CTにおける表面ビームプロファイルとピッチの関係

本日は下記の論文を読んでみました。 

Zhang D, et al.: Variability of surface and center position radiation dose in MDCT: Monte Carlo simulations using CTDI and anthropomorphic phantoms. Med Phys. 2009 Mar;36(3):1025-38.

PMCからdownloadできます。

ヘリカルスキャニング、コンベンショナルスキャニング両方において、
CTDI phantomとanthropomorphic phantomの表面線量と中央（深部）線量の
ビームプロファイル検討した論文

CT装置：Sensation 64をモンテカルロ計算用にモデリング
　　　　　Beam collimation = 24 × 1.2 mm = 28.8 mm
　　　　　Radiation profile = 34.1 mm (FWHM measured by OSL dosimeter)

CTDI：CTDI測定に使用するファントム、線量計（電離箱）、ロッドをモデリング
（本論文では32cm直径PMMA phantom）
Anthropomorphic phantom：CIRSの男性用ファントムをモデリング
（骨、軟部組織、肺）

モンテカルロコード：MCNP eXtended v2.5.c (MCNPX)

検討項目 CTDI phantom内表面線量および中央の線量分布
120kVp, 100 mAs, 28.8 mm nominal beam width, -7.5 ～ 7.5 cmまでscan
Pitch: 0.75, 1.0, 1.5 Radiation beam width:
1. 28.8 mm (ideal beam width)
2. 34.1 mm (measured radiation beam width)
3. 41.0 mm (測定したものから20%ビーム幅を増やしたもの)

Anthropomorphic phantom内表面線量分布
120kVp, 100 mAs, 28.8 mm nominal beam width,
全ファントム（頭部から体幹部まで）をscan
Pitch: 0.75, 1.0, 1.5 Radiation beam width: 34.1 mm

ビームON開始角度 0°, 90°, 180°, 270°の方向開始角度を比較
Pitch: 1.5, Beam width = 34.1 mm

表面線量分布のリプルを少なくするためのピッチの計算方法
P = A/N*(S-R)/S
P.ピッチ、A.実際のビーム幅、N.ビームコリメーション、
S.線源－回転中心間距離、R.回転中心から表面までの距離

本研究において、CTDIファントムを式に値を当てはめると、
P = 34.1 mm / 28.8 mm * (570 mm – 150 mm)/570 mm
P = 0.87 (overbeamを考慮しない場合、P = 0.74)
同様にAnthropomorphic phantomを式に当てはめると、
P = 1.04 (頸部)、P = 0.96(胸部)
以上のことから、 CTDI phantomでの検討：P = 0.74, 0.87
Anthropomorphic phantomでの検討：P = 1.04, 0.96, 1.00(中間の値)

結果 CTDI Phantomの中心部の線量プロファイルは、
Nominal beam width: 28.8 mm、Measured beam width: 34.1 mmと
5.3mmも幅が広い状況下において、pitch = 1.0でスキャンした場合、スムースな分布となる。
（5.3 mm分は重なるが、散乱線の影響でリプルはほとんど把握できない）

一方で、表面部分ので線量プロファイルはビーム幅が広いがゆえにピークと谷を繰り返すような分布となる(Fig.2)

ヘリカルスキャンだけでなく、コンベンショナルスキャンでも山や谷ができる。
CTDI phantomのpitchを変更させた場合の表面線量分布のリプル
Contiguous axial scanのとき、ripple 45%
Pitch = 1のとき、ripple 30%
Pitch = 1.5のとき、ripple 62%
Pitch = 0.75のとき、ripple 40%

照射開始の位置を0°、90°と変更することで、位相がシフトする。

Anthropomorphic phantomでの検討において、P = 1.04とした場合、頸部の変動は9％に減少、胸部は20％を超えている。
P = 0.96とした場合、胸部の変動は8%に減少、頸部の変動は16％に上昇
不均一な人体のような物体では表面線量をピッチの変更によってコントロールすることは不可能

小さな線量計にてヘリカルスキャンの表面線量を測定し、CTDIwを計算する際には線量の変動が大きいことに注意が必要。
用いるピッチによっては50%以上も値が変わってしまう。