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

⇒ 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

体軸方向

背景２

X 線 CT 装置は、 Beam-Shaping(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。

被写体

Filter

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１ keV 、 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

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

32cm

40cm

　・・検出器（円筒形）直径 1cm×0.4cm

中心

表面より 1cm下

6 点

表面より 1cm下

中心

線源 - 回転中心間距離は 60cm

Y軸

Z軸

材質には PMMAおよび水とした

JIS 胸・腹部用ファントム形

40cm

20cm

線源 - 回転中心間距離は 60cm

6 点中心

表面より 1cm下表面より 5cm下

Y軸

X軸

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

30cmZ軸方向

線源１

被写体

　 X 線 CT 装置には体厚の補正のために左図のような、 Beam-Shaping(bow-tie)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→）

管球Filter

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

B のスペクトルは線束中心より X 軸上で　　　　　　 +5～+10cm, -5～ -10cm

A のスペクトルは線束中心より X 軸上で ±5cm

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※

※ 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

X 軸ABC B C

Y軸

A

10cm

ビーム幅は 10mm に設定

入射スペクトルの比較

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0 20 40 60 80 100 120 140

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。

スペクトル A ： Emax120keV ・ Eeff 52.5ｋ eVスペクトル B ： Emax120keV ・ Eeff 58.8ｋ eVスペクトル C ： Emax120keV ・ Eeff 74.3ｋ eV

エネルギー（ keV ）

光子数比

円筒形ファントムの分析結果（エネルギー）

010

2030

4050

60

0cm 1cm 5cm 9cm 13cm 17cm

PMMA(1cm)WATER(1cm)PMMA(C)WATER(C)

実効エネルギー

（keV)

線束中心より Z方向への距離　　　　　　　

線束中心の実効エネルギー 52.5keV

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（％）

- 20-15-10-505101520

0cm 1cm 5cm 9cm 13cm 17cm

PMMA(1cm)WATER(1cm)PMMA(C)WATER(C)

素子（ CaSO4 ）における補正値の比較（％）：円筒形

線束中心より Z方向への距離

線束中心での補正値との比較

（

％）

-20-15-10-505101520

0cm 1cm 5cm 9cm 13cm 17cm

PMMA(1cm)

WATER(1cm)

PMMA(C)

WATER(C)

素子（ Mg2SiO4 ）における補正値の比較（％）：円筒形

線束中心より Z方向への距離　　　　

線束中心での補正値との比較

（

％）

- 20- 15- 10- 505101520

0cm 1cm 5cm 9cm 13cm 17cm

PMMA(1cm)WATER(1cm)PMMA(C)WATER(C)

半導体検出器における補正値の比較（％）：円筒形

線束中心より Z方向への距離

線束中心での補正値との比較

（

％）

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

０ｃｍ １ｃｍ ５ｃｍ ９ｃｍ 13cm 17cm

Y=1Y=5CX=1

線束中心より Z方向への距離

JIS ファントムの分析結果（実効エネルギーの結果）

実効エネルギー

（keV)

線束中心の実効エネルギー 52.5keV

素子（ Mg2SiO4 ）における補正値の比較（％）： JIS ファ

ントム

-20-15-10-505101520

０ｃｍ １ｃｍ ５ｃｍ ９ｃｍ 13cm 17cm

Y=1Y=5CX=1

線束中心より Z方向への距離

線束中心での補正値との比較

（

％）

素子（ CaSO4 ）における補正値の比較（％） ： JIS ファ

ントム

- 20- 15- 10- 505101520

０ｃｍ １ｃｍ ５ｃｍ ９ｃｍ 13cm 17cm

Y=1Y=5CX=1

線束中心での補正値との比較

（

％） 線束中心より Z方向への距離

- 20- 15- 10- 505101520

0cm 1cm 5cm 9cm 13cm 17cm

Y=1Y=5CX=1

半導体検出器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

（

％） 線束中心より Z方向への距離（ｃｍ）

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