Charakterisierung des Strahlformfilters eines MDCT-Systems: Vergleich Monte-Carlo simulierter Transmissionsspektren eines Filtergeometriemodells mit gemessenen Röntgenspektren

Ziele: In der MDCT wird die Intensität der Röntgenstrahlung des Strahlenfächers durch Formfilter („Bowtie''-Filter) moduliert, um die Strahlenexposition der Haut der Patienten zu reduzieren und gleichzeitig die Photonenstatistik am Detektor zu homogenisieren. Um ein realistisches Geometriemodell eines Strahlformfilters zu konstruieren, wurde sein Schwächungsprofil durch Messung von Röntgenspektren charakterisiert und ein entsprechendes Filtergeometriemodell mittels MC Simulation validiert. Methode: Mit einem Compton-Spektrometer wurden primäre CT-Röntgenspektren (120kVp) für steigenden Winkelabstand (0°-21°) vom Zentralstrahl des Strahlenfächers gemessen. Auf Basis der gemessenen Spektren wurde ein geometrisches Modell des Strahlformfilters aus Aluminium berechnet und in eine Geant4 MC Simulation implementiert. Die in Abhängigkeit des Strahlformfiltermodells simulierten Röntgenspektren wurden mit den direkt gemessenen Spektren verglichen. Ergebnis: K-Kanten gemessener und simulierter Spektren stimmen gut mit Theoriewerten für Wolframanoden überein (60keV, 58keV, 67keV, 69keV). Im direkten Vergleich weichen die simulierten Spektren im Energiebereich von 30–115keV um weniger als ±0,2% von den gemessenen ab, bei Energien oberhalb 115keV ergeben sich Residuen von maximal 2,0%. Unter ~30keV steigt die maximale Abweichung auf bis zu 25% bei einem Fächerwinkel von 21°. Am Rand des Strahlenfächers sinkt die Intensität bei gleichzeitiger Aufhärtung um ca. 20keV auf 4% (gemessen) bzw. 7% (simuliert). Schlussfolgerung: Der Vergleich simulierter und gemessener Spektren zeigt sehr gute qualitative und quantitative Übereinstimmung. Abweichungen bei kleinen Energien (<30keV) resultieren aus geringer Photonenstatistik der Simulation, sowie aus der nicht modellierten Filtration niederenergetischer Photonen. MC-Modelle von Strahlformfiltern können in Simulationen der MDCT genutzt werden, z.B. um geschwächte Röntgenspektren abzuschätzen, Filtergeometrien und -materialien zu evaluieren sowie um die Strahlenexposition zu simulieren.

Keywords: Strahlformfilter, Bowtie-Filter, MDCT, Röntgenspektrum, Monte-Carlo Simulation

Korrespondierender Autor: Stiller W

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