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IPを用いた X線ビーム幅測定

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IPを用いた X線ビーム幅測定
IPを用いたX線ビーム幅測定
産業医科大学病院
○大石 芳貴
小川 正人
古海 誠 片山 竜也
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
背景1
CTのX線ビーム幅精度を評価することは,被曝や画質特性
等,装置管理を行う上で重要であり,評価法については古くから
検討されてきた.
IEC(International electrotechnical commision)ではフィルム
法による評価が提唱されているが,精度良く評価するためには
工業用の低感度フィルムやマイクロデンシトメータ等の特殊な
器材が必要なこと,試料となるフィルムの現像過程などの諸問
題,さらにはCTのX線ビーム幅測定自体が煩雑であることから
あまり実践的には普及してこなかった.
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
IEC61223-3-5 : CT受け入れ試験
1.ノイズ,平均CT値,均一性
2.空間分解能
3.スライス厚
4.線量
5.患者支持器の位置決め
6.患者位置決め投光器
(Patient positioning light : PPL)
7.らせん式撮影
8.低コントラスト分解能
X線ビームの幅は,一般的には照射口側の
プレコリメータで制御され,回転中心ではス
ライス厚と同等の幅となるように設定してあ
る. しかし,コリメータ(照射野制限器)が正
常に作動していない場合は,被曝線量の増
加やスライス精度の低下をきたす.
9.線量プロファイル
X線ビームの幅が,公称値通りに正確に照射されているかどうかについて,フィ
ルム法を用いた体軸方向の線量プロファイルから判定しようとする規定.
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
線量プロファイル測定
工業用のフィルムを回転中心に精
度良く配置し,X線管球を0°に固
定し照射をする.フィルムをマイクロ
デンシトメータでスキャンし得られ
た濃度プロファイルの半値幅を測
定し,X線ビーム幅とする.
工業用
低感度フィルム
(A)
2405型
マイクロデンシトメーター
(B)
基礎値との差異 スライス厚T
2mm > T
: ±30%
2mm ≧ T ≧ 1mm : ±50%
T < 1mm : +100%
測定頻度:受け入れ時
煩雑!
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背景2
近年,ディジタル化が急速に進み,多くの施設において増感
紙−フィルムシステムからCR(computed radiography)システ
ムへと移行したことや本装置の導入により,DICOM(Digital
information communication of medicine)形式での画像取得
が容易になったことで,汎用ソフトの有効利用が可能となった.
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
IPを利用したCT装置の簡易的な管理方法
放射線機器管理士シリーズ X線・MRI・CT 社団法人 日本放射線技師会 放射線機器管理士部会
•
X線ビーム幅測定試験(スリット精度,コリメータ精度)
•
ガントリ傾斜角度精度測定試験
•
スキャン範囲精度測定試験
•
投光器精度測定試験
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
簡易法の測定手順(フロー図)
CT回転中心にIPを精度良く配置
線量の減弱(CTの線量は多い)
Pb等の付加
X線照射
簡易法
画像取得(DICOM形式)
DICOM形式での画像取得
Image J等の汎用ソフトで解析
ディジタルプロファイル作成
X線ビーム幅(ディジタルプロファイルのFWHM)
簡単!
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
目的
イメージングプレート(imaging plate:以下IP)
を用いたX線ビーム幅測定の原理・特徴につい
て,CRの原理を踏まえて,基礎的な解説を行う.
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
CRシステムの原理(復習)
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
情報伝達特性(入出力特性)
X線
光
ディジタル値
Ⅱ:ディジタル特性曲線
濃度
Ⅰ:検出器特性
4.0
L値:4
S値:200 3.0
IP
発
光
量
log
2.0
L値:2
S値:200
画像処理
1.0
0
1023 766 511 255
0
ディジタル値
(ピクセル値)
1.0
1.0
2.0
3.0
4.0
相対露光量(log)
モ
写
ニ 2.0
真
タ
濃
輝 3.0
度
度
Ⅲ:ディスプレイ特性
4.0
Ⅳ:オーバーオール特性
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ディジタル画像の分類
Logシステム(CR装置)
Linearシステム(FPD)
輝尽発光量を対数変換し
ディジタル値に割り振る
入射X線量を直接ディジタ
ル値に割り振る
富士メディカルシステム社製 1024階調 → 0∼1023
コニカミノルタメディカル社,コダック社製
4096階調 → 0∼4095
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
ディジタル特性曲線(富士メディカル社製)
1023
ディジタル値︵ピクセル値︶
511
L値:2
S値:2000
L値:2
S値:20
L値:4
S値:200
L値:2
S値:200
0
0 1 2 3 4
相対露光量(log)
4桁のIP入射線量の範囲内において,S値,L値でディジタル値が
任意に変わる.
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
X線ビーム幅測定の実際
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
簡易法の測定手順(フロー図)
CT回転中心にIPを精度良く配置
線量の減弱(CTの線量は多い)
Pb等の付加
X線照射
簡易法
画像取得(DICOM形式)
DICOM形式での画像取得
Image J等の汎用ソフトで解析
ディジタルプロファイル作成
X線ビーム幅(ディジタルプロファイルのFWHM)
簡単!
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
今回の提案手法(フロー図)
1.使用するCRシステムの検証
2.IP入射線量の減弱
(Pb厚の決定)
5.画像取得
3.ディジタル特性曲線の取得
6.ディジタルプロファイル作成
4.回帰式の取得
(IP入射線量−ディジタル値)
7.線量プロファイル作成(ディジタル値から線量へ変換)
8.X線ビーム幅(線量プロファイルのFWHM)
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1.CRシステムの検証
1.システム感度
2.IP入射線量に対するS値の直線性
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
1-1. システム感度の検証
FCRのシステム感度設定
管電圧80kV,1.0mRで,S値=200
線量測定
ディジタル値測定
(方法) 80kV,200mA,0.0025sec(0.5mAs),SSD:100cmにて照射線量を測
定し,距離の逆二乗から1mRとなる距離を算出し,その前後で,照射線量を
測定して微調整した条件でIPに照射して「感度」メニューで処理をした.
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CR装置の感度
80kV
SSD cm 読み値mR
100
3.846
150
1.763
195
1.004
194
1.023
1.025
1.033
200mA
0.0025sec 0.5mAs
ave.
3.847
1.757
1.001
1.019
1.023
1.036
3.851
1.759
1.006
1.022
1.028
1.032
3.848
1.759667
1.003667
1.021333
1.025333
1.033667
SSD:100cm
校正値
3.73256
1.706877
0.973557
0.990693
0.994573
1.002657
(検証結果) 今回使用した装置では,3回測定全てにおいてS値は210となり,僅かにフェー
ディングを含むものの適正に調整されていることが検証された.
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1-2.IP入射線量に対するS値の直線性
IPの輝尽発光量は,約0.01mR∼100mRまでの4桁に渡り広範
囲なX線量域と直線関係にある.
線量測定
ディジタル値測定
(方法) 感度測定と同じ幾何学的配置において,撮影線量を変化させ,IP入
射線量毎にS値を求め線形であるかの確認を行う.
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S値と入射線量の直線性
入射線量とS値
105
R 2= 0.99788
y = 136.58 * x^(-0.96506)
104
今回使用したCR装置は安定した測定が行われることが検証できた
S値
1000
100
10
1
0.001
0.01
0.1
1
10
100
IP入射線量 (mR)
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
2.IP入射線量の減弱
120kV ビーム幅32mm 鉛付加無
10
CTで使用可能なX線量は,他の
一般撮影装置に比べ高い.
5
IP入射線量 (mR)
104
1000
CRの感度域(約0.01mR∼100mR)
では適応外となってしまう.
100
10
1
(方法) 鉛等を付加してIP入射
線量の減弱特性を調査する.
0.1
0.01
1
10
100
1000
mAs
どのくらいの鉛を付加する必要があるのか?
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鉛厚の決定
120kV ビーム幅32mm
105
Pb
Pb
Pb
Pb
Pb
Pb
Pb
IP入射線量 (mR)
104
1000
(-)
カセッテ
0.5mm
1.0mm
2.0mm
3.0mm
4.0mm
CRの感度域(約0.01mR∼100mR)
に対応するためには2mm厚さの
鉛を付加することが必要である.
100
10
1
0.1
0.01
1
10
100
1000
mAs
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
今回の提案手法(フロー図)
1.使用するCRシステムの検証
2.IP入射線量の減弱
(Pb厚の決定)
5.画像取得
3.ディジタル特性曲線の取得
6.ディジタルプロファイル作成
4.回帰式の取得
(IP入射線量−ディジタル値)
7.線量プロファイル作成(ディジタル値から線量へ変換)
8.X線ビーム幅(線量プロファイルのFWHM)
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3.ディジタル特性曲線の取得
線量測定
ディジタル値測定
CTのX線管球を0°で固定し,線量計とIPがアイソセンターになるように配
置して撮影線量毎のディジタル値をもとめる.
撮影条件:管電圧120kV,X線ビーム公称32mm,鉛 2mm 付加
撮影線量:2.5,5,10,20,40,80,160,320,600,900mAs
CRの設定:TESTメニュー『AVE4.0』(FIXモード)L値4,S値200固定
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
1024
1024
768
768
ディジタル値
ディジタル値
ディジタル特性曲線 512
256
512
256
Log変換
120kV Pb2mm L4 S200
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
IP入射線量 (mR)
0
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
IP入射線量 logE
IP入射線量−ディジタル値曲線
ディジタル特性曲線
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4.回帰式の取得
軸入れ替え
ディジタル特性曲線
0.7
X軸,Y軸を入れ替える
Excel等で近似式を計算させる
IP入射線量 logE
0.6
0.5
0.4
0.3
y = ( 1/2018.6 )x + 0.2041
0.2
0
256
512
768
1024
ディジタル値
120kV Pb2mm L4 S200
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
X線ビーム幅測定の概観
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
5.X線ビーム幅測定用画像の取得
120kV,160mAs,Beam : 0.5×64
Pb2mm L4 S200
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
6.ディジタル値プロファイルの取得
ディジタル値プロファイル
1024
120kV 160mAs Pb2mm
Beam 0.5×64
768
仮想スリット
1000×30
ディジタル値
L4 S200
ImageJ
512
256
0
0
50
100
150
200
Z position
ImageJを使用してディジタル値プロファイルを取得する.
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
7.線量プロファイル作成
120kV,160mAs,Beam : 0.5×64,Pb2mm,L4,S200
線量プロファイル
10
ディジタル値プロファイル
1024
8
512
256
0
線量変換
0
50
100
150
IP入射線量 (mR)
ディジタル値
768
6
4
2
200
Z position
回帰式 y = ( 1/2018.6 )x + 0.2041
0
0
50
100
150
200
Z position
ディジタル特性曲線から求めた回帰式を使用して,ディジタル値→ 線量(log)→
IP入射線量(mR)と変換させ,線量プロファイルを作成する.
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8.X線ビーム幅算出
線量プロファイル(正規化)
1
120kV 160mAs
0.75
Beam : 0.5×64
Pb2mm
0.5
L4 S200
0.25
0
60
80
100
120
140
Z position
線量プロファイルを最大線量で正規化し,線量プロファイルの半値幅(FWHM)
をX線ビーム幅としてもとめる.
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測定結果の参考例および
その他の検証
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公称X線ビーム幅毎の実測値
120kV 200mAs Pb2mm L4 S200
Aquilion64(東芝メディカル社製)
測定ビーム幅 [mm]
40
公称値 測定幅 デジタル値 線量mR
120kV
1
6.0
793
9.0
2
7.0
795
9.2
4
9.0
797
9.4
8
13.4
798
9.5
12
17.9
799
9.6
16
22.4
800
9.6
24
31.1
802
9.9
32
40.1
803
9.9
30
20
10
0
0
10
20
30
40
公称ビーム幅 [mm]
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
線量がプロファイルへ及ぼす影響
120kV Pb2mm L4 S200
ディジタル値プロファイル
線量プロファイル
50
1024
5mAs
40mAs
80mAs
160mAs
320mAs
900mAs
40
IP入射線量 (mR)
ディジタル値
768
5mAs
40mAs
80mAs
160mAs
320mAs
900mAs
512
30
20
256
10
0
0
0
50
100
Z position
150
200
0
50
100
150
200
Z position
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
線量が測定値へ及ぼす影響
120kV Pb2mm L4 S200 正規化
mAs
1
5
40
80
160
320
900
5mAs
40mAs
80mAs
160mAs
320mAs
900mAs
0.75
ビーム幅
39.7
39.9
40.0
40.1
40.2
39.9
45
測定ビーム幅 [mm]
0.5
0.25
0
60
80
100
Z position
120
140
42.5
40
37.5
35
0.1
1
10
IP入射線量 (mR)
100
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
プロファイルの相違と測定値への影響
120kV Pb2mm L4 S200
80
線量プロファイル
デジタル値プロファイル
簡易法
ディジタル値プロファイルを正規化
して半値幅を測定する.
測定ビーム幅 [mm]
70
60
今回の測定法
ディジタル値プロファイルを線量プ
ロファイルに変換した後,正規化し
て半値幅を測定する.
50
40
1
10
100
1000
撮影線量 [mAs]
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
簡易法の測定精度
ディジタル値を揃えるためS値を調整する手法
80kV 治療用Pb付カセッテ 0.23sec
管電流
45
測定ビーム幅 [mm]
デジタル値600
デジタル値800
デジタル値1000
10mA
42.5
20mA
40
30mA
40mA
37.5
50mA
35
0
10
20
30
40
50
60
ディジタル値 S値
FWHM
600
70
38.87
800
163
39.39
1000
409
39.83
600
34
38.87
800
82
39.39
1000
210
39.85
600
23
38.87
800
55
39.41
1000
145
39.87
600
19
38.87
800
46
39.43
1000
118
39.86
600
14
38.87
800
32
39.41
1000
82
39.86
撮影線量 [mA]
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L値変化でのプロファイルの違い
L値 2
L値 3
1024
1024
800mAs
400mAs
200mAs
100mAs
50mAs
5mAs
768
ディジタル値
L値 4
1024
800mAs
400mAs
200mAs
100mAs
50mAs
5mAs
768
768
512
512
512
256
256
256
0
0
0
50
100
150
Z position
200
800mAs
400mAs
200mAs
100mAs
50mAs
5mAs
0
0
50
100
Z position
150
200
0
50
100
150
200
Z position
120kV Pb2mm S200
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
L値とCRの測定域
120kV 0.5×64 Pb2mm S200
1024
L値 2
L値 3
L値 4
ディジタル値
768
512
256
0
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
IP入射線量 logE
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
線質の影響
L4 S200
40
実測ビーム幅 [mm]
80kV
80kV L4
100kV L4
120kV L4
135kV L4
回帰式
y = 1902.9x – 305.78
100kV
y = 2017.4x – 385.40
管電圧毎にディジタル特性曲線を作成し,得られた回帰式から
120kV
y = 2018.6x – 411.94
ディジタル値を線量に変換することで線質の影響は除外できる.
135kV
30
20
10
0
0
10
y = 1952.1x – 375.69
設定幅 80kV 100kV 120kV 135kV
1
5.9
6.0
6.0
6.0
メーカーや機種の異なる装置においても
2
6.9
7.0
7.0
7.0
4
9.0
9.1
9.0
9.0
同等のビーム幅測定が可能
8
13.4 13.5 13.4
13.3
12
17.9 18.0 17.9
17.9
16
22.4 22.5 22.4
22.4
24
31.1 31.2 31.1
31.0
32
40.2 40.3 40.1
40.0
20
30
40
公称ビーム幅 [mm]
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
本法の精度についての検証
プレート幅 10mm
プレート撮影風景
長さが既知であるファントム(ステンレスプレート)をビーム上に
おいて撮影し,プレートの半値幅を測定した.
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
ステンレスプレートの線量プロファイル
120kV,200mAs, Pb2mm,
線量プロファイル
Beam : 0.5×64, L4, S200
10
仮想スリット
1000×30
IP入射線量 (mR)
8
6
4
2
0
0
50
100
150
200
Z position
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
ステンレスプレートの半値幅測定
120kV,200mAs, Pb2mm, Beam : 0.5×64, L4, S200
この部分を抜き出し,最小線量値
を基準に反転させたプレートのプ
ロファイルを作成し,正規化した.
線量プロファイル
10
IP入射線量 (mR)
8
1
6
0.75
4
FWHM=10.0mm
0.5
2
0.25
0
0
50
100
Z position
150
200
0
85 90 95 100 105 110 115 120
Z position
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
線質変化の影響 ープレート幅ー
10mm 幅 プレート正規化
1
Pb2mm,
80kV L4
100kV L4
120kV L4
135kV L4
Beam : 0.5×64, L4, S200
0.75
管電圧
80kV
100kV
120kV
135kV
0.5
プレート幅[mm]
9.9
9.9
10.0
10.0
0.25
0
85
90
95
100
105
110
115
120
Z position
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
注意点
UNIVERSITY OF OCCUPATIONAL AND ENVIRONMENTAL HEALTH
線量計の校正
使用線量計 「9015型 放射線モニター」 RADCAL 社
基準
:10X5-180 180cc(校正済)
:10X5-6
6cc
電離箱 一般撮影
CT
:10X5-3CT 3cc
参照用線量計 「Dose1」 Scanditronix/Wellhofer社
電離箱 :Type PTW30013 0.6cc( 60Co 校正済) PTW社
„
6cc一般撮影用電離箱の校正定数は校正された180cc電離箱(平行平板)で
一般撮影装置を使用してクロスキャリブレーションにより求めた.
„
CT用電離箱はクロスキャリブレーションで校正した6cc一般撮影用電離箱で
CT装置を使用して求めた.但し,下記の条件のみ有効
(Beam slit:0.5mm,slit:0.5mm,N:64,filter:Large,focus:Large)
„
0.6cc電離箱は60Coで校正された値をそのまま用いた.
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80kV
105
0.6cc-chember
6cc-chember
CT-chember
1000
1000
100
100
10
0.6cc-chember
6cc-chember
CT-chember
104
空中線量 (mR)
空中線量 (mR)
104
120kV
105
1
10
100
10
1000
1
10
mAs
135kV
105
0.6cc-chember
6cc-chember
CT-chember
80kV
0.90
2.20
空中線量 (mR)
4
0.6cc-chember
6cc-chember
CT-chember
100kV
0.90
2.18
空中線量 (mR)
校正定数
10
管電圧
1000
6cc-chember
CT-chember
1000
mAs
100kV
105
100
104
120kV
0.89
1000 2.16
135kV
0.89
2.15
100
10
1
10
100
mAs
1000
100
1
10
100
1000
mAs
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IPのフェーディング特性
220
S value
210
200
190
180
170
0.1
0.2
0.5
1
5
10
Time(min)
日本放射線技術学会雑誌第65巻第10号:1391-1399 藤本啓司他
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まとめ
„ ディジタル値のプロファイルから線量プロファイルに変換するこ
とで良好な測定結果が得られる.
„ 管電圧毎に特性曲線を取得し,ディジタル値を線量に変換する
ことで線質の影響を受けない測定が可能となる.
„ メーカーや機種が異なるCT装置の比較が可能であることが示
唆された.
„ ディジタル値を線量に適切に変換できることから,今後IPによる
線量測定が可能なことが示唆された.
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結語
ディジタル値のプロファイルの半値幅から得られたX線ビーム
幅は,CRシステムの処理条件を常に同じとすることで,短時間で容
易に再現性の高い測定値が得られるためCT装置の管理(初期
性能の不変性や幾何学的位置ズレ)等には有用である.しかし,X
線ビーム幅毎の比較や他の装置との比較など測定値の精度を
追求するためには,ディジタル値を線量に変換し,最大線量で正規
化した線量プロファイルの半値幅から求める必要がある.
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結語
現在,多くの施設に設置されているマルチスライスCTでは,X線
ビームの半影部分が画像作成に利用されないため,公称ビーム
幅に対して大きめのビーム幅が設定されている.マルチスライス
CTの被曝が問題視されていることを鑑みて,是非とも保有装置の
X線ビーム幅測定を試みて頂ければ幸いである.
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