• Új röntgen képalkotási módszer kidolgozása Geant4 szimulációkkal

Erdélyi Zsuzsanna
Lupó Patrik

Medgyessy Ferenc Gimnázium, Művészeti Szakgimnázium és Technikum, Debrecen

Konzulensek:
Borbélyné dr. Bacsó Viktória
Márián István Gábor

Új röntgen képalkotási módszer kidolgozása Geant4 szimulációkkal

A röntgen gépek elterjedtek az orvosi diagnosztikában. Ennek oka, hogy viszonylag olcsó képalkotási eszközök, amelyek az emberi szövetekről, csontokról tudnak fontos információt adni anélkül, hogy a pácienst meg kellene operálni. Ehhez röntgen fotonokat használ, amelyek különböző sűrűségű és anyagú szövetekben különböző valószínűséggel nyelődnek el. Az eljárás hátránya, hogy a besugárzás a sugárdózissal arányosan károsíthatja a sejteket.
Jelen kutatás célja egy olyan röntgen képalkotási módszer kidolgozása volt Geant4-ban végzett szimulációkkal, amely csökkenti a pácienst érő sugárdózis nagyságát, és még elegendő egy éles kép rekonstrukciójához. A pályázók a feladatuk megoldására a rácskiváltás módszerét választották. A röntgen gépek detektorára egy rácsot szokás helyezni, aminek a célja a szóródott sugárzás kiszűrése. Egy megfelelő algoritmussal lehetséges a szóródott sugárzást is tartalmazó képből egy éles képet rekonstruálni, így rácsra nincs szükség. Mivel a rács sok fotont elnyel, így annak elhagyásával több sugárzás juthat a detektorba, amiből egy élesebb képet hozhatunk létre.
A programozás mélyebb elsajátítása és a Geant4 felhasználó felület megismerése után kezdték el a szimulációkat. Munkájukat a Debreceni Egyetem Fizikai Innovációs Kutató Műhelyében végezték egy 48 magos szerveren. Kutatásuk során különböző geometriájú testekkel dolgoztak. Eleinte egyszerűbb modellekkel szimuláltak az emberi test különböző részeit, majd élethűbb 3D-s modelleket használtak. Ezek már realisztikus csontokat és szöveteket tartalmaztak. A röntgen sugárzás keletkezését nem szimuláltuk le, csak a forrás által már előállított fotonokkal foglalkoztunk. A szimulált forrás egy tipikus röntgeneloszlással indul, mint egy valós röntgengép esetén.

Munkájuk fázisai:
- A tesztelés fázisában a szövetet vízzel helyettesítették, a csontokat leegyszerűsített geo-metriai alakzatokkal, és megvizsgálták a szimuláció működőképességét.
- Ezután következett a geometriai alakzatok transzformálása: továbbra is leegyszerűsített alakzatokkal foglalkoztak, és figyeltek, hogy a rácskiváltás ezekkel működik-e.
- Végül realisztikus fantomokat használtak, a leegyszerűsített alakzatokat felváltották a realisztikus testrészek.

A validálási folyamat alapját az adta, hogy a kapott kijavított rácsnélküli képeket összevetették a ráccsal szimulált képekkel. Jelen kutatás célja egy olyan röntgen képalkotási módszer kidolgozása volt, amely csökkenti a pácienst érő sugárdózis nagyságát, és még elegendő egy éles kép rekonstrukciójához. Az elképzelés és a megvalósítás folyamata alapvetően sikeres volt, de néhány vonatkozásban még pontosítást igényel. Eredménynek tekintik, hogy sikerült bizonyos geometriákra a szórt képet előállítani, ezt le tudják vonni a teljes képből, élesebb képet kapva, valamint a transzformációs lépéseket is sikerült megvalósítani. Megoldásra váró feladatként tekintenek a transzformációk pontosítására, arra az esetre is, amikor a testeket más szögből látják.