Methods for characterization of X ray imaging systems performance using modulation transfer function in industrial applications : focal spot, magnification and physical filtering analysis

Modulation Transfer Function, or MTF, is an image quality indicator, that provides the contrast degradation due to the imaging system, including objects, detector and electronics. In this thesis, MTF measures performed with the IQI EN 462-5 are exploited to analyze the system itself, and then the features of the industrial applications of physical fi lters. First, the system, the Cabinet XE-L HE by Gilardoni S.P.A., was calibrated, correcting bad pixels, dark current and gain, along with the implementation of a program in Matlab for the computation of the Lag. After that, the effects of the parameters of the system on the MTF are analyzed, and so it is done for the "Ratio method" presented below, looking also for stationary points, so that they can provide more stabily to the MTF with respect to parameters fluctuations not expected. Then, two methods are presented, used to characterize the focal spot dimension, the fi rst one, called here "Ratio method" is fast and quite simple, the second one, called here "Optimal magni cation method", requires a little more time in order to identify the magni cation providing the maximum MTF value as a function of the focal spot, but it provides precise measures of focal spot dimension and useful insights on the behavior of MTF at different distance from the source. The examples reported in the thesis show that the nominal value is enclosed within 1 coverage factor for the 1 mm focal spot, and within a coverage factor of 2 for the 0.4 mm focal spot. Then, this method is used also to measure the effect of fi ltration at source on the equivalent focal spot dimension. Then, it is performed the analysis of the effects of ltration according to MTF. To compare different MTFs, it was used a particular value of spatial frequency, namely the ones reducing the MTF to 10% or 5%, depending on the application discussed. It is demonstrated their equivalency in terms of parameters of the system. Then, applications of lters to radioscopy and extendable to tomography were analyzed, studying brass lters with water, aluminum and iron objects.

Modulation Transfer Function, o MTF, e un indicatore di qualità immagine, il quale fornisce la degradazione del contrasto dovuto al sistema di imaging, compresi oggetti, detector e l'elettronica. In questa tesi, le misure di MTF, effettuate con l'IQI EN 462-5 sono state utilizzate per analizzare il sistema stesso e successivamente le caratteristiche per applicazioni industriali dei filtri fisici. Inizialmente, il sistema, cioè la Cabina XE-L HE di Gilardoni S.P.A, è stata calibrata, correggendo i bad pixels, corrente di buio e gain, insieme con l'implementazione di un programma in Matlab per il calcolo del Lag. Dopo questo, l'e etto dei parametri sull'MTF è stato analizzato, e lo stesso è stato fatto per il "metodo del rapporto" presentato oltre, con lo scopo di cercare punti stazionari, cosicché essi potessero fornire maggiore stabilità all'MTF rispetto a fluttuazioni non previste dei parametri. Successivamente, vengono presentati due metodi, usati per caratterizzare la dimensione della macchia focale, il primo chiamato "metodo del rapporto" è rapido e abbastanza semplice, il secondo, chiamato qui "metodo della magni ficazione ottima", richiede maggior tempo per indenti care l'ingrandimento che fornisce il massimo MTF in funzione della macchia focale, ma fornisce misure precise di dimensione di macchia focale e utili informazioni sul comportamento dell'MTF a differenti distanze dalla sorgente. Gli esempi riportanti nella tesi mostrano che il valore nominale della macchia focale da 1 mm viene compreso con un fattore di copertura pari a 1, mentre per quella da 0.4 mm con un fattore 2. Poi, questo metodo e stato anche utilizzato per misurare l'effetto sulla macchia focale equivalente dell'applicazione di un fi ltro alla sorgente. Successivamente è stata effettuata l'analisi degli effetti delle filtrazioni in riferimento all'MTF. Per confrontare diversi MTF, e stato impiegato un particolare valore di frequenza spaziale, quello che riduce l'MTF al 10% o al 5%, a seconda dell'applicazione che è in analisi. In ne, applicazioni radioscopiche, estendibili anche a tomografi a, dei ltri sono state valutate, studiando fi ltri d'ottone con oggetti di acqua, alluminio e ferro.