Programmreport 2012 - DORIS - Bundesamt für Strahlenschutz

Ergebnisse
TB 04
ohne Zuhilfenahme einer Monte-Carlo-Simulation ermittelt werden können, z. B. der erwarteten Strahlschwächung
in den Materialien, so dass eine korrekte Funktion des Programms anzunehmen ist. Der Programmcode
des Rasters kann in eine Bildgebungssimulation integriert werden, indem er für jedes Teilchen ausgeführt wird,
nachdem es das Voxelmodell verlässt und bevor es den Detektionsprozess durchläuft.
Die Bildqualität sollte durch Analyse der Dosisverteilung in der Detektorebene bestimmt werden. Als Zielparameter
wurde das Kontrast-Rauschverhältnis, zunächst integriert über die Frequenzkomponenten, allerdings
für mindestens drei Kontrastobjektgrößen, gewählt. Dazu mussten jeweils geeignete Bereiche in der Detektorebene
ausgewählt werden, um sowohl den Kontrast von abgebildeten Strukturen zum Hintergrund zu ermitteln
als auch das Rauschen in Bereichen, die homogen sein sollten. Gemäß Publikationen zur Detektionsfähigkeit
des Auges (insbesondere von Barton) ist bekannt, dass ein Kontrast-Rauschverhältnis von mindestens
3:1 – besser 5:1 – benötigt wird, um Strukturen visuell sicher zu erkennen. Für alle drei Objektgrößen
werden die gemessenen Kontrast-Rauschverhältnisse anhand dieser Schwellenwerte bewertet.
4.3 BESTIMMUNG VON DOSIS UND BILDQUALITÄT FÜR THORAXAUFNAHMEN UND
MAMMOGRAPHIEN
Die Größenordnung von Photonenzahlen in einer realen Mammographie oder Thoraxaufnahme beträgt
schätzungsweise ungefähr 500 Milliarden. Das bedeutet mit den momentan am Helmholtz Zentrum München
verfügbaren Rechenkapazitäten eine Rechenzeit von mehreren Wochen pro Simulation einer einzelnen Aufnahme.
Aus diesem Grund war die geplante Anzahl der zu simulierenden Variationen der Aufnahmeparameter
durch die Rechenzeit beschränkt. Folgende Simulationsrechnungen waren daher geplant:
1. Mammographie: zwei verschiedene Strahlenqualitäten für das weibliche Referenzphantom. Die Strahlenqualitäten
sollten sich dabei hinsichtlich des Anodenmaterials unterscheiden.
2. Thoraxaufnahme: eine Strahlenqualität für die beiden Phantome (männliches und weibliches Referenzphantom)
mit der jeweils ungefähr gleichen Lungen-Feinstruktur; zusätzlich für eines der beiden Referenzphantome
2-3 weitere Strahlenqualitäten, die sich hinsichtlich Spannung und Filterung unterscheiden.
In allen Fällen sollte hinter dem Phantom ein so genanntes reales Strahlenbild gespeichert werden; so können
dann zusätzlich zwei bis drei verschiedene Streustrahlenreduktionsverfahren je Strahlenqualität simuliert werden.
Für diese Aufnahmen sollten jeweils Organdosen und die effektive Dosis sowie die oben genannten Parameter
zur Beschreibung der Bildqualität (Kontrast-Rauschverhältnis) berechnet werden.
Da zum Projektende noch keine qualitativ zufriedenstellenden Hybrid-Voxelsysteme vorlagen, konnte dieses
Arbeitspaket innerhalb der Projektlaufzeit nicht mehr bearbeitet werden.
5. ERGEBNISSE
Um zu überprüfen, ob mit dem dargestellten Verfahren eine realitätsnahe Bildgebung simuliert werden kann,
wurden zwei Fälle untersucht, eine Mammographie und eine Lungenaufnahme.
5.1 MAMMOGRAPHIE
Als virtuelles Modell der weiblichen Brust diente ein bereits früher segmentierter Datensatz einer CT-Aufnahme
eines Mammapräparats mit einer Auflösung von 0,470703 × 0,470703 × 1,0 mm 3 . Dieses wurde mit Hilfe
einer IDL-Routine an die Stelle der linken Brust des weiblichen ICRP/ICRU (International Commission on Radiation
Units and Measurement)-Referenzmodells positioniert. Beim Anpassen des Brustmodells an das
ICRP/ICRU-Modell hat sich gezeigt, dass die Ausrichtung der beiden Modelle nicht übereinstimmt. Um eine
optimale Anpassung zu erreichen, hätte das Brustmodell um 10-20° gedreht werden müssen. Für diese Testrechnung
war eine optimale Anpassung jedoch nicht zwingend, so dass die Orientierung der beiden Modelle
beibehalten wurde und das Brustmodell um einen Faktor 2 verkleinert wurde, d. h. die Voxelgröße des Mammaphantoms
betrug in der Simulation 0,23535 × 0,23535 x 0,5 mm 3 . Damit ist seine Auflösung näher an der
Auflösung des endgültigen Brustmodells, und es lässt sich besser abschätzen, welchen Einfluss die hochaufgelöste
Brust auf die simulierten Bilder hat.
Es wurde eine Mammographie mit einer Röhrenspannung von 27 kV und eine Filterung von 0,03 mm Molybdän
und 0,025 mm Rhodium simuliert. Die Röhre wurde zentral über der Brust positioniert, wobei der Abstand
zum Brustzentrum 40 cm betrug. Der Detektor lag 4 cm von der Brustmitte entfernt, d. h. ca. 2,5 mm unterhalb
44 Ergebnisse der abgeschlossenen Forschungsvorhaben im Jahr 2012 - TB 04