Evaluatıon Of Dıfferent Tube Voltage Effect On Effectıve Dose and Image Qualıty For Chest Examınatıons Wıth Thermolumınescence Dosımeters

Abstract

: Image qualty plays a significant role in diagnostic radiology. Digital imaging has advantages such as obtaining images digitally, processing and storing. The wide dynamic range of digital detectors provides a opportunity to better quality images to be obtained, however, it may cause an increase in patient dose. Therefore, image quality optimization must be performed in conjunction with dose measurements. According to the ALARA (As Low As Reasonably Achievable) principle, irradiation should be adjusted to obtain required diagnostic informations, and the radiation dose to the patient should be kept as low as possible. This situation reveals the requirement of optimization between image quality and. patient dose.
In this study, the relationship between image quality and patient dose was investigated in chest examinations, which are performed commonly on digital radiography. Accordingly, whole body effective dose (ED) and entrance skin dose (ESD) was calculated for different beam qualities. At the same time, the effect of different tube voltages and different detector doses on clinical image quality was examined by performing ‘’% contrast calculation’’ and low contrast analysis with VI (Visible Index). In the meantime, the usability of thermoluminescent dosimeters (TLD-100, TLD-100H) in such studies has been investigated. According to the experimental and numerical measurement results, the contrast difference between the lowest tube voltage (70 kVp ) and the highest tube voltage (120 kVp) varies from 67,48 % to 57,29 %. With decreasing tube voltage, the photoelectric effect becomes more dominant and the amount of photons scattered decreases. An improvement in image contrast has been observed by virtue of the fact that scattered photons reduce. It has been observed that the VI value decreases with increasing tube voltage, and this result means that the image quality improves with decreasing tube voltages. In the measurements performed with TLD-100 luminescence dosimeter, which is the other data source of the study, the ratio between skin entrance and skin out values was found to be 1,24. No significant difference was observed when two values were compared. The ratio between entrance ve out, which is obtained from TLD-100H, is approximately 17 times. This result confirmed that a meaningful result can be obtained with TLD-100H dosimeter and its usage in low dose areas and diagnostic energy range due to their high sensitivity.

Keywords

• Thermolüminescence (TL)
• Thermoluminescence dosimeter (TLD)
• Digital Radiography
• Image Quality
• Rando phantom

Göğüs İncelemelerinde Farklı Tüp Voltajının Tüm Vücut Dozu ve Görüntü Kalitesine Etkisinin Termolüminesans Dozimetrelerle Değerlendirilmesi

Abstract

Tanısal radyolojide görüntü kalitesi önemli bir rol oynamaktadır. Dijital görüntülemenin, görüntüleri sayısal olarak elde etme, işleme ve saklama gibi avantajları vardır. Dijital dedektörlerin geniş dinamik aralığa sahip olması, daha iyi kalitede görüntülerin elde edilmesine olanak sağlar. Ancak hasta dozunda artışa sebep olabilmektedir. Bu nedenle görüntü kalitesi optimizasyonunun, doz ölçümleri ile beraber yürütülmesi gerekmektedir. ALARA (As Low As Reasonably Achievable) prensibine göre ışınlama, gerekli tanısal bilgileri elde etmek için ayarlanmalıdır ve hastaya verilen radyasyon dozu mümkün olduğunca en az seviyede tutulmalıdır. Bu durum, görüntü kalitesi ve hasta dozu arasında optimizasyon olması gerekliliğini ortaya koymaktadır. Bu çalışmada, dijital radyografide yaygın olarak yapılan göğüs incelemelerinde görüntü kalitesi (Image Quality, IQ) ile hasta dozu arasındaki ilişki araştırılmıştır. Buna bağlı olarak, farklı demet kaliteleri için sabit dedektör dozunda tüm vücut etkin dozu (Effective Dose, ED) ve cilt dozu (Entrance Skin Dose, ESD) hesaplanmıştır. Aynı zamanda farklı tüp voltajlarının ve farklı dedektör dozlarının klinik görüntü kalitesi üzerine etkisi, % kontrast hesabı ve görünürlük indeksi (Vısıble Index, VI) ile düşük kontrast analizi yapılarak incelenmiştir. Bununla birlikte, termolüminesans (TLD-100, TLD-100H) dozimetrelerinin bu tür çalışmalarda kullanılabilirliği araştırılmıştır. Deneysel ve sayısal olarak elde edilen ölçüm sonuçlarına göre, en düşük tüp voltajı (70 kVp) ile en yüksek tüp voltajı (120 kVp) arasındaki kontrast farkı %67,48 ile %57,29 aralığında değişmektedir. Azalan tüp voltajı ile fotoelektrik etki daha baskın hale gelir ve saçılan foton miktarı azalır. Saçılan fotonların azalması sayesinde görüntü kontrastında iyileşme gözlenmiştir. Artan tüp voltajı ile görünürlük indeksi (Vısıble Index, VI) değerinin azaldığı görülmüştür ve bu sonuç, azalan tüp voltajlarında görüntü kalitesinin iyileştiği anlamı taşımaktadır. Çalışmanın diğer temel veri kaynağı olan lüminesans dozimetrelerde, TLD-100 ile gerçekleştirilen ölçümlerde, cilt giriş ve cilt çıkış değerleri arasındaki oran 1,24 olarak bulunmuştur. İki değer kıyaslandığında anlamlı bir fark olmadığı gözlenmiştir. TLD-100H’dan elde edilen cilt giriş değeri ile cilt çıkış değeri arasındaki oran ise yaklaşık olarak 17 kattır. Bu sonuç, TLD-100H’ ın TLD-100’e göre daha yüksek hassasiyetinin olduğunu doğrulamaktadır. Düşük dozun söz konusu olduğu durumlarda ve diagnostik enerji çalışma aralığında TLD-100H dozimetrelerin daha kullanışlı olduğu gösterilmiştir.

Keywords

• Termolüminesans (TL)
• Termolüminesans dozimetre (TLD)
• Dijital Radyografi
• Görüntü kalitesi
• Rando fantom

References

1. [1] IPEM, 2003. Measurement of the performance characteristics of diagnostic X-ray system used in medicine, Part 3, Computed tomography scanners, 2nd edition. Institution of Physics and Engineering in Medicine, New York, Report No:32.
2. [2] Bacher, K. 2006. Evaluation of image quality and patient radiation dose in digital radiology. Doctoral thesis. Ghent University, p.140, Belgium.
3. [3] Moore, C.S., Wood, T.J., Beavis, A.W., Saunderson, J.R. 2013. Correletion of the clinical and physical image quality in chest radiography for average adults with a computed radiography imaging system. British Journal of Radiology, 86, 0077.
4. [4] Tinberg, A., Sjöström, D. 2003. Search for optimal tube voltage for image plate radiography. Conference Paper in Proceedings of SPIE- The International Society for Optical Engineering.
5. [5] Uffmann, M., Neitzel, U., Prokop, M., Kabalan, N., Weber, M.,Herold, C.J. 2005. Flat-panel-dedector chest radiography: effect of tube voltage on image quality. Radiology, 235;642-650.
6. [6] Yavuz, D,. 2020. Dijital radyografideki göğüs incelemelerinde farklı Tüp voltajının tüm vücut dozu ve görüntü kaltesine etkisinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Ankara üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü. Ankara.
7. [7] Fernandez, S., Garcia-Salcedo, R., Mendoza, J.G., Sanchez-Guzman, D., Rodrigez, G.R., Gaona, E., Montalvo, T.R. 2016. Thermolüminescent characteristics of Lif:Mg,Cu,P and CaSO4:Dy for low dose measurement. Applied Radiation and Isotopes, 111, 50-55.
8. [8] Sina, S., Zeinali, B., Karimipourfard, R.M., Lotfalizadeh, F., Sadeghi, M., Zamani, E., Zehtabian, M., Faghihi, R. 2014. Comparison of the response of TLD-100 and TLD-100H dosimeters in diagnostic radiology. World Academy of Science Engineering and Technology Biomedical and Biological Engineering, Vol: 1, No:9.

9. [9] ICRP, 1975. International commission on radiological protection. Report the task group on Reference man. Oxford: Pergamon Press. Publication No:23.
10. [10] Bacher K, Smeets P, Vereecken L, Hauwere AD, Duyck P, De Man R, Verstraete K, Thierens H. 2005. Image quality and radiation dose on digital chest imaging: Comparison of amorphous silicon andamorphous selenium flat-panel system. American Journal of Roentgenology, 187, 630-637.
11. [11] Honey, I.D., MacKenzie, A., Evans, D.S. 2005. Investigation of optimum energies for chest imaging using film-screen and computed radiography. The British Journal of Radiology, 78, 422-427.
12. [12] Yalçin, A., Olğar, T. 2018. Characterizing the digital radiography system in terms of effective detective quantum efficiency and CDRAD measurement. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 896, 113-121.
13. [13] Bor, D., Guven, A., Yusuf, A.R., Birgul, O. Yuksel, S., Yalcın, A., Marshall, N., Olgar, T. 2019. A modified formulation of eDQE for digital radiographic imaging. Radiation Physics and Chemistry, 156, 6-14.
14. [14] Modal 3500 Manuel TLD Reader with WinREMSTM. 2005. Operator’s Manuel. Publication No: 3500-W-O-0805-005.
15. [15] McKeever, S.W.S,. Moscovitch, M., Towsend, P.D. 1995. Thermoluminescence Dosimetry Materials: Properties and Uses. Nuclear Technology Publishing. England.
16. [16] Lucas, P.A., Aubineau-Laniece, I., Lourenco, V., Vermesse, D., Cutarella, D. 2014. Using LiF:Mg,Cu,P TLDs to estimate the absorbed dose to water in liquid water arround an 192Ir brachytherapy source. Medical Physics American Association of Physicist in Medicine, 41, pp.011711.
17. [17] European Commission Radiation Protection 1997. Criteria for Acceptability of Radiological (Including Radiotherapy) and Nuclear Medicine Installations, European Commission Radiation Protection, Luxembourg. No:91.
18. [18] Lima, F.R.A., Kramer,R., Vieira, J.W.,Khoury, H.J. 2004. Effective dose conversion coefficients for X-ray radiographs of the chest and the abdomen. International Joint Meeting Cabcun 2004 LAS/ ANS-SNM-SMSR Annual Meeting and XXII SMSR Annual Meeting, July 11-14, Mexico.
19. [19] Pascoal, A., Lawinski, C.P., Mackenzie, A., Tabakov, S., Lewis, C.A. 2005. Chest radiogtaphy: A comparison of ımage qality and effective dose using for digital system. Radiation Protection Dosimetry. 114, 273-277.
20. [20] Mah, E., Samai, E., Peck, D.J. 2001. Evaluation of a qualıty control phantom for digital chest radiography. Journel of Applied Clinical Medical Physics, 2(2), 90-101.
21. [21] AAPM, 2002. Quality control in diagnostic radiology, American association of physicists in medicine. United States of America, Report No.74.
22. [22] Dong, S.L., Chu, T.C., Lan, G.y., Wu, T.H., Lin, Y.C., Lee, J.S. 2002. Characterization of high –sensitivy metal oxide semiconductor field effect transistor dosimeters system and LiF:Mg,Cu,P thermoluminescence dosimeters for use in diagnostic radiology. Applied Radiation and Isotepes, 57, 883-891.
23. [23] ICRP, 2007. International Commission on Radiological Protection. Publication 103. The Recommendations of ınternational Commission on Radiological Protection.