Reducing the exposure dose of portable detectors with SiPM : Controlling X-ray Dose by Calculating Optimal Imaging Levels Implementation and evaluation

Abstract

Due to their miniaturization and lightweight design, portable X-ray detectors have the advantage of being able to quickly approach a patient's location and acquire real-time images for rapid diagnosis, but this mobility poses a dose control challenge. This paper aims to present and evaluate a method to minimize patient radiation exposure by implementing optimal dose control using a compact SiPM sensor that can be embedded in a portable X-ray detector. This study presents an imaging evaluation based on IEC 62220-1, an international standard for X-ray imaging devices, to determine the DQE of the detector and the dose that can have optimal image quality, and to match the output of the imaging ADU and SiPM sensor to control the optimal dose. For the Skull AP, the experimental results showed a dose reduction of approximately 57% from the manufacturer's reference dose of 342.8 µGy to the optimal controlled dose of 148.3 µGy. For the Chest AP, a dose reduction of 66% was observed with an optimal controlled dose of 27.9 µGy compared to the manufacturer's reference dose of 81.9 µGy. These results demonstrate that optimal dose control with SiPM sensors can significantly reduce patient radiation exposure. X-ray dose management is a crucial topic in medical imaging. It is already practiced in advanced countries such as the United States and Europe. Research and interest in dose management for patients and medical staff are continuously increasing in Korea. Against this background, the experiments in this paper demonstrate that it is possible to control the dose for low patient exposure while maintaining optimal image quality using SiPM, which is expected to make an important contribution to radiation dose control and image quality improvement in the medical imaging field.

휴대용 X-ray 디텍터는 소형화 및 경량화된 디자인으로 인해 환자의 위치에 빠르 게 접근하여 실시간 이미지를 획득함으로써 신속하게 진단을 수행할 수 있는 장점이 있지만, 이러한 이동성 때문에 선량 제어라는 과제를 안고 있다. 본 논문에서는 휴대 용 X-ray 디텍터에 내장 가능한 소형 SiPM 센서를 사용하여 최적 선량 제어를 구현 함으로써 환자의 방사선 노출을 최소화하는 방법을 제시하고 그 성능을 평가하는 것 을 목적으로 합니다. 이 연구에서는 엑스레이 영상장치의 국제 표준인 IEC 62220-1에 기반한 영상 평가 를 통해 디텍터의 DQE와 최적의 영상 품질을 가질 수 있는 선량을 파악하고, 영상의 ADU와 SiPM 센서의 출력을 매칭하여 최적의 선량으로 제어하는 방법을 제시합니다. 실험 결과, Skull AP의 영상의 경우, 제조사 기준 선량 342.8 µGy에서 최적 제어 선량 148.3 µGy로 조사되어 약 57%의 선량 감소 효과가 확인되었다. Chest AP의 영 상의 경우, 제조사 기준 81.9 µGy 대비 제어된 최적 선량 27.9 µGy로 66%의 선량 감 소가 확인되었다. 이러한 결과는 SiPM 센서를 통한 최적 선량 제어가 환자의 방사선 노출을 현저히 줄일 수 있음을 입증한다. X-선 선량 제어는 의료 영상 분야에서 매우 중요한 주제이며, 미국, 유럽 등 선진 국에서는 피폭 선량 관리가 이루어지고 있으며 국내에서도 환자 및 의료 종사자의 선 량 관리에 대한 연구와 관심이 계속 증가하고 있다. 이러한 배경을 통해 본 논문의 실험은 SiPM을 사용하여 최적의 이미지 품질 유지와 함께 환자의 저피폭을 위한 선 량 제어가 가능함을 입증하였으며, 이는 의료 영상 분야에서의 방사선량 관리와 영상 품질 향상에 중요한 기여를 할 것으로 기대된다.