Implementation of spectral x-ray technique for the identification of different tissues in medical imaging

Abstract

The spectral x-ray technique has begun to generate interest in medical imaging because it uses the energetic dependence of the attenuation properties to improve the contrast of images of different materials, and even decrease the artifacts generated with conventional methods. The photon counting detectors offer substantial improvements because of their ability to detect single events and the decrease of leakage current effects. This is why this research is based on the implementation of this technique to study these contrast improvements in various materials. To accomplish this goal, the Medipix3RX detector was used to acquire spectral images that were compared with simulations performed with the GAMOS software. The experimental results verified the energy dependence of the attenuation, showing monotonically decreasing changes with the increase of the energy threshold value, and were corroborated with the simulations. The results from the three studied phantoms successfully showed that the technique allows the differentiation among materials with high and low density differences, also allowing materials with the same geometry to be distinguished.

La técnica espectral de rayos x ha comenzado a generar interés en imágenes médicas por el uso de la dependendcia energética de las propiedades de atenuación para mejorar el contraste de imágenes de diversos materiales, e incluso disminuir los artefactos generados con métodos convencionales. Los detectores contadores de fotones ofrecen una infinidad de mejoras por su capacidad de detección de eventos individuales y la disminución de los efectos de las corrientes de fuga. Es por esto que esta investigación se basa en implementar esta técnica para estudiar esta mejora de contraste en varios materiales. Para ello, se utilizó el Medipix3RX para realizar imágenes espectrales que se compararon con simulaciones realizadas en el software GAMOS. Los resultados experimentales verificaron la dependencia energética de la atenuación, mostrando cambios monotónicamente decrecientes con el aumento del valor de umbral de energía, y fueron corroborados con los resultados simulados. Los resultados de los tres fantomas estudiados exitosamente mostraron que la técnica es capaz de diferenciar materiales con altas y bajas diferencias en densidad, así como permite la distinción entre materiales con la misma geometría.