锥形束乳腺CT剂量模拟计算的验证

屈艳 刘耀庭 辽宁省医疗器械检验检测院 （沈阳 110179）

锥形束乳腺CT剂量模拟计算的验证

屈艳 刘耀庭 辽宁省医疗器械检验检测院 （沈阳 110179）

本文描述了用标准头部剂量体模测量锥形束乳腺CT的腺体剂量与用蒙特卡罗（Monte-Carlo）方法模拟计算锥形束乳腺CT的腺体剂量的一致性。这将有助于锥形束乳腺CT的乳腺腺体剂量的评估。

蒙特卡罗 归一化腺体剂量 锥形束乳腺CT

1.引言

锥形束乳腺CT作为乳腺癌的筛查和诊断手段，因为他的三维立体成像特征，对病灶能更精准地定位，已经开始临床应用。所以乳腺CT辐射剂量的评估也尤为重要。正如乳腺摄影设备一样，实际测量腺体剂量是不可能实现的，只有通过计算机模拟的方法，就是很多文章介绍的蒙特卡罗编码方法。只有用一定厚度的PMMA模体来模拟压缩的乳房，测量模体表面的入射空气比释动能，和一系列相关系数来进行计算腺体平均剂量。乳腺CT的腺体剂量同样需要进行此类方法的模拟计算。

2.试验方法

2.1 蒙特卡罗（Monte-Carlo）方法模拟

采用蒙特卡罗（Monte-Carlo）方法模拟计算锥形束乳腺CT的辐射剂量的方法在一些文献中都有介绍。蒙特卡罗（Monte-Carlo）方法，是通过对X射线光子在乳腺中传输的模拟，来计算不同高度、直径和乳腺密度的归一化腺体剂量（DgN）值。在估算乳腺X射线摄影设备的乳腺腺体剂量时，蒙特卡罗（Monte-Carlo）方法已经被成功地用于计算归一化腺体剂量系数，蒙特卡罗计算采用乳腺CT文献[3]中描述的方法。模拟时，乳腺体模为指定直径和高度的半椭圆体（直径14cm，高10.5cm），腺体比例在乳腺内依照给定的比率随机分布。皮肤厚度假定为1.45 mm。在计算每次扫描时应用了足够多的光子（l×109）。在模拟过程中，光子传输过程中的三类X射线（相干散射、非相干散射、光电反应）和组织的相互作用被全部包括，并且使用了标准的光子相互作用数据库。此模拟计算值与在扫描模体中心、周边对应位置测得的空气比释动能的关系是否对应，我们将作以下验证。

图1. 200名妇女乳房直径分布

图2. 三个不同乳房直径（10cm。14cm。18cm），及每个直径的三种不同乳房长度对应的百万光子剂量（μGy）、

乳腺CT的归一化腺体剂量（DgN）定义为在相同曝光条件下，乳腺平均腺体剂量与在扫描中心空扫时的有效空气比释动能的比值。单位为mGy/mGy。

乳腺体积的大小的模拟来源于对200名妇女的调查。调查结果如图1。

模拟试验时，选取三种不同的乳房直径（10cm、14cm、18cm），并且大多数乳房的长度是在乳房半径的1～2倍之间，模拟试验选取1.5倍。

2.2 验证方法

使用标准头部剂量体模来验证蒙特卡罗（Monte-Carlo）模拟方法。

试验体模：参数如表1所示。

测量仪器：笔式探头剂量仪RaySafe Xi（Unfors RaySafe公司）

体模扫描是使用KBCT-1000锥形束乳腺CT（CT的组成为VARIAN的MAMRAD100H型X射线管组件（焦点0.3、铼钨靶），和VARIAN的4030CB型探测器），在不同的模式下进行的。体模孔中的有效空气比释动能的测量，使用仪器为笔式探头剂量仪RaySafe Xi。为得到平均值，在每个模式下每个孔位都测量3次。同时也测量了不使用体模时旋转中心轴线位置的有效空气比释动能。

表1. 标准CT头部剂量体模参数表

图3. KBCT-1000锥形束乳腺CT

表2 . 测量剂量与模拟剂量体模位置和摆放 扫描模式( 1 0 0 m A ) 结果( m G y )位置 测量值 模拟值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• 静态• 无保护罩• 静态• 有保护罩P 1 0 . 4 5 2 0 . 0 2 3 3 P 2 1 . 1 5 4 0 . 0 5 9 5无体模 • 静态• 无保护罩 P 1 2 . 2 6 5 0 . 1 1 5 8无体模 • 平扫• 无保护罩 P 1 2 . 2 5 4 0 . 1 1 5 8无体模 • 静态• 有保护罩 P 1 2 . 1 1 7 0 . 1 0 7 6无体模 • 平扫• 有保护罩 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• 平扫• 有保护罩

笔式探头电离室有效长度：100mm

笔式探头电离室直径：7.5mm

使用蒙特卡罗（Monte-Carlo）方法模拟估算空气比释动能值。每个脉冲使用约1.7×109个光子模拟。理想状态下，由于模拟光子数量的减少，需要一个比例系数来使模拟值与真实值匹配。但这里并不作这种处理，因为这次只使用归一化数值进行比较。

模拟数值和测量值如表2所示。

3.结果

将上表中的数据用EXCEL表中的TREND函数获得的对应关系。如上述表格所述，在一定条件下，每个测量值（归一化）都与模拟值相对应。测量值和模拟值的归一化值比较如图4所示，从图中可以发现两者很好的一致性。通过试验验证，充分证明了用蒙特卡罗（Monte-Carlo）方法模拟估算与实际测量的一致性。

图4. 测量值和模拟值的比较

4.讨论

虽然模拟计算和实际测量具有一定的对应关系，但是具体的转换系数还需要进一步研究，针对乳腺CT的实际组成，需要考虑哪些技术参数将影响此转换系数。比如：X射线的辐射质量（HVL）、探测器对X射线的转换特性、如何均布流过探测器的光子量、平衡所获取图像噪声等。

应用乳腺CT进行乳腺癌的筛查应用前景广阔，对于乳腺这种软组织成像，要求CT具有高对比灵敏度特性，也就是对这类CT要求有特定的技术参数设计，考虑辐射剂量尤其重要。全面评估乳腺CT的有效性，就是考虑成像质量，最根本的就是考虑探测器本身的性能限定和辐射剂量输出的组合。

[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