Η διπλωματική αυτή εργασία ξεκινά με μια σύντομη αναφορά, στο κεφάλαιο 1, στις εξελίξεις που αφορούν τους διάφορους τρόπους ανίχνευσης της ακτινοβολίας, μετά από την αλληλεπίδρασή τους με το σώμα, και στην τεχνολογία απόκτησης ακτινοδιαγνωστικών εικόνων μέχρι την εισαγωγή της ψηφιακής απεικόνισης. Αναφέρεται, επίσης, η μετάβαση από το σύστημα φθορίζουσας οθόνης-φιλμ στο σύστημα του ενισχυτή εικόνας-tv monitor, στο σύστημα CCDs-tv camera και από εκεί στα συστήματα των επίπεδων ανιχνευτών. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα της ψηφιακής απεικόνισης και πώς αυτά οδήγησαν στα σύγχρονα ψηφιακά συστήματα ακτινοδιαγνωστικής. Μετά την περιγραφή των συστημάτων αυτών, ακολουθεί η κατηγοριοποίησή τους ανάλογα με την τεχνολογία ανίχνευσης και πιο συγκεκριμένα ανάλογα με το σχήμα του ανιχνευτή, τον τύπο του συστήματος ανίχνευσης και τον τρόπο ανίχνευσης. Το κεφάλαιο 2 αφορά κυρίως τους επίπεδους ανιχνευτές. Αφού παρουσιάζεται η διαδικασία ανάγνωσης σε πίνακα ενεργού μήτρας, αναλύονται οι αρχές άμεσης και έμμεσης ανίχνευσης και οι παράμετροι που χαρακτηρίζουν την απόδοση ενός επίπεδου ανιχνευτή. Ολοκληρώνοτας το κεφάλαιο αυτό, γίνεται σύγκριση μεταξύ των δύο προαναφερθέντων επίπεδων ανιχνευτών, σύγκριση μεταξύ των ανιχνευτών έμμεσης ανίχνευσης, που χρησιμοποιούνται σε κλινικές εφαρμογές, και του ενισχυτή εικόνας, που τείνει να αντικατασταθεί σχεδόν σε όλα τα σύγχρονα μηχανήματα, και, τέλος, αναφορά σε διάφορες εξελίξεις πάνω στην τεχνολογία των επίπεδων ανιχνευτών. Τα συστήματα των επίπεδων ανιχνευτών εφαρμόζονται ήδη σε μια μεγάλη γκάμα ακτινοδιαγνωστικών συστημάτων, στα οποία πραγματοποιούνται εξετάσεις, όχι μόνο διάγνωσης, αλλά και θεραπείας. Εξετάσεις όπως η αγγειογραφία, η ψηφιακή αφαιρετική αγγειογραφία (DSA), στεφανιογραφία και αγγειοπλαστική περιγράφονται στο κεφάλαιο 3. Εκτός, όμως, από τα οφέλη που προκύπτουν από τις παραπάνω διαδικασίες, είναι πιθανό να προκληθούν και βλαβερές συνέπειες από την έκθεση του ασθενούς στις ακτίνες Χ. Αφού περιγραφούν τα ντετερμινιστικά και στοχαστικά αποτελέσματα των ακτινοβολιών στον άνθρωπο, αναφέρονται κάποιες δοσιμετρικές έννοιες και κάποιες συναρτησιακές σχέσεις μεταξύ τους, που σχετίζονται με τα παραπάνω αποτελέσματα και την πρόληψή τους. Η παρούσα εργασία, συνεχίζεται με το ειδικό μέρος, στο οποίο γίνεται, αρχικά, στο κεφάλαιο 4, μία σύντομη περιγραφή του ψηφιακού συστήματος στεφανιογραφίας και μία εισαγωγή σε δοσιμετρικές και γεωμετρικές έννοιες που θα χρησιμοποιηθούν στο επόμενο κεφάλαιο. Το κεφάλαιο 5 αναφέρεται, εξ’ ολοκλήρου, στο σύστημα του ψηφιακού στεφανιογράφου. Μετά την αναφορά στην παλμική ακτινοσκόπηση, τα modes απεικόνισης fluoroscopy και cine, ακολουθεί περιγραφή της τοποθέτησης των δοσιμέτρων, της γεωμετρίας και των προγραμμάτων του συστήματος, που χρησιμοποιήθηκαν για την καταγραφή του ρυθμού δόσης στην είσοδο του ασθενούς. Παρουσιάζονται τ’ αποτελέσματα και οι γραφικές παραστάσεις αυτών, καθώς και τα σχόλια που σχετίζονται με τη δοσιμετρία. Με την ολοκλήρωση των σχολίων συτών, γίνεται μετάβαση στην ποιότητα εικόνας (διακριτική ικανότητα υψηλής και χαμηλής αντίθεσης) και τη συσχέτισή της με τη δοσιμετρία. Η διπλωματική εργασία ολοκληρώνεται, κεφάλαιο 6, με διάφορους μελλοντικούς στόχους που προέκυψαν κατά τη διάρκεια της εκπόνησής της. / -

Τα παραγόμενα πρωτογενή ηλεκτρόνια εντός του φωτοαγώγιμου υλικού ενός μαστογραφικού ανιχνευτή ενεργού μήτρας άμεσης μετατροπής κατά την ακτινοβόληση, αποτελούν το πρωτογενές σήμα το οποίο προχωρώντας σχηματίζει το τελικό σήμα (εικόνα). Έτσι, η ποιότητα της μαστογραφικής εικόνας εξαρτάται άμεσα από τα χαρακτηριστικά των πρωτογενών ηλεκτρονίων. Ερευνώνται οι διαδικασίες σχηματισμού του πρωτογενούς σήματος και τα χαρακτηριστικά των πρωτογενών ηλεκτρονίων σε κατάλληλα φωτοαγώγιμα υλικά, όπως τα a-Se, a-As2Se3, GaSe, GaAs, Ge, CdTe, CdZnTe, Cd0.8Zn0.2Te, ZnTe, PbO, TlBr, PbI2 και HgI2, με την ανάπτυξη μοντέλου προσομοίωσης με τεχνικές Monte Carlo της παραγωγής των πρωτογενών ηλεκτρονίων για διάφορα φάσματα ακτίνων Χ στο μαστογραφικό εύρος ενεργειών. Το μοντέλο προσομοιώνει την αλληλεπίδραση φωτονίων-ύλης και την ατομική αποδιέγερση. Επιπρόσθετα, ειδικότερα για το a-Se, πραγματοποιείται μία προκαταρτική μελέτη της συσχέτισης των χαρακτηριστικών αρχικού και τελικού σήματος, με επίλυση των εξισώσεων του Νεύτωνα για την ολίσθηση των πρωτογενών ηλεκτρονίων στο κενό υπό την επίδραση ενός απλού ηλεκτρικού πεδίου. Για το ίδιο υλικό, αναπτύσσεται αφενός μεν αλγόριθμος υπολογισμού της κατανομής του ηλεκτρικού δυναμικού εντός του ανιχνευτή με χρήση υπάρχουσας αναλυτικής λύσης αφετέρου δε ένα πρωταρχικό μοντέλο Monte Carlo για τις ηλεκτρονιακές αλληλεπιδράσεις. Τα σημαντικότερα ευρήματα είναι: (i) το ποσοστό των πρωτογενών ηλεκτρονίων που εκπέμπονται εμπρόσθια είναι περίπου 60 % με την πιθανότερη πολική γωνία εκπομπής μεταξύ 50ο και 70ο, (ii) τα ηλεκτρόνια εκπέμπονται σε δύο λοβούς γύρω από τις αζιμουθιακές γωνίες φ=0 και π, (iii) περίπου το 80 % των πρωτογενών ηλεκτρονίων παράγεται στο σημείο πρόσπτωσης των ακτίνων Χ ενώ η πλειονότητά τους παράγεται εντός των πρώτων 300 μm από την επιφάνεια του ανιχνευτή, (iv) οι χωρικές κατανομές των ηλεκτρονίων στα a-Se, a-As2Se3, GaSe, GaAs, Ge, PbO και TlBr είναι σχεδόν ανεξάρτητες του μαστογραφικού φάσματος ενώ στα υπόλοιπα υλικά παρουσιάζουν φασματική εξάρτηση, (v) για το πρακτικό μαστογραφικό εύρος (15-40 keV) και στο πρωταρχικό στάδιο της δημιουργίας του σήματος τα a-Se, a-As2Se3 και Ge έχουν την ελάχιστη αζιμουθιακή ομοιομορφία κατά την εκπομπή των ηλεκτρονίων ενώ τα CdZnTe, Cd0.8Zn0.2Te και CdTe τη μέγιστη, το a-Se παρουσιάζει την καλύτερη ενδογενή χωρική διακριτική ικανότητα αλλά το μικρότερο παραγόμενο αριθμό ηλεκτρονίων, το PbO παρουσιάζει το ελάχιστο χώρο παραγωγής πρωτογενών ηλεκτρονίων (ακτίνας R=200 μm, βάθους Dmax=320 μm), ενώ το CdTe το μέγιστο (R=500 μm, Dmax=660 μm), (vi) τέλος, υπάρχουν σημαντικές ενδείξεις ότι τα PbI2 και HgI2 αποτελούν τις καλύτερες επιλογές φωτοαγώγιμου υλικού. / The x-ray induced primary electrons inside the photoconductor of direct conversion digital flat panel mammographic detectors, comprise the primary signal which propagates in the material and forms the final signal (image). Consequently, the quality of the mammographic image strongly depends on the characteristics of primary electrons. An investigation is made concerning the primary signal formation and the characteristics of primary electrons inside a-Se, a-As2Se3, GaSe, GaAs, Ge, CdTe, CdZnTe, Cd0.8Zn0.2Te, ZnTe, PbO, TlBr, PbI2 and HgI2, which are suitable photoconductors for direct detectors. A Monte Carlo model has been developed that simulates the primary electron production inside the materials mentioned for various x-ray spectra in the mammographic energy range. The model simulates the photon interactions and the atomic deexcitations. Furthermore, particularly for a-Se, a preliminary study is made concerning the correlation between the characteristics of primary and final signal, solving Newton’s equations of electron drifting in vacuum under the influence of a simple electric field. For the same material, an algorithm that calculates the electric potential distribution inside the detector from an existing analytical solution has been developed as well as a primitive Monte Carlo model for electron interactions. The most important findings are: (i) the percentage of primary electrons being forwards ejected is approximately 60 % with the most probable polar angles ranging from 50o to 70o, (ii) the electrons prefer to be emitted at two lobes around azimuthal angles φ=0 and π, (iii) approximately 80% of primary electrons are produced at the point of x-ray incidence whereas their majority is produced within the first 300 μm from detector’s surface, (iv) the electron spatial distributions for a-Se, a-As2Se3, GaSe, GaAs, Ge, PbO and TlBr are almost spectral independent while for the rest of materials there is a spectral dependence, (v) at the practical mammographic energies (15-40 keV) and at the primitive stage of signal formation a-Se, a-As2Se3 and Ge have the minimum azimuthal uniformity in electron emission whereas CdZnTe, Cd0.8Zn0.2Te and CdTe the maximum one, a-Se has the best inherent spatial resolution but the minimum number of primary electrons, PbO has the minimum bulk space in which electrons can be produced (radius R=200 μm, depth Dmax=320 μm) whereas CdTe has the maximum one (R=500 μm, Dmax=660 μm), (vi) finally, there is strong evidence indicating that PbI2 and HgI2 could be the best choices for this kind of applications.