Page 20 - IFM_201306

vol. 2 6/2013 Inżynier i Fizyk Medyczny

300

kontrola jakości

\

quality control

artykuł naukowy

\

scientific paper

Wstęp

Fantomy stosowane do testów urządzeń radiologicznych zwykle

symulują pacjenta pod względem oddziaływania z promienio-

waniem wykorzystywanym w danej technice obrazowania lub

terapii. Obiekt przeznaczony do oceny jakości obrazu w tomo-

grafii magnetycznego rezonansu jądrowego może być wykona-

ny z materiału odpowiadającego tkance pod względem gęstości

protonów i czasów relaksacji T

1

i T

2

. W ultrasonografii materiał

wykorzystany do konstrukcji fantomu powinien odpowiadać

tkance przede wszystkim pod względem prędkości rozchodze-

nia fali ultradźwiękowej. Najprostszym

takim materiałem jest wodny roztwór

soli kuchennej w odpowiednim stęże-

niu i temperaturze (prędkość dźwięku

zależy m.in. od temperatury ośrodka).

Z kolei zastosowanie materiału żelowe-

go pozwala na uzyskanie takiego same-

go rozproszenia fali ultradźwiękowej,

jakie występuje podczas propagacji

fali ultradźwiękowej przez tkanki. Do-

stępne są także fantomy, które imitują

pacjenta pod względem kształtu i wy-

miarów oraz oddziaływania z wieloma

różnymi rodzajami promieniowania

stosowanymi w obrazowaniu medycz-

nym. Niektóre z nich można obrazować

w ultrasonografii, rezonansie magne-

tycznym i tomografii komputerowej,

a jeśli są wykonane ze sprężystych ma-

teriałów – odkształcać i nakłuwać. Fan-

tomy takie mogą być stosowane do weryfikacji poprawności

nakładania obrazów uzyskanych różnymi technikami, a nawet do

weryfikacji poprawności wykonywania biopsji [1]. Podczas ruty-

nowych testów wykonywanych przez inżynierów i fizyków sto-

suje się fantomy znacznie prostsze, symulujące jedną wybraną

cechę tkanki i mające proste geometryczne kształty. W obrazo-

waniu rentgenowskim i w radioterapii są to zazwyczaj fantomy

w kształcie prostopadłościanów lub walców, które odpowiadają

tkance pod względem liniowego współczynnika osłabienia pro-

mieniowania. Zależnie od celu testu stosowane są fantomy jed-

norodne lub zawierające struktury.

Zależność osłabiania promieniowania X

od materiału i energii promieniowania

Na rysunku 1 przedstawiono zależność liniowego współczynnika

osłabienia promieniowania X od energii dla kilku różnych materia-

łów: wody, tkanki miękkiej, trzech tworzyw sztucznych o gęstości

zbliżonej do tkanki miękkiej i trzech materiałów przeznaczonych

do symulowania wody wwiązkach fotonowych stosowanychw ra-

dioterapii (Gammex Solid Water, PTW RW3 i CIRS Plastic Water).

Współczynniki osłabienia dla poszczególnych materiałów zostały

wyznaczone za pomocą danych udostępnianych przez amerykań-

ski National Institute of Standards and Technology [2]. Niezbędne

do tych obliczeń informacje o składzie i gęstości materiałów sy-

mulujących wodę w radioterapii zostały zaczerpnięte z literatury

[3], natomiast dane dotyczące składu i gęstości typowej tkanki

miękkiej pochodzą z raportu ICRU 44 [4].

Porównanie współczynników osłabienia promieniowania dla

poszczególnych zakresów energii prowadzi do interesujących

obserwacji. W wiązce promieniowania X stosowanej w radiote-

rapii (o energii rzędu kilku MeV) polistyren, który ma gęstość

o ok. 5% wyższą niż woda, rzeczywiście osłabia promieniowanie

nieco bardziej niż woda. Jednocześnie jednak dla wiązki pro-

mieniowania X stosowanej w rentgenodiagnostyce (o energii

rzędu kilkudziesięciu keV) polistyren osłabia promieniowanie

zdecydowanie słabiej niż woda. Materiał o nazwie Plastic Water

jest przeznaczony do symulowania wody dla energii promie-

niowania stosowanych w radioterapii i w tym zakresie energe-

tycznym rzeczywiście dobrze odpowiada wodzie. Dla niskich

energii stosowanych w mammografii materiał ten charaktery-

zuje się jednak współczynnikiem osłabienia promieniowania

nawet kilkukrotnie wyższym niż woda. Obserwowane różnice

można oczywiście łatwo wytłumaczyć. Dla energii stosowanych

w radioterapii głównym mechanizmem oddziaływania fotonów

jest rozproszenie Comptona, czyli rozproszenie na elektronach.

Współczynnik osłabienia promieniowania dla danego materiału

zależy więc głównie od liczby elektronów w jednostce objętości

materiału, czyli od gęstości elektronowej, natomiast nie zależy

od składu. Dla niższych energii promieniowania, stosowanych

w obrazowaniu rentgenowskim, znaczny udział w oddziaływa-

niu promieniowania X z materią ma efekt fotoelektryczny. Jego

prawdopodobieństwo zależy bezpośrednio od liczby atomowej,

czyli składu materiału. Dlatego materiał, który odpowiada wo-

dzie w radioterapii (bo ma zbliżoną gęstość elektronową), nie

Rys. 1

. Zależność liniowego współczynnika osłabienia promieniowania X od energii dla różnych materiałów (na

podstawie danych zawartych w bazie udostępnianej przez NIST [2]). Materiały przeznaczone do symulowania wody

w wiązkach radioterapeutycznych (RT) są produkowane także w innych wersjach, różniących się charakterystyką

od przedstawionej na wykresie

Page 20 - IFM_201306_vA 150 dpi