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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