Hilbert Book Model Project/Perceptibility and Recognition at Low Dose Rate/nl

<Hilbert Book Model Project/nl

= Waarneembaarheid en herkenning bij lage stralingsdosis =

Optisch kanaal
Wat de visuele waarneming, de menselijke optic tract lijkt op het visuele kanaal van vertebraten.

De evolutie moet de functionaliteit van de visuele-darmkanaal van de gewervelde dieren voor een efficiënte werking onder omstandigheden met weinig licht niveau geoptimaliseerd.

Hubel and Weisel ontdekte dit. Ze kregen een Noble prijs voor hun werk. Het duo analyseerde het optische kanaal van vele soorten gewervelde dieren, inclusief de mens.

De gevoeligheid van het menselijk oog beslaat een enorm bereik. De visuele tract implementeert verscheidene speciale maatregelen die helpen om dat bereik uit te breiden.

Bij hoge dosis waarden werkt de pupil van het oog als een diafragma dat de lens gedeeltelijk sluit. Op deze wijze verhoogt de scherpte van het beeld op het netvlies. Op zulke hoge doses, voeren de kegeltjes de detectie job uit. De kegeltjes zijn gevoelig voor kleuren en bieden een snelle responsie. Zonder extra hulp nemen de staafjes bij lage dosis de detectie taak over. De staafjes maken geen onderscheid tussen kleuren. In tegenstelling tot de kegels, de staven van toepassing een aanzienlijke integratie tijd. Deze integratie vermindert de effecten van quantum ruis die merkbaar bij de lage dosis tarieven wordt.

De reeks optimalisaties stopt niet bij de retina. In het traject van de retina naar de vierde cortex van de hersenen, decoderen een aantal speciale beslissingscentra de ontvangen afbeelding door maskers toe te passen die bijzondere aspecten van het beeld uitfilteren. Bijvoorbeeld kan een speciaal masker bepalen of het lokale gedeelte van het beeld een rand is, in welke richting deze rand georiënteerd is en in welke richting de rand beweegt. Andere maskers kunnen ronde vlekken onderscheiden. Via dergelijke maskers, wordt het beeld gecodeerd voordat de informatie de vierde cortex bereikt.

Ergens in het traject, kruist de informatie uit het rechter oog de informatie die het linker oog aflevert. Het verschil wordt gebruikt om driedimensionale visie te construeren.

Kwantumruis kan gemakkelijk het delicate coderingsproces verstoren. Dat is de reden waarom de beslissingscentra hun informatie niet doorgeven wanneer de signaal-ruisverhouding lager is dan een bepaalde grenswaarde. De lichamelijke en geestelijke conditie van de waarnemer is op dat niveau van invloed. Bij lage doseringshoeveelheden voorkomt deze signaalruisverhoudingsbarrière psychotische weergave. De hogere niveaus van de hersenen ontvangen dus geen kopie van de afbeelding die het netvlies detecteerde. In plaats daarvan, ontvangt dat deel van de hersenen een set van zeer betrouwbare gecodeerde beeldgegevens die het samen met reeds opgeslagen kennis in een associatieve manier zal ontcijferen. Uiteraard zullen andere hersendelen voor een deel op een soortgelijke ruisblokkerende wijze handelen.

De evolutie van de gewervelde dieren moet dit delicate visuele data processing subsysteem ontwikkeld hebben in een periode waarin deze gewervelde dieren in duistere omstandigheden leefden, waarin de visuele waarneming van een met een lage stralingsdosis gevormde beelden van vitaal belang was.

Deze uitleg geeft aan dat de signaalruisverhouding in het beeld dat arriveert bij de pupil van het oog een significante invloed heeft op de waarneembaarheid van het beeld bij de lage stralingsdosis. Bij hoge stralingsdoses, speelt de signaal-ruisverhouding nauwelijks een rol. In die omstandigheden is de rol van de ruimtelijke vervaging veel belangrijker.

Het is gemakkelijk om de signaal-ruisverhouding in het visuele kanaal met behulp van een DC meter en een RMS meter te meten. Echter, bij zeer lage stralingsdosis, kan de noodzakelijke demping van beide meters voor problemen bij de aflezing zorgen.

Wat snel duidelijk wordt is de relatie tussen de signaal-ruisverhouding en het aantal van de quanta die aan het signaal deelnemen. De gemeten verhouding is typisch voor stochastische kwantumgenererende processen die geclassificeerd worden als Poisson processen.

Het is ook gemakkelijk te begrijpen dat wanneer het signaal zich uitstrekt over een ruimtelijk gebied, het aantal quanta dat per oppervlakte-eenheid deelneemt afneemt. Dus ruimtelijke onscherpte heeft twee invloeden. Het verlaagt lokaal het signaal, en anderzijds, verhoogt de spreiding het integratieoppervlak. Het verlagen van het signaal vermindert het aantal quanta. Het vergroten van de integratieoppervlak zal het aantal gedetecteerde quanta verhogen. Aldus zullen deze beide effecten elkaar gedeeltelijk compenseren. Een optimale waarneembaarheidstoestand bestaat die de signaal-ruisverhouding in het visuele traject maximaliseert.

Optical Transfer Function
De puntspreidingsfunctie beschrijft de onscherpte. Deze functie stelt een ruimtelijk variërende binomiaal proces voor dat de efficiëntie van het oorspronkelijke Poisson proces verzwakt. Het resultaat is een nieuw Poisson proces dat een ruimtelijk variërende efficiëntie bezit.

Verschillende componenten in de beeldvormingsketen kunnen zodanig aan de puntspreidingsfunctie bijdragen dat de effectieve puntspreidingsfunctie is gelijk aan de convolutie van de puntspreidingsfuncties van de componenten. Mathematisch kan worden aangetoond dat voor lineaire beeldprocessors de Optical Transfer Functions een eenvoudigere karakteristiek vormen dan de puntspreidingsfuncties omdat de Fourier-transformatie, de convoluties van de puntspreidingsfuncties omzet in n eenvoudige vermenigvuldigingen van de betreffende Optical Transfer Functions.

Verschillende factoren beïnvloeden de Optical Transfer Function. Voorbeelden zijn de kleurverdeling, de hoekverdeling en de fase-homogeniteit van de invallende straling. Ook veiling glare kan de beeldkwaliteit verminderen.

Beeldversterking
Menselijk nachtzicht en de waarneembaarheid onder andere lage doseringscondities kunnen verbeterd worden door het toepassen van beeldversterkende apparaten.

Detective Quantum Efficiency
Dat de signaalruisverhouding een beslissende factor bij de waarneming blijkt te hebben, heeft geleid tot een tweede manier voor het karakteriseren van de betrokken invloeden. De detective quantum efficiency (DQE) karakteriseert de efficiëntie van het gebruik van de beschikbare quanta. Het vergelijkt de feitelijke situatie met de hypothetische situatie waarin alle gegenereerde quanta in het informatiekanaal benut worden. Nogmaals, de gemeten signaal-ruisverhouding wordt vergeleken met de ideale situatie waarin de stochastische generator een Poisson proces is en geen extra binomiale processen die primaire Poisson proces dempen een kans krijgen. Echter het binomiaal proces dat de puntspreidingsfunctie vertegenwoordigt maakt nog steeds deel uit van het totaal Poissonproces dat de binnenvallende verdeling van de kwanten beschrijft. Dit betekent dat vervaging en temporele integratie geen rol mag spelen bij de bepaling van de DQE. Het geanalyseerde apparaat wordt vergeleken met kwantumdetectoren die alle beschikbare quanta invangen. Het betekent ook dat de extra relatieve variantie die de kwantenversterking met zich meebrengt geacht wordt niet bij te dragen aan het onderzochte signaal. De toepassing van microkanaalplaten voegt zeker extra relatieve variatie toe. Dit effect wordt geacht als een verslechtering van de detectie-efficiëntie en niet als een wijziging van het stochastisch proces een Poisson proces in een een meer exponentieel proces. Wiskundig is dit een vreemde procedure, maar het is een geldige benadering wanneer de metingen worden gebruikt om de waarneembaarheid objectief te beoordelen.

Mechanismen
Dat de Optical Transfer Function in combinatie met de detective quantum efficiency een objectieve kwalificatie van de waarneembaarheid bij lage doseringshoeveelheden kan verschaffen, geeft aan dat een Poisson proces gekoppeld met een binomiale proces, het genereren van de quanta regelt. Een ruimtelijke puntspreidingsfunctie implementeert daarbij het binomiale proces.

De mechanismen die dynamische samenhang garanderen blijken stochastische processen te zijn waarvan de signaal-ruisverhouding evenredig is met de vierkantswortel van het aantal gegenereerde quantaF.

Heel waarschijnlijk behoort het quantum generatie proces tot de categorie van de inhomogene ruimtelijke Poisson puntprocessen.

Beeldvorming met deeltjes
De mechanismen die de hoplandinsplaatsen genereren passen stochastische processen toe, die een karakteristieke functie bezitten. Dit zorgt ervoor dat het mechanisme een samenhangende zwerm van hoplandingslocaties die als één object beweegt.

De zwerm van hoplandingslocaties die de elementaire deeltjes vertegenwoordigt is al een soort puntspreidingsfunctie. De Fourier transformatie van deze puntspreidingsfunctie vertegenwoordigt een karakteristieke functie. Andere beeldvormende componenten worden ook gekenmerkt door ruimtelijke puntspreidingsfuncties die ook weer binomiale processen implementeren. De Fourier transformaties van deze puntspreidingsfuncties vertegenwoordigen kenmerkende functies die we hierboven optische overdrachtsfuncties genoemd hebben. Vermenigvuldiging van de karakteristieke functie ende de kenmerkende functies resulteert in een functie die de kwaliteit van de optische beeldvorming process kenmerkt.

De karakteristieke functie van het stochastisch proces dat de generatie van de locaties van hogere modules bestuurt zorgt er ook voor dat de hele module als één object beweegt. Op deze wijze speelt dit stochastisch proces een essentiële rol bij de binding en de inwendige beweging van de elementaire modules.