Methods for Reducing Metal Artifacts in Computerized Tomography / Métodos para reducir los artefactos metálicos en la tomografía computarizada

Abstract Metal artifacts are common in clinical images. Many methods for artifact reduction have been published to overcome this problem. In this work, animage smoothing method for artifact reduction (ISMAR) is proposed for image quality improvement in patients with hip prosthesis and dental fillings, which caused metal artifacts. ISMAR was evaluated and compared with three well-known methods for metal artifact reduction (linear interpolation (LI), normalized metal artifact reduction (NMAR) and frequency split metal artifact reduction (FSMAR)). The new method is based on edge-preserving smoothing via L0 Gradient Minimization filter. Image quality was evaluated by two experienced radiologists completely blinded to the information about if the image was processed or not to suppress the artifacts. They graded image quality in a five points-scale, where zero is an index of clear artifact presence, and five, a whole artifact suppression. The new method had the best results and it was statistically significant respect to the other tested methods (p < 0.05). This new method has a better performance in artifact suppression and tissue feature preservation.

Resumen Los artefactos metálicos son comunes en las imágenes clínicas. Muchos métodos para la reducción de los artefactos han sido publicados para superar este problema. En el presente trabajo, un método de suavizado de imágenes para la reducción de artefactos (ISMAR) es propuesto para mejorar la calidad de la imagen en pacientes con prótesis de cadera y empastes dentales, los cuales causaron artefactos metálicos. ISMAR fue evaluado y comparado con otros tres métodos reconocidos por su desempeño en la reducción de los artefactos metálicos (Interpolación lineal (LI), reducción de artefactos de metal normalizados (NMAR) y reducción de artefactos de metal divididos en frecuencia (FSMAR)). El nuevo método se basa en el suavizado y conservación de bordes, utilizando para ello el filtro de minimización de gradiente L0. La calidad de la imagen fue evaluada por dos radiólogos experimentados completamente ciegos a la información sobre si la imagen fue procesada o no para suprimir los artefactos. Ellos calificaron la calidad de la imagen en una escala de cinco puntos, donde el cero indica la presencia de artefactos, y el cinco, una supresión total de los artefactos. El nuevo método tuvo los mejores resultados y fue estadísticamente significativo con respecto a los otros métodos probados (p < 0.05). Este nuevo método tiene un mejor rendimiento en la supresión de artefactos y en la conservación de las características de los tejidos.

Possible effects of clustering structure in the competition between fast emission processes and compound nucleus decay / Posibles efectos de estructura de agrupamiento en la competencia entre los procesos de emisión rápida y desintegración del núcleo compuesto

Abstract The attention to nuclear clustering has been renewed due to the study of weakly bound nuclei at the drip lines. In particular, clustering structural properties in medium-mass systems have been studied by looking at the competition between the evaporation and pre-equilibrium particle emission in central collisions. Although for light nuclei at an excitation energy close to the particle separation value there are experimental evidence of such structure effects, this is still not the case for heavier systems since the determination of pre-formed clusters within nuclear matter is less obvious. Two systems, leading to the same 81Rb* compound nucleus, have been studied at the same beam velocity 16 AMeV: 16O + 65Cu and 19F + 62Ni. The experiment has been performed using the GARFIELD + RCo detection system installed at the Legnaro National Laboratories.Light charged particles energy distributions and multiplicities have been compared with different statistical and dynamical model calculations. From the first comparison between the two systems a difference in the fast α-decay channel has been evidenced, which can be related to the difference in the projectile structure. Recent data analysis results and comparisons with model calculations are presented in this contribution.

Resumen La atención a la agrupación nuclear se ha renovado debido al estudio de núcleos débilmente unidos en las líneas de goteo. En particular, se han estudiado las propiedades estructurales del agrupamiento en sistemas de masa media al observar la competencia entre la evaporación y la emisión de partículas de preequilibrio en colisiones centrales. Aunque para núcleos ligeros a una energía de excitación cercana al valor de separación de la partícula hay evidencia experimental de tales efectos de estructura, este no es el caso para sistemas más pesados ya que la determinación de agrupamientos preformados dentro de la materia nuclear es menos obvia. Se han estudiado dos sistemas, que conducen al mismo núcleo compuesto 81Rb *, a la misma velocidad de haz 16 AMeV: 16O + 65Cu y 19F + 62Ni. El experimento se ha realizado utilizando el sistema de detección GARFIELD + RCo instalado en los Laboratorios Nacionales Legnaro. Las distribuciones de energía y las multiplicidades de partículas de carga ligera se han comparado con diferentes cálculos de modelos estadísticos y dinámicos. Desde la primera comparación entre los dos sistemas, se ha evidenciado una diferencia en el canal de desintegración α rápida, que se puede relacionar con la diferencia en la estructura del proyectil. En esta contribución se presentan los resultados del análisis de datos recientes y las comparaciones con los cálculos del modelo.

Estudio de la transferencia de calor en un octavo del conjunto combustible del reactor nuclear de alto desempeño refrigerado por agua supercrítica / Heat transfer study in one eighth of the high performance supercritical water-cooled reactor fuel assembly

El reactor nuclear de agua ligera de alto desempeño es la versión europea del reactor refrigerado por agua supercrítica, propuesto como uno de los candidatos para la Generación IV de reactores nucleares. En este trabajo se evaluó la capacidad para predecir el comportamiento de la transferencia de calor hacia el agua supercrítica en los subcanales de 1/8 del conjunto combustible del HPLWR, mediante códigos de la Dinámica de Fluidos Computacional utilizando dos modelos de turbulencia: el modelo de esfuerzos de Reynolds, desarrollado por Speziale y el modelo k-ω de transporte de esfuerzos cortantes. Se realizó un estudio de sensibilidad de malla que garantizó la independencia de los resultados numéricos respecto del tamaño y distribución de los elementos de la malla. Se calcularon las distribuciones axiales de temperatura en la envoltura y en los elementos combustibles, además de las distribuciones de temperatura del agua en la zona refrigerante y en la zona moderadora. Se compararon los resultados de los dos modelos de turbulencia y se mostró que no se obtuvo ninguna diferencia apreciable en los valores de la temperatura promedio del agua supercrítica calculada con los modelos de turbulencia utilizados. Sin embargo, los resultados numéricos utilizando el modelo de turbulencia SST mostraron mayores valores de temperatura del combustible y de temperatura superficial de la envoltura de los elementos combustibles que los calculados con el modelo SSG

The high-performance light-water nuclear reactor is the European version of the supercritical water-cooled reactor, proposed as one of the candidates for Generation IV of nuclear reactors. This paper assesses the ability to predict the heat transfer behavior to supercritical water in the sub-channels of the 1/8 HPLWR fuel assembly by codes of Computational Fluid Dynamics using two models of turbulence (the Reynolds stress model developed by Speziale and the k-ω shear stress transport model). A mesh sensitivity study was performed to guarantee the independence of the numerical results regardless the size and distribution of the mesh elements. Temperature distributions were calculated in the fuel rods, in the clad, and in water both in the cooling zone and moderator zone. The results of the two turbulence models were compared. No appreciable difference was obtained in the values of the supercritical water average temperature calculated with the turbulence models used. However, the numerical results using the SST turbulence model show higher values regarding the temperature of both fuel rods and clad surface compared to those calculated with the SSG model

Análisis comparativo de la sensibilidad del escáner rSPECT usando GAMOS: nueva interfaz de Geant4 / Comparative analysis of the scanner rSPECT sensitivity: using GAMOS a newGeant4-based framework

La obtención de imágenes moleculares de procesos celulares in vivo mediante estudios preclínicos con animales y técnica SPECT constituye una de las razones fundamentales para el diseño de nuevos dispositivos con resolución espacial mínima. Como herramienta auxiliar, la simulación vía Monte Carlo ha permitido la caracterización y optimización de dichos sistemas de imagen médica de manera efectiva. Actualmente, se cuenta con una nueva plataforma de simulación llamada GAMOS (GEANT4-based Architecture for Medicine-Oriented Simulations); herramienta, cuyo código, librerías y método de transporte de partículas corresponden a los desarrollados por GEANT4, la cual contiene aplicaciones específicas de medicina nuclear. Esta herramienta ha sido validada mediante comparación con datos experimentales para la técnica PET, no siendo así con la técnica SPECT. El presente trabajo demuestra las potencialidades de GAMOS para generar datos simulados realistas con este tipo de técnica de imagen nuclear. Para ello se realizó la simulación de una instalación novedosa, "rSPECT", dedicada al estudio con roedores que fue previamente validada experimentalmente. El estudio comprendió las geometrías de colimación y detección, así como las características fundamentales de las mediciones experimentales publicadas para la instalación rSPECT: estudios con 99mTc y una ventana energética del 20%. Los valores de sensibilidad obtenidos mediante simulación mostraron coincidencia aceptable con los valores experimentales. Se concluye que la simulación muestra buena concordancia con los datos reales lo que permite estimar el comportamiento de la nueva plataforma de simulación de GEANT4 "GAMOS" en aplicaciones SPECT y demuestra, que es factible la reproducción de sus datos experimentales.

The molecular imaging of in vivo cellular processes using preclinical animal studies and SPECT technique is one of the main reasons for the design of new devices with high spatial resolution. As an auxiliary tool, Monte Carlo simulation has allowed the effective characterization and optimization of those medical imaging systems. At present there is a new simulation framework called GAMOS (GEANT4-based Architecture for Medicine-Oriented Simulations); which code, libraries and particle transport method correspond to those developed by GEANT4 and contains specific applications for nuclear medicine. This tool has been already validated for PET technique by comparison with experimental data, while not yet been done the correct evaluation of GAMOS for SPECT systems. Present work have demonstrated the potential of GAMOS in obtaining simulated realistic data using this nuclear imaging technique. For this purpose, simulation of a novel installation "rSPECT", devote to study rodents, has been done. The study comprises the collimation and detection geometries and the fundamental characteristics of the previuos published experimental measurements for rSPECT installation. Studies have been done using 99mTc and 20% energy window. Sensitivity values obtained by simulation revealed an acceptable agreement with experimental values. Therefore we can conclude that simulation results have shown good agreement with the real data. This fact allowed us to estimate the behavior of the new GEANT4 simulation platform "GAMOS" in SPECT applications and have demonstrated the feasibility of reproducing experimental data.

Estudio de la eficiencia cuántica de un detector de microbandas de silicio mediante la modelación matemática / Study of silicon microstrips detector quantum efficiency using mathematical simulation

RESUMEN Se presentan los resultados en la aplicación de la simulación matemática para el estudio de la eficiencia cuántica de un detector de silicio cristalino del tipo microbandas, destinado a imagenología médica y al desarrollo de otras aplicaciones como la autenticación y fechado de obras de arte. Se evaluó el efecto de la geometría fuente-detector, de la energía de los rayos X y del grosor de la zona muerta del detector en la eficiencia cuántica de este dispositivo. Los resultados de la simulación se compararon con el pronóstico teórico y con los datos experimentales disponibles, verificándose una adecuada correspondencia. Se concluyó que la configuración frontal es más eficiente para energías incidentes menores a los 17 keV, y que la configuración de borde es la recomendada para aplicaciones que requieran la detección de energías superiores a este valor. También se determinó que la disminución de la zona muerta del detector conduce a un considerable aumento de la eficiencia para cualquier valor de energía en el intervalo de 5 a 100 keV.

ABSTRACT The paper shows the results from the application of mathematical simulation to study the quantum efficiency of a microstrips crystalline silicon detector, intended for medical imaging and the development of other applications such as authentication and dating of cultural heritage. The effects on the quantum efficiency of some parameters of the system, such as the detector-source geometry, X rays energy and detector dead zone thickness, were evaluated. The simulation results were compared with the theoretical prediction and experimental available data, resulting in a proper correspondence. It was concluded that the use of frontal configuration for incident energies lower than 17 keV is more efficient, however the use of the edge-on configuration for applications requiring the detection of energy above this value is recommended. It was also found that the reduction of the detector dead zone led to a considerable increase in quantum efficiency for any energy value in the interval from 5 to 100 keV.