Praktikum Radiologische Bildgebung in Medizin und Technik

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1 Praktikum Radiologische Bildgebung in Medizin und Technik Bestimmung der Al-HWD unter verschiedenen Aufnahmebedingungen an einer Röntgeneinrichtung für die Mammographie und Bestimmung des Spannungsganges eines FFS und bei einem CR-System Name: Matrikel-Nr.: Name: Matrikel-Nr.: Datum: Prof. Dr. C. Blendl Stand: Juni 2007

2 0 Grundlagen / Allgemeines: Die Al-HWD beschreibt zusammen mit der Angabe der Röntgenröhrenspannung U (kv) die Strahlenqualität der Röntgenstrahlung. Nach Durchtritt durch Filter im engen Strahlenbündel wird die Röntgenstrahlung aufgehärtet, d.h. das Maximum der Energieflussdichte verschiebt sich zu höheren kev-werten. Im breiten Strahlenfeld wird durch das durchstrahlte Objekt Streustrahlung erzeugt. Die Streustrahlung hat gegenüber dem einfallenden Strahl ein Energieflussdichtemaximum, das zu niedriger Energie verschoben ist. Welcher Effekt, Aufhärtung, bzw. Aufweichung überwiegt, hängt vom durchstrahlten Material und der Energie der einfallenden Strahlung ab und kann nicht immer vorausgesagt werden. Plexiglas (Polymethylacrylat, PMMA) simuliert ein Brustgewebe, welches zu 50% aus Drüsengewebe und zu 50% aus Fettgewebe besteht. Die Glandularität, d.h. die Drüsenhaltigkeit kann davon erheblich abweichen und würde für die jeweilige Glandularität bei gleicher Kompressionsdicke der weiblichen Brust unterschiedliche Röntgenröhrenspannungen für eine angemessene Darstellung des Drüsenkörpers benötigen. In der Mammographie besteht ein loser Zusammenhang zwischen durchstrahlter Objektdicke und Röntgenröhrenspannung: 2D+20=kV. Mit D = durchstrahlte Dicke des Objektes in cm ( Daumenregel ); als Strahlung wird bei der vorhandenen Röntgeneinrichtung eine Mo-Anode mit Mo- Zusatzfilterung verwendet. 1 Aufgabenstellung: 1. Es sind die Werte für die Al-HWD für unterschiedlichen Bedingungen zu ermitteln. Dazu ist bei einer bestimmten Materialdicke von PMMA die kv in kleinen Schritten zu variieren, bzw. bei einer kv ist die Materialdicke zu variieren. Die mas-werte sind so zu wählen, dass eine Einfalldosis K E von etwa 2-5 mgy entsteht, z.b. 28kV, 20mAs (siehe auch Tabelle 3 im Anhang). Tabelle 1: Spannungs-Dickenkombinationen Gruppe PMMA [mm] 20 24, , , , , ,5 80 KV (Bezug) kv-minimum kv-standard kv-standard kv-maximum Die Al-HWD wird über dem Phantom, d.h. in Primärstrahlung nur einmal für jede kv und in Bildempfängerebene gemessen. 3. Jede Gruppe bestimmt die Al-HWD für eine Materialdicke und i.d.r. 5 unterschiedliche kv- Werte 4. Die Ergebnisse sind zu bewerten (Diskussion). 5. Neben der Bestimmung der Al-HWD ist ein Film-Folien-System für die Mammographie (SC 25) so zu exponieren, dass die Einfalldosis K E und die Bildempfängerdosis K B für Nettodichte 1,0 und 1,6 bestimmt werden kann. 6. Alternativ ist eine Speicherfolien-Kassetten-Kombination so zu exponieren, dass bei einer ungefähren Dosis in Bildempfängerebene von ca. 100 µgy ein bei 28 kv ein konstantes Signal- Rausch Verhältnis entsteht.

3 2 Begriffe: Al-HWD: ist diejenige Schicht in Al (mm Al), welche die Energieflussdichte einer Strahlung auf die Hälfte reduziert. 3 Versuchsdurchführung 3.1 Verwendete Materialien und Geräte: PMMA: Polymethylmetacrylat (Plexi ) Al: Aluminium mit Reinheitsgrad 99,999% Dosimeter: PTW Diados Dosimeterkammer: für kv und eine Mo/Mo-Anoden-Filterkombination geeignet Röntgengenerator: Mammomat C Röntgenröhre: siehe Röhrenkennzeichnung EXCEL 3.2 Durchführung der Al-HWD-Bestimmung Aufbau Der Versuchsaufbau ist so zu gestalten, dass die Bedingungen einer Standardaufnahme simuliert werden: FFA: 60 cm; Verwendung des Spezialhalters für die Mammographie- Dosimeterkammer zum Einschub in die Kassettenlade des Mammographiegerätes; auf den Auflagetisch werden mittig zentriert und bündig mit der Brustwandkante PMMA-Platten in unterschiedlicher Dicke gelegt. Je nach aufgelegter Dicke der PMMA-Platten werden unterschiedliche Röntgenröhrenspannungen für die Untersuchung verwendet (s.o.). Das Dosimeter (PTW Diados mit für den kv-bereich geeigneter Messsonde) liegt mittig in der Kassetten-Lade des Auflagetisches und 6 cm von der Brustwandkante entfernt, bzw. an derselben Stelle auf den PMMA- Platten. Bei einer PMMA-Materialdicke wird die Standardspannung gemäß Tabelle 1 gewählt. Der mas-wert ist so zu wählen, dass ohne Al-Zusatzfilterung eine Dosis K B von etwa 50 µgy angezeigt wird. Als Startwert empfiehlt sich für eine Spannung von 28 kv und 40 mm PMMA ein mas-wert von Durchführung Der mas-wert wird für die Dosismessungen so gewählt, wie unter beschrieben. Anschließend werden Al-Platten unterschiedlicher Dicke unmittelbar über der Dosimeterkammer platziert. Die Gesamtdicke der Platten ist so zu gestalten, dass je zwei Werte ober- und unterhalb des halben Wertes der Dosis ohne Al-Zusatzfilter liegen. CAVE: Bei der Durchführung der Expositionen ist darauf zu achten, dass die Röntgenröhre nicht zu stark erhitzt wird. Ggf. sind Pausen zwischen den Expositionen einzulegen. Die Dosiswerte einer Reihe (kv und PMMA=konst.; Al-Zusatzfilter variabel) sind durch den Wert der Dosisbestimmung ohne Zusatzfilter zu dividieren (Normierung des Dosiswertes ohne Filter auf 1), zu logarithmieren (Basis 2) und gegen die verwendete Al-Dicke (x-achse) aufzutragen. Es ist eine lineare Kurveninterpolation vorzunehmen, bei der alle Stellen anzuzeigen sind, die von Null unterschieden sind, und der Kurvenfitt muss durch Null (ln1=0) geführt werden. Mit Hilfe der so ermittelten Geradengleichung ist die Al-Dicke für ln2=0,69... zu berechnen. Damit ist die Al-HWD für eine kv / PMMA-Kombination festgelegt Auswertung. Es ist ein dreidimensionales Diagramm anzulegen; mit Al-HWD (in mm Al) als z-achse, Dicke PMMA (in mm) als x-achse und der Röntgenröhrenspannung U (in kv) als

4 y-achse. Es ist die Gleichung zu bestimmen, mit der die resultierende, gekrümmte Oberfläche beschrieben werden kann. 3.3 Bestimmung der Dosen für konstante Dichte Mit den festgelegten PMMA-Dicken/kV-Kombinationen ist ein analoges Film-Folien-System für die Mammographie zu exponieren. Die Einfalldosis K E und K B für dieselbe Dichte: 1,0 und 1,6. Die Werte können aus der Messreihe für die Bestimmung der Al-HWD verwendet werden (lineares Verhältnis von mas und Dosis). Es ist der mas-wert für die Exposition zu wählen, mit dem die Nettodichte 1,0, bzw. 1,6 am besten angenähert werden kann. Liegen die Dichtewerte annähernd bei 1,0 (1,3 Nettodichte 0,7), bzw. bei 1,6 mit gleichen Toleranzen wie bei 1,0 so kann linear zwischen den Dichtewerten interpoliert werden. Die der jeweiligen Dichte, bzw. mas zugehörige Dosis in Kassettenebene K B kann aus den vorherigen Untersuchungen zur Bestimmung der Al-HWD berechnet werden. Die Nenndosis K N ist für die Nettodichte 1,0 zu bestimmen. Es ist ein dreidimensionales Diagramm anzulegen; mit der Einfalldosis K E (in µgy) für die Nettodichte 1,0 (bzw. 1,6) als z-achse, Dicke PMMA (in mm) als x-achse und der Röntgenröhrenspannung U (in kv) als y-achse. Es ist die Gleichung zu bestimmen, mit der die resultierende, gekrümmte Oberfläche beschrieben werden kann. Zusätzlich ist ein gleichartiges Diagramm auch für die Nenndosis K N zu erstellen. Mit Hilfe des vorhandenen EXCEL-Blattes zur Bestimmung der Parenchymdosis sind die Parenchymdosen für die durchgeführten Untersuchungen zu berechnen und in gleicher Weise aufzutragen. 3.4 Bestimmung desselben Grauwertes, bzw. desselben SNR. Mit den festgelegten PMMA-Dicken/kV-Kombinationen ist eine digitale Speicherfolienkassette für die Mammographie zu exponieren. Die Einfalldosis K E und K B für denselben Grauwert, bzw. dasselbe SNR ist zu ermitteln. Die Werte können aus der Messreihe für die Bestimmung der Al- HWD verwendet werden (lineares Verhältnis von mas und Dosis). Es ist der mas-wert für die Exposition zu wählen, mit dem derselbe Grauwert, z.b. 600 bei einer 10 Bit Tiefe des Bildsystems bei unterschiedlichen PMMA-/kV-Kombinationen erreicht wird. Die dem jeweiligen Grauwert, bzw. mas zugehörige Dosis in Kassettenebene K B kann aus den vorherigen Untersuchungen zur Bestimmung der Al-HWD berechnet werden. Tabelle 2: PMMA-Dicke (mm) kv-wert mas-wert min 4,5 7, mas-wert mittl mas-wert max Aus den Bildern ist jeweils mit der Histogrammfunktion von ImageJ der mittlere Grauwert zu ermitteln und in einer Tabelle festzuhalten. In einem Diagramm werden zu den kv-werten jeweils drei Punkte log(mas) zu GW angegeben, um mit der linearen Trendlinie die für die kv-werte charakteristischen Steigungen zu ermitteln. Die Werte der drei ermittelten Standardabweichungen pro kv werden mit der Histogrammfunktion von ImageJ im Bild gesucht, als Ergebnis die SNR gegen die logarithmierte Dosis aufgetragen um mit der linearen Trendlinie die für die mas-werte charakteristischen Steigungen zu ermitteln.

5 Es sind dreidimensionales Diagramme anzulegen; mit der Einfalldosis K E (in µgy) für denselben Grauwert oder dasselbe SNR als z-achse, mit der Dicke PMMA (in mm), bzw. der Al-HWD in µm Al als x-achse und der Röntgenröhrenspannung U (in kv) als y-achse. Es ist die Gleichung zu bestimmen, mit der die resultierende, gekrümmte Oberfläche beschrieben werden kann. Zusätzlich ist ein gleichartiges Diagramm auch für die Bildempfängerdosisdosis K B zu erstellen. Mit Hilfe des vorhandenen EXCEL-Blattes zur Bestimmung der Parenchymdosis sind die Parenchymdosen K PD für die durchgeführten Untersuchungen zu berechnen und in gleicher Weise aufzutragen. Summe 6 Diagramme 4 Ergebnisse Bitte wählen Sie die Tabellen entsprechend Ihrer jeweiligen Aufgabenstellung! 5 Diskussion Anlage: Tabelle zur Wahl geeigneter kv-, mas und PMMA-Dickenkombinationen für ein FFS Mit den angegebenen Kombinationen wird bei einem FFS der SC 25 eine Dichte zwischen 1 und 1,6 erreicht. Eine angemessene Filmverarbeitung wird dabei vorausgesetzt. Tabelle 3 PMMA-Dicke (mm) kv-mas- Komb. PMMA-Dicke (mm) kv-mas-komb , , , /50 22/36 22/62 23/71 24/100 24/110 26/100 24/32 24/20 24/40 25/45 26/62 26/71 28/80 26/20 26/14 26/25 27/25 28/32 28/45 30/50 28/16 28/10 28/20 29/18 30/25 30/32 32/40 30/12 30/7,1 30/16 31/12 32/20 32/25 34/ , , , /100 27/110 28/125 29/140 30/160 31/160 32/ 28/80 29/90 30/100 31/100 32/140 33/ 34/ 30/50 31/62 32/71 33/71 34/80 35/ 36/ 32/40 33/45 34/50 35/50 36/71 37/ 38/ 34/25 35/32 36/36 37/40 38/60 39/ 40/ Anmerkung: die fehlenden mas-werte sind noch zu ermitteln.