Scaricare la presentazione
La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore
PubblicatoAnnalisa Vecchi Modificato 10 anni fa
1
“Calibrazione energetica di un rivelatore a silicio per radiologia digitale”
di : Antonella Lorenzato Novità nel campo dell’imaging digitale fasci raggi X a due energie quasi-monocromatici rivelatori a silicio (conteggio singolo fotone) mammografia angiografia Sistema di misura ( chip RX-64 ) Calibrazione e analisi dei dati scelta del metodo di analisi calibrazione interna calibrazione con sorgenti misure con fasci raggi X (edge-on, front e relative efficienze) Conclusioni
2
Fasci di raggi X quasi-monocromatici
Il cristallo monocromatizza il fascio selezionando l’energia corrispondente ad un certo angolo di Bragg B : 2dsenB = n Sfruttando il secondo ordine ordine di diffrazione fasci a doppia energia Due possibili applicazioni diagnostiche : mammografia e angiografia
3
Mammografia Esame diagnostico per prevenire il carcinoma mammario ed altre eventuali patologie del seno (esame di routine) Problemi con la tecnica tradizionale: Tessuti molto sensibili alle radiazioni Possibilità di duplice errore diagnostico in fase precoce Vantaggi con i fasci a doppia energia: Intorno ai 20 KeV i coefficienti di attenuazione dei diversi tessuti si discostano significativamente (grafico) con una sola scansione ( 1 rivelatore) si acquisiscono due immagini : una a 20 KeV evidenzia la patologia, una a 40 KeV evidenzia i tessuti sani; la sottrazione delle 2 immagini darà: più contrasto riduzione del rischio di errore nelle diagnosi possibile riduzione della dose
4
Angiografia Esame diagnostico per lo studio di vasi sanguigni e di organi da essi irrorati (pazienti selezionati) Problemi con la tecnica tradizionale: Esame invasivo alta concentrazione di mezzo di contrasto (iodio) grossi cateteri via arteria femorale Vantaggi con i fasci a doppia energia: Due fasci con energie sopra e sotto il K-edge dello iodio (33.17 KeV) (set up) acquisizione di due immagini nello stesso tempo (2 rivelatori) la sottrazione di immagine rimuove la struttura di fondo mettendo in evidenza solo il segnale dello iodio più contrasto concentrazione di iodio minore uso di cateteri più piccoli (iniezione endovenosa) minore dose
5
Rivelatore a microstrip di silicio
striscia di silicio diodo polarizzato inversamente (regione di svuota-mento sensibile al passaggio della radiazione) 128 strips 128 canali di lettura numero di fotoni rivelati localizzazione dei fotoni spessore = 300 m larghezza strip = 100 m lunghezza strip = 10 mm
6
Chip RX-64 architettura binaria per l’elettronica di lettura
ogni canale fornisce 1 bit di informazione (1/0) conteggio del singolo fotone 2 chip RX-64 128 canali nel primo prototipo basso rumore possibilità di lavorare a soglie basse fino a 6 KeV frequenza di conteggio 200KHz/canale
7
circuito calibrazione
Canale elettronico di lettura : circuito calibrazione interna contatore preamplificatore circuito formatore (shaper) discriminatore circuito calibrazione interna (Ctest= 75 fF( 10%)) preamplificatore (p=RfedCfed , guadagno 1/Cfed ) circuito formatore (s=RfedshCfedsh ) discriminatore contatore Rfed e Rfedsh variabili
8
Scansione di soglia: per ogni valore di soglia il contatore fornisce
il numero di segnali con ampiezza maggiore di quella impostata sul discriminatore la soglia di rumore è 80 mV assumendo che il rumore abbia una distribuzione gaussiana, i conteggi integrali sono definiti dalla funzione degli errori derivando i conteggi si ottengono le distribuzioni gaussiane effettuando i fit gaussiani si ricava rispettivamente dal picco e dalla sigma: l’ampiezza del segnale all’ ingresso del discriminatore la larghezza della distribuzione del segnale all’ingresso del discriminatore
9
Scheda di acquisizione
Alimentatori Scheda di acquisizione Connettore Driver Software NI-DAQ Software Labview RX-64 Rivelatore
10
Calibrazione dell’RX-64 : metodo di analisi
Il metodo del fit gaussiano : Origin 6.0 (Diff/Smooth = derivata + smoothing) + Fit Gaussian picco = ampiezza del segnale all’ingresso del discriminatore la deviazione standard = w/2 rumore nel chip fluttuazioni nella produzione coppie e-h dispersione in energia del fascio quasi-monocromatico
11
Calibrazione dell’RX-64 : metodo di analisi
Il metodo del fit sigmoidale (funzione degli errori) : Origin 6.0 Fit sigmoidal ; questo fit tiene conto degli errori sui conteggi dati dalla statistica di Poisson il valore a metà conteggi rappresenta l’ampiezza del segnale dx
12
Calibrazione dell’RX-64 : metodo di analisi
Confronto fra i due fit : la soglia di discriminazione Entrambi i metodi forniscono lo stesso valore a meno di una differenza sempre al di sotto dello 0.5 %.
13
Gaussiano Sigmoidale Calibrazione dell’RX-64 : metodo di analisi
Confronto fra i due fit : conclusioni Gaussiano Sigmoidale Vantaggi: la deviazione standard ha un significato fisico; Svantaggi: il valore della dipende molto dallo smoothing dei dati. Vantaggi: tiene conto degli errori sui conteggi; non è necessario lo smoothing; Svantaggi: la larghezza dx è legata a , ma numericamente diversa. ampiezza del segnale sigmoidale valutazione del rumore gaussiana
14
Calibrazione interna dell’RX-64
200 impulsi n = valore di Amplitude variato con l’interfaccia di Labview ampiezza impulso = (0.9375n) mV numero di elettroni iniettati = Q n /e = (CtestV)n/e 439 n la larghezze delle gaussiane è indipendente dal segnale in ingresso determinate solo dal rumore all’ingresso del discriminatore
15
Calibrazione interna dell’RX-64
Estrazione dell’RMS di rumore : la media per tutti i valori di calibrazione risulta : <G> = 3.86 DAC 1 DAC = 2.47 mV l’RMS di rumore è pari a 9.53 mV
16
Calibrazione interna dell’RX-64
Soglia di discriminazione : la zona di linearità arriva fino ai 6000 elettroni 22 KeV (valutata studiando il termine di secondo ordine del fit parabolico) fit lineare sui primi 5 punti (per tutti i 128 canali) coefficiente angolare = guadagno del discriminatore intercetta = offset del discriminatore
17
Calibrazione interna dell’RX-64
Guadagno del discriminatore: Coefficiente angolare = DAC/el Guadagno = V/el sapendo che l’RMS di rumore è 9.53 mV si ricava il rumore di carica equivalente: ENC 147 elettroni Offset del discriminatore: Per poter applicare la stessa soglia a tutti i canali è importante che la larghezza della distribuzione dell’offset sia piccola. RMS offset = 3.58 mV << RMS rumore è un valore molto buono.
18
Calibrazione dell’RX-64 con sorgenti
La precisione con cui si conosce la capacità interna di calibrazione è del 10 %. è necessaria quest’ulteriore calibrazione con sorgenti di fluorescenza. Materiali bersaglio: rame (K = 8.04 KeV) rubidio (K = KeV) molibdeno (K = KeV) argento (K = KeV) bario (K = KeV) terbio (K = KeV)
19
Calibrazione dell’RX-64 con sorgenti
K : influenza lo smoothing e il fit gaussiano rame, rubidio,molibdeno : K e K non distinguibili G non affidabile argento : entrambi i picchi sono ben visibili G affidabile bario : poca statistica + è al di fuori della zona lineare del chip escluso dai fit
20
Calibrazione dell’RX-64 con sorgenti
La larghezza della gaussiana: G = 5.39 DAC mV rumore di carica equivalente : ENC 211 elettroni > ENCcal-interna(147) fluttuazioni elettrone-lacuna + diversa tensione di polarizzazione del rivelatore
21
Calibrazione dell’RX-64 con sorgenti
Guadagno: Coefficiente angolare = 6.98 DAC GS = mV/KeV sapendo che occorrono 3.62 eV per creare una coppia e-h nel silicio GS = V/el Gcal.interna (64.37 V/el) buona corrispondenza dei dati
22
Confronto tra le due calibrazioni
23
Misure con il rivelatore in posizione edge-on e front
Edge-on : fascio//strip, 1 cm silicio attivo Front : fascio strip, 300 m silicio attivo conteggi edge > conteggi front nel range 18-36 KeV
24
Confronto tra le soglie di discriminazione
Nell’intervallo di linearità ricavato in precedenza (tra 8 e 22 KeV) i differenti set di dati sono in perfetto accordo il fascio quasi-monocromatico ottenuto col cristallo è ben calibrato
25
Confronto tra le sigma calibrazione: detector polarizzato a 20V edge, front e sorgenti: 60V diversa corrente di fuga IF nel rivelatore Sorgenti > Calibrazione per fluttuazioni portatori di carica + IF più grande Raggi-X > Sorgenti per la dispersione energetica del fascio (comunque piccola rispetto al rumore del sistema)
26
Efficienza di edge e front
27
Efficienza di edge e front
Spessori in gioco : Configurazione edge: 765 m silicio passivo (bordo) + 1 cm silicio attivo Configurazione front: 70 m alluminio (rivestimento) m silicio attivo I calcoli teorici considerano solo la probabilità di effetto fotoelettrico nella zona attiva. Corrispondenza dei dati sperimentali con quelli teorici : La discrepanza oltre i 26 KeV è dovuta all’influenza dell’effetto Compton trascurato nei calcoli?
28
Conclusioni : La calibrazione del sistema di rivelazione basato su 2 chip RX-64 basato su un detector a silicio costituito da 128 microstrip ha fornito i seguenti risultati: è stato individuato un intervallo di linearità di risposta del sistema compreso fra i 6 e i 22 KeV dalla calibrazione interna e con sorgenti si sono estratti i valori di : Guadagno = V/el Soglia di discriminazione = 80 mV 4.64 KeV RMS di rumore = 9.53 mV , ENC 147 elettroni RMS offset = 3.58 mV << RMS rumore dalle misurazioni con rivelatore in posizione edge e front l’energia del fascio quasi-monocromatico ottenuto col cristallo è in accordo con il set di dati ricavati con le sorgenti (monocromatiche) la dispersione energetica è piccola in confronto al rumore del sistema la configurazione edge è più efficiente nel range diagnostico
29
Test angiografico con l’RX-64
Conclusioni : Test angiografico con l’RX-64 Immagine a 31 KeV Differenza Fantoccio Immagine a 35 KeV
Presentazioni simili
© 2024 SlidePlayer.it Inc.
All rights reserved.