mm.
Bilaga B
Avbildade bilder med Innocare.
Bild 26: Med avståndet 2,2 cm från Innocare till linjemasken, spänningen 40kv, 800 µA tube current och HIGH POWER. LSF = 2.15 ± 0.2 lp/mm.
Bild 27: Med avståndet 2,2 cm från Innocare till linjemasken, spänningen 40kv, 1000 µA tube current och HIGH POWER. LSF = 2.0 ± 0.2 lp/mm.
Bild 28: Med avståndet 54,0 cm från Innocare till linjemasken, spänningen 40kv, 1000 µA tube current och HIGH POWER. LSF = 4.55 ± 0.5 lp/mm.
Bild 8: Med avståndet 82,0 cm från Innocare till linjemasken, spänningen 40kv, 1000 µA tube current och HIGH POWER. LSF = 10 ± 1 lp/mm.
Bild 29: Med avståndet 82,0 cm från Innocare till linjemasken, spänningen 40kv, 800 µA tube current och HIGH POWER. LSF = 11,5 ± 1 lp/mm.
Bilaga c
Korrigering av bilder med flat field correction.
Bild 7: 0,9cm avstånd från Medipix till linjemask med användning av flat field correction. LSF efter korrigering= 11 ± 2 lp/mm.
Bild 30: 10cm avstånd från Medipix till linjemask med användning av flat field correction. LSF efter korrigering= 13,9 ± 1 lp/mm.
Bild 31: 18,8cm avstånd från Medipix till linjemask med användning av flat field correction. LSF efter korrigering= 17 ± 2 lp/mm.
Originalbilden Flat field correction
LSF= 9.9 ± 2 lp/mm.
LSF= 11 ± 2 lp/mm.
Bild 32: 27,6cm avstånd från Medipix till linjemask med användning av flat field correction. LSF efter korrigering > 24 lp/mm.
Bild 33: 32,6cm avstånd från Medipix till linjemask med användning av flat field correction. LSF efter korrigering> 24 lp/mm.
Bilaga D
Koden som användes i MATLAB för flad field correction.
A = load('10cm40kvhigh', '-ascii'); %Ladda upp fil F= load ('ff40kVthl360', '-ascii');
A=A./F;
Originalbilden Flat field correction
Flat field correction
LSF> 24 lp/mm.
LSF> 24 lp/mm.
LSF> 24 lp/mm. LSF> 24 lp/mm.