About DoKS      NL  |  EN Search:
  Starts with (bv. psycholog*)    Exact wordgroup (bv. "Visual Basic")
 
Home
Administration
Authors
Departments
Help
Years
 


1.062 theses on-line.
Most popular theses:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
   
 More... 



Open Archives Initiative
Home

Extraction of electron density and effective atomic number using dual energy computed tomography wth kV-kV and kV-MV scenarios

2012
GACKOWSKI, Joris
Master in de industriële weteschappen: Nucleaire technologie

Trefwoorden:

Abstract :
Abstract (English)

Background and purpose: To fully exploit the potential of advanced dose calculation algorithms, accurate data on tissue composition and density is required, which is currently provided by single energy computed tomography (SECT). SECT cannot differentiate between all tissues in the human body, thus leading to dose calculation errors, which might compromise accuracy in brachytherapy. When a dual energy CT (DECT) scanner is used for scanning a phantom or a patient at two different energies the material or tissue properties can be better differentiated, thus providing an improved input to dose calculation algorithms, potentially enhancing treatment accuracy. This is because DECT provides the effective atomic number (Zeff) in addition to the electron density (ρe). Since clinical DECT systems are becoming available for diagnostic purposes, there is a need to quantify their potential to identify tissues properly. A code was created within Maastro Clinic for the use of two particular energies in DECT: respectively 80 kV and 140 kV. kV – kV imaging can only be done at a CT scanner, which is not used for treatment. That means that the patient may move between imaging and treatment, and consequently may cause errors. With kV – MV imaging, images can be obtained with the treatment beam, at the treatment machine. Hence, no movement and potentially better treatment accuracy.

Method and materials: The task was to modify an existing DECT code to make it compatible with energies in the megavoltage-range. A phantom with different tissue-type inserts was used. The program had to be fast and user friendly, and calculate with a sufficiently high accuracy to compare simulated results with theoretical values of Zeff and ρe. Furthermore, two other alternative codes were written to calculate ρe with different approaches based on DECT (ΔHU) and SECT (HU- ρe). These developed programs include a graphical user interface (GUI) to make utilization user friendly. The code was used to analyze kV – kV images from both simulations and measurements, as well as kV – MV images from simulations.

Results: Because MV – dual energy CT is not yet used clinically, the code provides the option to choose between kV – kV spectra or kV – MV spectra. When using kV – kV spectra, the simulated results can be compared with those achieved when using experimental data sets. The electron density results from three kV – kV methods were compared. We can conclude that the measurements and theory agreed well, with the largest difference being 4.0 % for lung for ρe and 10.8 % for bone for Zeff. Simulations and measurements for kV – kV were very similar, with the largest difference between the two being 3.0 % for lung for ρe and 2.3 % for lung for Zeff. Because of these findings, we trust that our simulations for kV – kV are reliable, assuming that kV – MV should also be acceptable. For kV – MV simulations, similar results as for kV – kV were observed, indicating it is theoretically feasible to perform kV – MV measurements. Finaly, the comparison of ρe – values obtained by three distinct methods indicated that the standard DECT (HU; ρe, Z) approach had the lowest error, with the largest difference being 6.0 %, compared to 11 % for the ΔHU approach and 8.5 % for the (HU- ρe) approach for lung when compared to theory.

Abstract (Nederlands)

Inleiding en doel: Om de potentiële mogelijkheden van geavanceerde dosisberekeningsalgoritmen ten volle te benutten, zijn accurate gegevens omtrent weefselsamenstelling en densiteit vereist. Deze worden momenteel verkregen door conventionele enkelvoudige energie CT (SECT). SECT kan geen onderscheid maken tussen al de verschillende weefsels binnen het menselijk lichaam, wat leidt tot fouten in dosisberekeningen en ernstige gevolgen kan hebben in brachytherapie. Door een fantoom of een patiënt te scannen met twee verschillende energieën, kunnen weefseleigenschappen beter gedifferentieerd, en inputwaarden voor dosis algoritmen geoptimaliseerd worden. Deze methode kan het potentieel verhogen van de behandelingsnauwkeurigheid. Dit omdat DECT naast elektron densiteiten (ρe) eveneens informatie verschaft over effectieve atoomnummers (Zeff). Aangezien klinische DECT systemen hun intrede maken binnen de diagnostiek, is het wenselijk de mogelijkheid van weefsel-identificatie te kwantificeren. In Maastro Clinic werd een DECT code ontwikkeld voor twee welbepaalde energieën: respectievelijk 80 kV en 140 kV. kV – kV beeldvorming kan enkel uitgevoerd worden op een CT scanner, welke uiteraard niet gebruikt wordt voor de behandeling zelf. Dit betekent dat de patiënt kan bewegen tussen het beeldvorminggedeelte en de bestralings-behandeling, met mogelijke fouten tot gevolg. Door gebruik te maken van kV – MV beeldvorming, kan men beelden verkrijgen met de fotonbundel op het bestralingstoestel zelf; dus geen patiënt-beweging, en mogelijk betere nauwkeurigheid.

Methode en materialen: De taak bestond uit het modificeren van een bestaande DECT code zodat deze toepasbaar werd binnen het megavolt-bereik. Een fantoom met verschillende weefselequivalente inzetstukken werd gebruikt. Het programma vereist, naast snelheid en gebruiksvriendelijkheid, een voldoende hoge nauwkeurigheid om gesimuleerde waarden te kunnen vergelijken met theoretische waarden van Zeff en ρe. Hiernaast werden twee alternatieve codes geschreven voor het berekenen van ρe met benaderingsmethoden gebaseerd op DECT (ΔHU) en SECT (HU–ρe). De ontwikkelde programma's werden voorzien van een graphical user interface, wat de gebruiksvriendelijkheid verhoogt. De ontwikkelde code werd gebruikt om zowel kV – kV beelden afkomstig van simulaties en experimentele metingen, als kV – MV beelden zuiver afkomstig van simulaties, te analyseren.

Resultaten: Omdat MV – duale energie CT klinisch nog niet in gebruik is, biedt de code zowel de mogelijkheid voor een kV – kV als voor een kV – MV simulatie. Door middel van de kV – kV optie, kunnen gesimuleerde resultaten vergeleken worden met experimentele datasets. Resulterende elektron densiteiten gebaseerd op drie kV – kV berekeningsmethoden werden vergeleken. Wij kunnen besluiten dat de experimentele metingen en theoretische waarden goed overeenkomen, met een grootste afwijking van 4.0 % op ρe voor long, en 10.8 % op Zeff voor bot. De kV – kV simulaties en experimentele kV – kV metingen vertoonden zeer gelijkaardig resultaten, met een grootste tussen-afwijking van 3.0 % op ρe voor long, en 2.3 % op Zeff voor bot. Deze bevindingen scheppen een groot vertrouwen in kV – kV simulaties en maken deze techniek acceptabel voor kV – MV toepassingen. Vergelijkbare resultaten werden bekomen voor kV – MV simulaties waaruit wij kunnen opmaken dat kV – MV metingen als theoretisch haalbaarheid beschouwd kunnen worden. Tenslotte werd vastgesteld dat de standaard DECT (HU; ρe, Z) methode de kleinste afwijking vertoont met een maximale afwijking van 6.0 %, vergeleken met 11 % voor de ΔHU methode en 8.5 % voor de (HU–ρe) methode ten opzichte van de theorie.

Full text:
File Size Type Checksum
200800605_12.pdf 4 MB Adobe PDF MD5

Dit eindwerk werd 1861 keer bekeken en 8 keer gedownload.
Translate to English (Google translate)
 

Details

show ETD - Dublin Core

If you want to cite this thesis in your own thesis, paper, or report, use this format (APA):

GACKOWSKI, J. (2012). Extraction of electron density and effective atomic number using dual energy computed tomography wth kV-kV and kV-MV scenarios. Unpublished thesis, Xios, TIW.
Retrieved from http://doksxios.pxl.be/doks/do/record/Get?dispatch=view&recordId=Sxhl8ae680b43c26317b013ca456edca021a.




©2004-2005 - XIOS Hogeschool Limburg - webmaster - Contact