マンモグラフィ装置のX線スペクトル測定

複数のマンモグラフィ装置のX線スペクトルをCdTeスペクトロメータで測定し、DQE算出時の入射光子数の精度についての研究です。

1. DQE算出時の入射光子数について

医用画像の総合的な画質評価にはDQEが一般的に用いられています。DQEは、MTF・NPS・入射光子数から算出されます。

DQEを精度よく求めるためには、MTF・NPS・入射光子数のそれぞれを精度よく求める必要があります。

本研究は、マンモグラフィ装置のDQEを算出する際の入射光子数の精度について焦点を当てています。

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入射光子数の算出方法には以下の2通りがあります。

  1. スペクトロメータを用いて測定したX線スペクトルから算出する方法
  2. IECが提供するデータを用いて算出する方法

1番の方法では、各装置の出力を直接測定することができるため、入射光子数の精度は高いです。しかし、スペクトロメータを所有していない医療施設では、この方法は困難です。

そこで、一般的には2番の方法を用いることが多いです。IECは、標準線質下における単位線量あたりの光子数(SNRin2)を提供しています。

すなわち、我々ユーザーサイドは、電離箱で測定した空気カーマ(Ka)に SNRin2 を乗ずることで入射光子数を求めることができます。

IECが提供するデータを用いて、入射光子数を算出する式

IEC 62220-1-2 (2007) Medical electrical equipment—Characteristics
of digital X-ray imaging devices—Part 1–2: determination
of the detective quantum efficiency—detectors used in
mammography

この方法は電離箱を所有していれば簡単に測定することができるため、広く用いられています。

しかし、IECが与えるSNRin2の値はシミュレーションによって計算されたものであり、実際の装置から出力されるX線スペクトルから求める値とは異なる可能性があります。

そこで、本研究では、複数のマンモグラフィ装置のX線スペクトルからSNRin2を算出し、IECが与えるSNRin2と比較し、その精度を検証しました。

2. マンモグラフィ装置でのX線スペクトル測定

マンモグラフィ装置でのスペクトル測定の実験写真です。

スペクトル測定時には、パイルアップ現象に注意する必要があります。パイルアップとは、短時間に2個以上の光子が検出器に入射した際に、同時に計上してしまう現象です。例えば、15keVと20keVの光子が同時に入射した際には、35keVの光子1つとして誤って計上されます。

パイルアップの影響を避けるためには、計数率を下げた状態での測定が必要です。焦点と検出器との距離を離した状態で、低管電流下で測定します。

しかし、臨床用のマンモグラフィ装置には乳房支持台があるため、焦点-検出器間距離を長くすることが出来ません。（一般撮影装置であれば簡単なのですが・・・）
そのため、検出器の前面に、非常に小さい穴の開いたタングステンコリメータを設置します。どれくらい小さいかというと、直径0.035mmです。
この小さい穴にX線を通すため、測定には少々スキルが必要です。慣れないうちは正しくスペクトルを測定するまでに時間がかかるでしょう。

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複数のマンモグラフィ装置で測定したスペクトルです。

各装置で測定したスペクトルから算出したSNRin2 値とIECの文献値との差(PD)です。
この結果より、IECが提供する値は臨床装置の入射光子数を4.1%以内の精度で表現できていることが明らかになりました。

3.公表した論文

マンモグラフィ装置でのスペクトル測定

Accuracy validation of incident photon fluence on detective quantum efficiency in mammography.
Tomonobu Haba, Shuji Koyama, Natsuki Otani
Australasian physical & engineering sciences in medicine 41(4) 847-852 2018年12月

一般撮影装置でのスペクトル測定

Accuracy validation of incident photon fluence on DQE for various measurement conditions and X-ray units
Tomonobu Haba, Shimpei Kondo, Daiki Hayashi, Shuji Koyama
Radiological Physics and Technology 6(2) 423-430 2013年7月

4. コメント

スペクトロメータを使ってX線スペクトルを測定するには少々スキルが必要になります。スペクトロメータを使った実測に興味がある方は、どうぞお声がけ下さい。

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