Effect of Respiratory Motion on Lung Counting Efficiency Using a 4D NURBS-Based Cardio-Torso (NCAT) Phantom

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dc.contributor.author

Tremblay, Marilyn

Kramer, Gary H.

Capello, Kevin

Segars, Paul

dc.date.accessioned

2024-04-29T14:27:42Z

dc.date.available

2024-04-29T14:27:42Z

dc.date.issued

2014-12-01

dc.description.abstract - en

The Human Monitoring Laboratory (Canada) has looked at parameters (lung volume, lung deposition pattern, etc.) that can affect the counting efficiency of its lung counting system. The calibration of the system is performed using the Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) torso phantom; however, the effect of respiratory motion cannot be accounted for using these phantoms. When measuring an internal deposition in the lungs of a subject, respiration causes a change in the volume of the lungs and the thoracic cavity and introduces a variable distance between the lungs and the detectors. These changes may have an impact on the counting efficiency and may need to be considered during a measurement. In this study, the HML has simulated the respiration motion using a 4D non-uniform rational b-spline (NURBS)-based Cardiac-Torso (NCAT) phantom and determined the impact of that motion on the counting efficiency of their lung counting system during measurement. The respiratory motion was simulated by a 16 timeframe cycled 4D NURBS-based NCAT phantom developed at the Department of Biomedical Engineering and Radiology, University of North Carolina. The counting efficiency of the four germanium detectors comprising the HML lung counting system was obtained using MCNPX version 2.6E for photon energies between 17 and 1,000 keV. The amount of uncertainty due to the breathing motion was estimated by looking at the efficiency bias, which was highest at low photon energies as expected due to attenuation and geometry effects. Also, to reduce the influence of the detectors’ positioning, an array was calculated by adding the individual detector tallies for a given energy and timeframe. For photon energies of 40 keV and higher, the array efficiency bias showed an underestimation of about 5%. If compared to other parameters already studied by the HML, this value demonstrates the insignificant impact of the breathing motion.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

Le Laboratoire de surveillance humaine (Canada) a examiné les paramètres (volume pulmonaire, schéma de dépôt pulmonaire, etc.) qui peuvent affecter l'efficacité de son système de comptage pulmonaire. L’étalonnage du système est effectué à l’aide du fantôme de torse du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL); cependant, l'effet du mouvement respiratoire ne peut pas être expliqué à l'aide de ces fantômes. Lors de la mesure d'un dépôt interne dans les poumons d'un sujet, la respiration provoque une modification du volume des poumons et de la cavité thoracique et introduit une distance variable entre les poumons et les détecteurs. Ces changements peuvent avoir un impact sur l’efficacité du comptage et doivent peut-être être pris en compte lors d’une mesure. Dans cette étude, le HML a simulé le mouvement respiratoire à l'aide d'un fantôme 4D non uniforme rationnel b-spline (NURBS) basé sur le torse cardiaque (NCAT) et a déterminé l'impact de ce mouvement sur l'efficacité de comptage de leur système de comptage pulmonaire pendant la mesure. Le mouvement respiratoire a été simulé par un fantôme NCAT basé sur NURBS 4D à 16 cycles temporels développé au Département de génie biomédical et de radiologie de l'Université de Caroline du Nord. L'efficacité de comptage des quatre détecteurs au germanium composant le système de comptage pulmonaire HML a été obtenue à l'aide de MCNPX version 2.6E pour des énergies de photons comprises entre 17 et 1 000 keV. Le degré d'incertitude dû au mouvement respiratoire a été estimé en examinant le biais d'efficacité, qui était le plus élevé aux faibles énergies de photons, comme prévu, en raison des effets d'atténuation et de géométrie. De plus, afin de réduire l’influence du positionnement des détecteurs, un réseau a été calculé en additionnant les décomptes des détecteurs individuels pour une énergie et une période de temps données. Pour les énergies de photons de 40 keV et plus, le biais d’efficacité du réseau a montré une sous-estimation d’environ 5 %. Si on la compare à d’autres paramètres déjà étudiés par le HML, cette valeur démontre l’impact insignifiant du mouvement respiratoire.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1097/HP.0000000000000156

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2379

dc.language.iso

en

dc.publisher

Lippincott, Williams & Wilkins

dc.subject - en

Health

Health and safety

dc.subject - fr

Santé

Santé et sécurité

dc.subject.en - en

Health

Health and safety

dc.subject.fr - fr

Santé

Santé et sécurité

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Effect of Respiratory Motion on Lung Counting Efficiency Using a 4D NURBS-Based Cardio-Torso (NCAT) Phantom

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Article

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