錐形束乳腺CT劑量模擬計(jì)算的驗(yàn)證

屈艷 劉耀庭 遼寧省醫(yī)療器械檢驗(yàn)檢測(cè)院 （沈陽(yáng) 110179）

錐形束乳腺CT劑量模擬計(jì)算的驗(yàn)證

屈艷 劉耀庭 遼寧省醫(yī)療器械檢驗(yàn)檢測(cè)院 （沈陽(yáng) 110179）

本文描述了用標(biāo)準(zhǔn)頭部劑量體模測(cè)量錐形束乳腺CT的腺體劑量與用蒙特卡羅（Monte-Carlo）方法模擬計(jì)算錐形束乳腺CT的腺體劑量的一致性。這將有助于錐形束乳腺CT的乳腺腺體劑量的評(píng)估。

蒙特卡羅 歸一化腺體劑量 錐形束乳腺CT

1.引言

錐形束乳腺CT作為乳腺癌的篩查和診斷手段，因?yàn)樗娜S立體成像特征，對(duì)病灶能更精準(zhǔn)地定位，已經(jīng)開(kāi)始臨床應(yīng)用。所以乳腺CT輻射劑量的評(píng)估也尤為重要。正如乳腺攝影設(shè)備一樣，實(shí)際測(cè)量腺體劑量是不可能實(shí)現(xiàn)的，只有通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬的方法，就是很多文章介紹的蒙特卡羅編碼方法。只有用一定厚度的PMMA模體來(lái)模擬壓縮的乳房，測(cè)量模體表面的入射空氣比釋動(dòng)能，和一系列相關(guān)系數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算腺體平均劑量。乳腺CT的腺體劑量同樣需要進(jìn)行此類方法的模擬計(jì)算。

2.試驗(yàn)方法

2.1 蒙特卡羅（Monte-Carlo）方法模擬

采用蒙特卡羅（Monte-Carlo）方法模擬計(jì)算錐形束乳腺CT的輻射劑量的方法在一些文獻(xiàn)中都有介紹。蒙特卡羅（Monte-Carlo）方法，是通過(guò)對(duì)X射線光子在乳腺中傳輸?shù)哪M，來(lái)計(jì)算不同高度、直徑和乳腺密度的歸一化腺體劑量（DgN）值。在估算乳腺X射線攝影設(shè)備的乳腺腺體劑量時(shí)，蒙特卡羅（Monte-Carlo）方法已經(jīng)被成功地用于計(jì)算歸一化腺體劑量系數(shù)，蒙特卡羅計(jì)算采用乳腺CT文獻(xiàn)[3]中描述的方法。模擬時(shí)，乳腺體模為指定直徑和高度的半橢圓體（直徑14cm，高10.5cm），腺體比例在乳腺內(nèi)依照給定的比率隨機(jī)分布。皮膚厚度假定為1.45 mm。在計(jì)算每次掃描時(shí)應(yīng)用了足夠多的光子（l×109）。在模擬過(guò)程中，光子傳輸過(guò)程中的三類X射線（相干散射、非相干散射、光電反應(yīng)）和組織的相互作用被全部包括，并且使用了標(biāo)準(zhǔn)的光子相互作用數(shù)據(jù)庫(kù)。此模擬計(jì)算值與在掃描模體中心、周邊對(duì)應(yīng)位置測(cè)得的空氣比釋動(dòng)能的關(guān)系是否對(duì)應(yīng)，我們將作以下驗(yàn)證。

圖1. 200名婦女乳房直徑分布

圖2. 三個(gè)不同乳房直徑（10cm。14cm。18cm），及每個(gè)直徑的三種不同乳房長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的百萬(wàn)光子劑量（μGy）、

乳腺CT的歸一化腺體劑量（DgN）定義為在相同曝光條件下，乳腺平均腺體劑量與在掃描中心空掃時(shí)的有效空氣比釋動(dòng)能的比值。單位為mGy/mGy。

乳腺體積的大小的模擬來(lái)源于對(duì)200名婦女的調(diào)查。調(diào)查結(jié)果如圖1。

模擬試驗(yàn)時(shí)，選取三種不同的乳房直徑（10cm、14cm、18cm），并且大多數(shù)乳房的長(zhǎng)度是在乳房半徑的1～2倍之間，模擬試驗(yàn)選取1.5倍。

2.2 驗(yàn)證方法

使用標(biāo)準(zhǔn)頭部劑量體模來(lái)驗(yàn)證蒙特卡羅（Monte-Carlo）模擬方法。

試驗(yàn)體模：參數(shù)如表1所示。

測(cè)量?jī)x器：筆式探頭劑量?jī)xRaySafe Xi（Unfors RaySafe公司）

體模掃描是使用KBCT-1000錐形束乳腺CT（CT的組成為VARIAN的MAMRAD100H型X射線管組件（焦點(diǎn)0.3、錸鎢靶），和VARIAN的4030CB型探測(cè)器），在不同的模式下進(jìn)行的。體?？字械挠行Э諝獗柔寗?dòng)能的測(cè)量，使用儀器為筆式探頭劑量?jī)xRaySafe Xi。為得到平均值，在每個(gè)模式下每個(gè)孔位都測(cè)量3次。同時(shí)也測(cè)量了不使用體模時(shí)旋轉(zhuǎn)中心軸線位置的有效空氣比釋動(dòng)能。

表1. 標(biāo)準(zhǔn)CT頭部劑量體模參數(shù)表

圖3. KBCT-1000錐形束乳腺CT

表2 . 測(cè)量劑量與模擬劑量體模位置和擺放 掃描模式( 1 0 0 m A ) 結(jié)果( m G y )位置 測(cè)量值 模擬值P 1 0 . 4 7 7 0 . 0 2 5 0 P 2 2 . 9 2 4 0 . 1 6 0 2 P 3 0 . 2 7 4 0 . 0 1 3 3 P 4 1 . 6 6 9 0 . 0 8 4 7 P 5 0 . 0 7 9 0 . 0 0 3 8? 靜態(tài)? 無(wú)保護(hù)罩? 靜態(tài)? 有保護(hù)罩P 1 0 . 4 5 2 0 . 0 2 3 3 P 2 1 . 1 5 4 0 . 0 5 9 5無(wú)體模 ? 靜態(tài)? 無(wú)保護(hù)罩 P 1 2 . 2 6 5 0 . 1 1 5 8無(wú)體模 ? 平掃? 無(wú)保護(hù)罩 P 1 2 . 2 5 4 0 . 1 1 5 8無(wú)體模 ? 靜態(tài)? 有保護(hù)罩 P 1 2 . 1 1 7 0 . 1 0 7 6無(wú)體模 ? 平掃? 有保護(hù)罩 P 1 2 . 0 8 4 0 . 1 0 7 6 P 1 0 . 4 5 6 0 . 0 2 3 4 P 2 2 . 7 7 6 0 . 1 4 3 0 P 3 0 . 2 1 5 0 . 0 1 0 2 P 4 1 . 8 3 9 0 . 0 9 2 9 P 5 0 . 0 9 3 0 . 0 0 4 2? 平掃? 有保護(hù)罩

筆式探頭電離室有效長(zhǎng)度：100mm

筆式探頭電離室直徑：7.5mm

使用蒙特卡羅（Monte-Carlo）方法模擬估算空氣比釋動(dòng)能值。每個(gè)脈沖使用約1.7×109個(gè)光子模擬。理想狀態(tài)下，由于模擬光子數(shù)量的減少，需要一個(gè)比例系數(shù)來(lái)使模擬值與真實(shí)值匹配。但這里并不作這種處理，因?yàn)檫@次只使用歸一化數(shù)值進(jìn)行比較。

模擬數(shù)值和測(cè)量值如表2所示。

3.結(jié)果

將上表中的數(shù)據(jù)用EXCEL表中的TREND函數(shù)獲得的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如上述表格所述，在一定條件下，每個(gè)測(cè)量值（歸一化）都與模擬值相對(duì)應(yīng)。測(cè)量值和模擬值的歸一化值比較如圖4所示，從圖中可以發(fā)現(xiàn)兩者很好的一致性。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，充分證明了用蒙特卡羅（Monte-Carlo）方法模擬估算與實(shí)際測(cè)量的一致性。

圖4. 測(cè)量值和模擬值的比較

4.討論

雖然模擬計(jì)算和實(shí)際測(cè)量具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但是具體的轉(zhuǎn)換系數(shù)還需要進(jìn)一步研究，針對(duì)乳腺CT的實(shí)際組成，需要考慮哪些技術(shù)參數(shù)將影響此轉(zhuǎn)換系數(shù)。比如：X射線的輻射質(zhì)量（HVL）、探測(cè)器對(duì)X射線的轉(zhuǎn)換特性、如何均布流過(guò)探測(cè)器的光子量、平衡所獲取圖像噪聲等。

應(yīng)用乳腺CT進(jìn)行乳腺癌的篩查應(yīng)用前景廣闊，對(duì)于乳腺這種軟組織成像，要求CT具有高對(duì)比靈敏度特性，也就是對(duì)這類CT要求有特定的技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)，考慮輻射劑量尤其重要。全面評(píng)估乳腺CT的有效性，就是考慮成像質(zhì)量，最根本的就是考慮探測(cè)器本身的性能限定和輻射劑量輸出的組合。

[1] Wu X, Gingold EL, Barnes GT, Tucker DM. , "Normalized average glandular dose in molybdenum target-rhodium flter and rhodium target-rhodium flter mammography", Radiology. 1994 Oct; 193(1):83-9.

[2] J. M. Boone, “Normalized glandular dose (DgN) coeffcients for arbitrary X-ray spectra in mammography:computer-ft values of Monte Carlo derived data”, Med Phys. 2002 May; 29(5):869-75

[3] J. M. Boone, N. Shah, and T. R. Nelson, “A comprehensive analysis of DgNCT coeffcients for pendant-geometry conebeam breast computed tomography”, Med. Phys. 31,226 (2004)

[4] Boone JM, Kwan AL, Seibert JA, Shah N, Lindfors KK, Nelson TR, “Technique factors and their relationship to radiation dose in pendant geometry breast CT”, Med Phys. 2005 Dec; 32(12):3767-76

Simulation Calculation of the Dose of CT in the Cone Beam Breast

QU Yan LIU Yao-ting Liaoning Medical Device Test Institute (Shenyang 110179)

In this study,the Monte Carlo dose computations were validated by comparison with physical measurements made on a cone-beam Breast CT scanner ,with normal CT head dose phantom.the results contribute to glandular dose evaluated . the radiation dose due to breast CT was evaluated using Monte Carlo techniques over a range of parameters pertinent to the cone-beam pendant geometry thought to be most appropriate. Monte Carlo simulations, using X-ray photons pass through the breast which assumed that the breast was a conical (the different breast diameter.height and compositions). Calculate the Normalized glandular dose (DgN).

monte-carlo, the normalized glandular dose (DgN), cone-beam breast computed tomography

1006-6586(2017)03-0056-04

R814.42

A

2016-11-28