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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20083
Tipo do documento: | Tese |
Título: | Modelagem e simulação de filme radiográfico através de programação paralela e distribuída orientada a objetos |
Título(s) alternativo(s): | Modeling and simulation of radiographic film through object-oriented parallel and distributed programming |
Autor: | Oliveira, Daniel Silva de ![]() |
Primeiro orientador: | Leitão, Catarine Canellas Gondim |
Primeiro coorientador: | Oliveira, Luís Fernando de |
Primeiro membro da banca: | Gonçalves, Elicardo Alves de Souza |
Segundo membro da banca: | Silva, Ademir Xavier da |
Terceiro membro da banca: | Silva, Andréa Mantuano Coelho da |
Quarto membro da banca: | Junot, Danilo Oliveira |
Quinto membro da banca: | Begalli, Marcia |
Resumo: | Os filmes radiográficos analógicos ainda têm relevância em diversas aplicações, tanto na área médica quanto industrial. O comportamento de um filme radiográfico e suas características quando exposto a raios X podem ser estudados através da análise da curva sensitométrica. Nesse sentido, o uso de simulações computacionais torna-se uma ferramenta valiosa para economizar tempo e recursos na análise do desempenho do filme em diferentes configurações. Apesar das vantagens, simulações que envolvem a ocorrência de uma grande quantidade de eventos aleatórios requerem técnicas como a de Monte Carlo que, embora de seja robusta, pode ser bastante lenta, necessitando em muitos casos de paralelização, como é no caso da simulação de um processo de sensibilização em um filme radiográfico discreto. Neste trabalho, é apresentada uma ferramenta computacional capaz de simular filmes radiográficos analógicos. Mais especificamente, simula-se a camada de emulsão contendo os cristais de haleto de prata, que são representados por bits nos pixels de um filme discretizado. O simulador fornece um mapa contendo a quantidade de grãos sensibilizados por pixel. Foram obtidas curvas sensitométricas com os dados fornecidos pelo simulador e comparadas com as curvas teóricas, objetivando a validação do modelo proposto. Para a construção desta ferramenta, utilizou-se a linguagem de programação Charm++ em um cluster composto por seis computadores de alto desempenho. As curvas sensitométricas são geradas a partir das sequências das imagens radiográficas simuladas para diferentes características de energia e fluência e confrontadas com as curvas teóricas correspondentes. As deduções para as modelagens formal e lógica do filme radiográfico nos feixes mono e policromáticos são apresentadas, levando-se em consideração um sistema no vácuo. Também são indicadas as alterações pertinentes nas equações utilizadas para se levar em consideração a atenuação devido à presença de ar seco e do escalímetro de lucite. As curvas características levantadas permitem averiguar que os resultados simulados coincidem com os teóricos, validando, assim, a modelagem de um filme radiográfico. Dentro dos limites da modelagem apresentada, considera-se que a ferramenta é adequada para a caracterização de filmes radiográficos, bem como para o treinamento de profissionais e previsão de comportamento de sistemas relacionados. Além disso, espera-se que essa modelagem possa abrir novas possibilidades de aplicação em simulação. |
Abstract: | Analog X-ray films still have relevance in various applications, both in the medical and industrial fields. The behavior of an X-ray film and its characteristics when exposed to X-rays can be studied through the analysis of the sensitometric curve. In this regard, the use of computer simulations becomes a valuable tool for saving time and resources in analyzing the film’s performance under different settings. Despite the advantages, simulations involving a large number of random events require techniques such as Monte Carlo, which, although robust, can be quite slow, often requiring parallelization, as is the case with simulating the sensitization process in a discrete X-ray film. This work presents a computational tool capable of simulating analog X-ray films. More specifically, it simulates the emulsion layer containing silver halide crystals, which are represented by bits in the pixels of a discretized film. The simulator provides a map containing the number of sensitized grains per pixel. Sensitometric curves were obtained using the data provided by the simulator and compared with theoretical curves to validate the proposed model. For the construction of this tool, the Charm++ programming language was used on a cluster consisting of six high-performance computers. The sensitometric curves are generated from sequences of simulated X-ray images with different energy and fluence characteristics, and compared with corresponding theoretical curves. Deductions for the formal and logical modeling of X-ray films in monochromatic and polychromatic beams are presented, taking into account a vacuum system. Relevant alterations to the equations used to consider attenuation due to the presence of dry air and the lucite step wedge are also indicated. The generated characteristic curves allow verifying that the simulated results coincide with the theoretical ones, thus validating the modeling of an X-ray film. Within the limits of the presented modeling, it is considered that the tool is suitable for characterizing X-ray films, as well as for professional training and predicting the behavior of related systems. Furthermore, it is expected that this modeling can open up new possibilities for simulation applications. |
Palavras-chave: | Radiografia - Filmes – Modelos matemáticos Programação paralela (Computação) Programação orientada a objetos (Computação) Filme radiográfico Programação paralela e distribuída Programação orientada a objeto Radiography - Films - Mathematical models Parallel programming (Computer science) Object-oriented programming (Computer science) Radiographic film Parallel and distributed programming Object oriented programming |
Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Física Armando Dias Tavares |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Física |
Citação: | OLIVEIRA, Daniel Silva de. Modelagem e simulação de filme radiográfico através de programação paralela e distribuída orientada a objetos. 2023. 182 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2023. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20083 |
Data de defesa: | 28-Abr-2023 |
Aparece nas coleções: | Doutorado em Física |
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