طراحی و ساخت یک سیستم برش نگاری کامپیوتری نوری برای کاربرد در ژل دوزیمتری پرتو درمانی

Abstract

The goal of the present study was to construct an OCT system to be used in radiation therapy dosimetry in a fast and precise manner for dose distribution readings. Using this system for polymer gel dosimetry we would be able to work independently from MRI. First, the optical properties of gels (NIPAM and PAGAT) were investigated in different wavelengths. The aim was to select the best wavelength according to the highest sensitivity. The photodetectors in the market was evaluated for application in our photodetection system. The selected photocell was studied in terms of sensitivity, efficiency and linear response. In this part, detector output linearity in different light intensity was investigated. Next, the mechanical part of the system was designed using Solid Works software and the optimized design sent for fabrication. Then, the electrical system for scanning and rotating the dish containing the gel was designed and constructed. In the next part, the mechanical part was prepared and step motors were assembled to it. Signals from gel scanning were entered into MATLABs space; also data processing including the preprocessing and image reconstruction were done in for image formation. In final part, the different object was designed and imaged for verifying of spatial and contrast resolution of the system. Results: At the first step, the flask filled with water was scanned for investigating the uniformity of the system. The image was acquired and the standard deviation of the pixels within water image was considered as a criteria for image uniformity. The uniformity of the system was 0.11%. Objects including metal wires with the diameter of 1, 2, 3, and 6 mm were scanned and their image analyzed for achievable spatial resolution of system. According to spatial resolution which is proportional with detector dimensions, the spatial resolution of the system is about 1 millimeter., هدف این مطالعه ایجاد یک سیستم برش نگاری کامپیوتری نوری برای خوانش سریع و دقیق توزیع دوز برای کاربرد در دوزیمتری پرتودرمانی می باشد که با استفاده از این سیستم انجام پلیمر ژل دزیمتری بطور مستقل از سیستم تصویر برداری MR صورت خواهد گرفت.ابتدا خصوصیات نوری نمونه های ژل (NIP و PAGAT ) در مقابل طول موج های نوری مختلف بررسی شد. هدف تعیین بهترین طول موج خوانش برای دستیابی به بالاترین حساسیت بود. آشکارسازهای نوری موجود در بازار برای استفاده در سیستم آشکارساز نوری ارزیابی گردیدند و در نهایت حساسیت، بازده و خطی بودن پاسخ فوتوسل انتخاب شده بررسی شد. در این مرحله خطی بودن خروجی آشکارساز در شدت های نور متفاوت مطالعه گردید. در مرحله بعد، طراحی بخش مکانیکال سیستم با استفادهاز نرم افزار SolidWorks انجام گرفت و طرح بهینه شدن برای ساخت فرستاده شد. سپس سیستم الکتریکی برای تنظیم مراحل اسکن و چرخش ظرف حاوی ژل، طراحی و ساخته شد. در بخش بعد بر روی قسمت مکانیکال آماده شده، استپ موتورها نصب گردید. سیگنال های بدست آمده از اسکن نمونه وارد محیط MATLAB شده و پردازش داده شامل پیش پردازش و بازسازی تصویر نیز برای ایجاد تصویر انجام گرفت. در بخش نهایی برای تایید یکنواختی خوانش، قدرت تفکیک مکانی و قدرت تفکیک کنتراست سیستم، نمونه های طراحی شده ی متفاوتی تصویر برداری گردید.در مرحله اول، یک فلاسک پر شده با آب برای ارزیابی یکنواختی خوانش سیستم، اسکن شد. تصویر آن استخراج گردیده و انحراف استاندارد پیکسل های تصویر بازسازی شده فلاسک آب به عنوان ضابطه ای برای یکنواختی خوانش سیستم 0/11 درصد تعیین گردید. نمونه هایی شامل سیم های فلزی با قطرهای 1، 2، 3 و 6 میلی متر اسکن شد و تصاویر آن ها برای تعیین قدرت تفکیک مکانی قابل دستیابی توسط سیستم، آنالیز گردید. با توجه به اینکه قدرت تفکیک مکانی برای این سیستم متناسب با ابعاد آشکارساز می باشد، مقدار قدرت تفکیک مکانی سیستم در حدود 1 میلی متر است.