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