X線CTにおけるファントム中の エネルギー変化についての検討 名古屋大学大学院医学系研究科 笹田 裕也 名古屋大学保健学科 小山 修司 背景1 多列化により、体軸方向のビーム幅が広がっている ⇒CTの管理によく用いられる体軸方向の検出長が100mm のCT用電離箱では、検出長が十分でない 体軸方向 ⇒比較的エネルギー依存の大きな、TLD・半導体検出器 などのポイント型のもので測定するべき 背景2 Filter 被写体 X線CT装置は、BeamShaping(bow-tie)Filterの 影響により、回転中心以 外でのポイントでは、X線 の線質が変化してしまう。 目的 ファントム中各点におけるエネルギースペクトルを、 EGS4のKEKによる低エネルギー拡張版であるLSCAT (Low-Energy Photon-Scattering Expansion for the EGS4 Code)を用いて分析し、エネルギー依存性の比 較的大きな検出器(半導体検出器、TLD素子:Mg2SiO4 とCaSO4)の正確な補正について検討する。 ※検討対象となる半導体検出器※1は名古屋大学 青山先生の自作のものを対象とし、TLD素子について は産業技術総合研究所におけるデータを対象とした ※1:Medical Physics July2002 Volume29,Number7 シミュレーションの設定条件1 ジオメトリ ◎円筒形(直径32cm)、JIS胸腹部用ファントム 材質は円筒形⇒水およびPMMA JISファントム⇒PMMA ◎検出器:直径1cm、厚み0.4cmの円筒形 ◎線源-回転中心間距離:60cm ◎線源 点線源を必要な照射野(ビーム幅10mm、ファ ン角38度)に制限して使用 シミュレーションの設定条件2 ◎ PCUTは1keV、ECUTは512keVとした ◎ データ収集は線源を10度ごと回転させ、その 都度サンプリングを行った ◎ FSDは線束中心において1%以下の光子数を 設定・・・109個 ◎オプションスイッチ(相互作用) IRAYL、INCOH、IPROF、IMPAC、IEDFL、IPHTE ◎計算コード EGS4(低エネルギー拡張版) LSCATを使用した 円筒ファントム形 線源-回転中心間距離は60cm 6点 表面より1cm下 表面より1cm下 32cm ・・検出器(円筒形) 直径1cm×0.4cm Z軸 中心 中心 材質にはPMMA および水とした Y軸 40cm 検出器はZ軸方向に線束の中心から1, 5, 9, 13, 17cmの点に配置 JIS胸・腹部用ファントム形 線源-回転中心間距離は60cm 表面より1cm下 表面より5cm下 X軸 Y軸 30cm 20cm 中心 6点 40cm Z軸方向 検出器はZ軸方向に線束の中心から1, 5, 9, 13, 17cmの点に配置 線源1 管球 Filter X線CT装置には体厚の補正のため に左図のような、Beam-Shaping(bowtie)Filterを装備している。これによりビ ームが透過するFilterの位置(厚み)に よってエネルギーが変化してしまう。 (→と→) 被写体 しかし、このFilterの形状は基本的に社外秘かつ、 複雑な形状である ⇒そこで、次のような方法(三つのスペクトルを作成) により、シミュレーションを行った。 線源2 Aのスペクトルは線束中心よりX軸上で±5cm Bのスペクトルは線束中心よりX軸上で +5~+10cm, -5~-10cm Cのスペクトルは線束中心よりX軸上で +10~+約20.6cm,-10~-約20.6cm※ C B A B C Y軸 10cm X軸 ※ 線源-回転中心距離60cmでファン角:38度とした 時に60×tan(38×0.5×π÷180)より与えられる数 ビーム幅は10mmに設定 0.04 スペクトルA:Emax120keV・Eeff 52.5keV スペクトルB:Emax120keV・Eeff 58.8keV スペクトルC:Emax120keV・Eeff 74.3keV 0.035 0.03 0.025 光 子 0.02 数 0.015 比 0.01 0.005 0 0 20 40 60 80 エネルギー(keV) 100 120 入射スペクトルの比較 作成したスペクトルは東芝TCT300の実測の実効エネルギーに基づき、 Birchの式※より作成した。 140 円筒形ファントムの分析結果 (エネルギー) keV) 実 効 エ ネ ル ギ ー ( 60 50 40 30 20 10 0 線束中心の実効エネルギー52.5keV PMMA(1cm) WATER(1cm) PMMA(C) WATER(C) 0cm 1cm 5cm 9cm 13cm 17cm 線束中心よりZ方向への距離 結果の取り扱い 得られた実効エネルギーより、各検出器に対 する補正値(感度)を読み取る 入射X線の実効エネルギー(52.5keV)での補 正値(N52.5)を基準として、その値と各ポイント の補正値(Np)との比較を行う (N52.5-Np)÷ (Np)×100 補正値の比較として算出される値(%) 素子(CaSO4)における 補正値の比較(%):円筒形 線 20 束 15 中 心 10 5 で の 0 補 正 -5 値 -10 と -15 の 比 -20 較 ( % ) PMMA(1cm) WATER(1cm) PMMA(C) WATER(C) 0cm 1cm 5cm 9cm 13cm 線束中心よりZ方向への距離 17cm 素子(Mg2SiO4)における 補正値の比較(%):円筒形 線 束 中 心 で の 補 正 値 と の 比 較 ( % ) 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 PMMA(1cm) WATER(1cm) PMMA(C) WATER(C) 0cm 1cm 5cm 9cm 13cm 17cm 線束中心よりZ方向への距離 半導体検出器における 補正値の比較(%):円筒形 線 束 中 心 で の 補 正 値 と の 比 較 ( % ) 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 0cm 1cm 5cm 9cm 13cm 17cm 線束中心よりZ方向への距離 PMMA(1cm) WATER(1cm) PMMA(C) WATER(C) JISファントムの分析結果 (実効エネルギーの結果) 60.0 keV) 実 効 エ ネ ル ギ ー ( 線束中心の実効エネルギー52.5keV 50.0 40.0 Y=1 Y=5 C X=1 30.0 20.0 10.0 0.0 0cm 1cm 5cm 9cm 13cm 17cm 線束中心よりZ方向への距離 素子(Mg2SiO4)における 補正値の比較(%):JISファントム 線 束 中 心 で の 補 正 値 と の 比 較 ( % ) 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 Y=1 Y=5 C X=1 0cm 1cm 5cm 9cm 13cm 17cm 線束中心よりZ方向への距離 素子(CaSO4)における 補正値の比較(%) :JISファントム 線 20 束 中 15 心 10 で 5 の 0 補 正 -5 値 と -10 の -15 比 較 -20 ( % ) Y=1 Y=5 C X=1 0cm 1cm 5cm 9cm 13cm 17cm 線束中心よりZ方向への距離 半導体検出器における 補正値の比較(%) :JISファントム 線 20 束 中 15 心 で 10 の 5 補 正 0 値 と -5 の 比 -10 較 -15 ( % -20 ) 0cm 1cm 5cm 9cm 13cm 線束中心よりZ方向への距離(cm) 17cm Y=1 Y=5 C X=1 結果のまとめ TLD素子(Mg2SiO4・CaSO4)の補正値には回 転中心部の入射X線エネルギーによる補正値 を用いることで位置によって(特にZ方向に離 れた点)は10%以上の差異が生じる可能性が ある 半導体検出器については、5%程度の差異が 生じる可能性がある 考察1 TLD素子の補正値に10%以上の差異が生じる 可能性がある →今回のエネルギー分析の結果より、人体型のファントム などZ軸方向に長さのあるものに、TLDなどを配置して 測定を行う場合、スキャン範囲から外れた点では、回転 中心での入射X線のエネルギーによる補正値を用いた 吸収線量では、過小評価となる可能性があり、素子に よっては注意が必要であると考えられる。ただし、実際 のCT検査のように、スキャン範囲を大きくとれば、多少 影響は小さくなると考えられる 考察2 半導体検出器の補正値については、円筒型 および、JIS胸腹部ファントムにおいて、軸方向 に離れた点で約5%程度の差異の生じる可能 性がある →今回のシミュレーションの結果より、軸方向に 離れた点において、線量は非常に小さくその 中で、実際の測定において生じる誤差と比べ 大きな影響を与えるものではないと考えられる 今後の検討項目 今回のように、1回転におけるエネルギー 変化だけでなく、人体型ファントムを想定し、 適切なスキャン範囲(回転数)でのシミュレ ーションをして、エネルギーを解析する必要 がある この時に、線量も含めて補正係数がどのよ うに影響するのかを検討する必要がある
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