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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

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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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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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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。

  3. X線energyの変換方式

  4. 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。

  5. 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　　

  6. 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

  7. 管電圧と付加Alの関係 IEC61267：1994

  8. 　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

  9. 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

  10. 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

  11. FPDの入出力特性 直接変換方式 間接変換方式

  12. 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

  13. 直接変換法（α-Se） RQA 7 RQA 5 RQA 9 RQA 3

  14. 間接変換法（CsI） RQA 7 RQA 5 RQA9 RQA 3

  15. 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％

  16. 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％

  17. 間接変換法　　　実測との比較　

  18. 直接変換法　　実測との比較

  19. 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

  20. 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

  21. 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

  22. 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]

  23. 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）

  24. RMS粒状度

  25. 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。

  26. 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。

  27. 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

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