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F lat Panel Detector の エネルギー感度特性 ー直接変換方式と間接変換方式の比較ー

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F lat Panel Detector の エネルギー感度特性 ー直接変換方式と間接変換方式の比較ー. 越田吉郎、高田光雄、鈴木陽、能登公也 金沢大学大学院医学系研究科 保健学専攻. 背景.   近年,放射線医学の発展に伴い,長年使われていたアナログ方式をディジタル化とする移行が進み、フィルムレス化への傾向が強い.

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Presentation Transcript
f panel detector

Flat Panel Detectorのエネルギー感度特性ー直接変換方式と間接変換方式の比較ー

越田吉郎、高田光雄、鈴木陽、能登公也

金沢大学大学院医学系研究科保健学専攻

slide2
背景

  近年,放射線医学の発展に伴い,長年使われていたアナログ方式をディジタル化とする移行が進み、フィルムレス化への傾向が強い.

  しかし、こうした状況の中でディジタル機器のComputed RadiographyやFlat Panel Detector(FPD)研究はまだ不十分であり,一般撮影の撮影条件は,以前のアナログ式の条件を用いていることが多いのが現状であり,ディジタル化に対応した条件を確立できれば有効性が向上する。

slide4
目的

  モンテカルロシミュレーション法を用い、FPDの直接変換法と間接変換法におけるエネルギー特性を検討し、エネルギーと検出器の吸収線量の関係を調べることによって、撮影条件の有効化を図ることを目的とした。

slide5
使用機器

FPD装置:

  島津製作所製                                                       

    (RADIOTEXsafire)直接変換方式

  SIEMENS社製

    (AXIOM AristosMX/NX)間接変換方式

X線照射装置:

  島津製作所製  UD 150L-RⅡ

グリット:

SIEMENS社製 80本、15/1、Paper

Smit röntogen社製 60本、13/1、Carbon Fiber

  三田屋製作所製  40本、12/1、Al

              60本、14/1、Al

線量計:

  東洋メディック株式会社製 RAMTEC-1000D  

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対象とした光子エネルギー

単一エネルギーのX線

10 keV~150 keV (10 keV間隔)

連続エネルギー(一次X線)

50 kV~130 kV(10 kV間隔)

IEC61267で公表されたAl 付加後の連続エネルギー  

  管電圧50,70,90,120 kV

水20cmの層を付加した連続エネルギー

  管電圧50,70,90,120 kV

slide8
 シミュレーション (EGS4)

直接変換法

[照射条件]

  • ターゲット角度:12 °
  • 総ろ過:2.5 mmAl当量
  • ターゲットから検出器の距離  1 m
  • 光子の数:50 万個

光子

Glass 1 mm

エポキシ樹脂 1 mm

金  0.5 μm

α-Se 1mm

間接変換法

光子

CsI 550 μm

α-Si 100 μm

response
Response(感度)の定義

検出器の吸収線量 [Gy]

Response=

空気カーマ [Gy]

*同じ空気カーマに対する検出器(α-SeとCsI)

  の吸収線量の比を感度とした

* α‐Seのイオン収集率を考慮していない

* CsI発光効率およびα‐Si蛍光収率を考慮していない

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方法 (FPDの物理特性)

入出力特性

 タイムスケール法による

 ディジタル特性曲線

解像特性

 エッジ法による

 プリサンプリングMTF

ノイズ特性

RMS粒状度

コリメータ絞り

付加Alフィルタ

150cm

線量計

散乱線絞り

50cm

タングステン

12mm

検出器表面

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FPDの入出力特性

直接変換方式

間接変換方式

slide12

エネルギー特性

連続エネルギー

120kV

90kV

70kV

Response

光子数

光子数

50kV

120kV

90kV

70kV

50kV

slide13
直接変換法(α-Se)

RQA 7

RQA 5

RQA 9

RQA 3

slide14
間接変換法(CsI)

RQA 7

RQA 5

RQA9

RQA 3

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直接変換法 エネルギーごとの実測との比較

入出力特性

基準

1.34%

比率

11.76%

ディジタル値

6.91%

slide16
間接変換法 エネルギーごとの実測との比較

特性曲線

基準

0.93%

1.91%

ディジタル値

比率

13.9%

slide19

DQE(Detective Quantum Efficiency)

直接測定できる項目を使って

k: 検出器出力

MTF(f):プリサンプリングMTF

q: 単位面積あたりの入射X線光子数

WS(f): ノイズウィナースペクトル

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グリッドの物理的特性

 ・コントラスト改善度(CIF)

 ・露出倍数(BF)

 ・選択度

撮影条件:

 ・管電圧…120kV

        100kV

         80kV

         60kV

         50kV 

グリッドの物理特性
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コントラスト改善度と露出倍数の比較
  • CIF(コントラスト改善度)=Tp(一次X線透過率)×BF(露出倍数)

B-K特性

slide22
MTF(グリッドなし)

直接変換方式

間接変換方式

ナイキスト周波数≒3.3 [cycles/mm]

ナイキスト周波数≒3.5 [cycles/mm]

slide23
MTF(グリッド使用)

直接変換方式

間接変換法式

(12/140本)

(15/180本)

(14/160本)

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まとめ
  • 入出力特性

  直接変換方式での感度の良いのは、

90kV(RQA7)>70kV(RQA5)>120kV(RQA9)>50kV(RQA3)

  間接変換方式では、

90kV(RQA7)>120kV(RQA9)>70kV(RQA5)>50kV(RQA3)

  • シミュレーションとの誤差

  実測との比較では,数%以内であり、大きい誤差でも13.9%であった

  • グリッド特性

  B-K特性曲線より、中間物質はCarbon>Paper>Alの順に良い。

  • 解像特性

  グリッドなしでは、直接変換方式・間接変換方式ともにMTFに差は見られない。

  • ノイズ特性

線量を多くするとRMS粒状度は向上するが、直接変換方式では0.7mGy、間接変換方式では0.5mGy以上でRMS粒状度は一定になる。間接変換方式の方がRMS粒状度は良い。

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結論

FPDの最適条件

  • 両方式ともに、感度が最も良い線質はRQA7(90kV)で、RQA3(50kV)は感度が低い。90kV前後が最適管電圧
  • RMS粒状度が一定になる線量は、直接変換方式で0.7mGy、

  間接変換方式で0.5mGyである。

グリッドの選択

  • 少ないX線量で同等なコントラストを得られる事からグリットの中間物質がAlの物よりPaperやCarbonを用いた方が良いと考えられる。

今後の課題

ウィナースペクトルを測定することにより、その結果とMTFの結果を用いて、NEQ(雑音等価量子数)・DQE(検出量子効率)を求め、総合的な評価をする必要がある。

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補足(入射スペクトル)

連続エネルギー

連続+付加Al

連続+付加水

50kV, 70kV, 90kV, 120kV