医用诊断X射线能谱模拟的对比分析

徐俊; 郝玮; 王家伟; 张志成; 杜宇生

doi:10.12338/j.issn.2096-9015.2024.0206

医用诊断X射线能谱模拟的对比分析

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2024.0206

1.
安徽省计量科学研究院，合肥 230051
2.
东华理工大学，南昌 330032

基金项目: 安徽省市场监督管理局科技计划项目（2023MK004）。

详细信息

作者简介:
徐俊（1976-），安徽省计量科学研究院高级工程师，研究方向：电离辐射与医学计量，邮箱：1620439751@qq.com

计量
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出版历程
- 收稿日期: 2024-06-27
- 录用日期: 2024-07-25
- 修回日期: 2024-08-02
- 网络出版日期: 2024-09-04

Comparative Analysis of Energy Spectrum Simulation for Medical Diagnostic X-Rays

1.
Anhui Institute of Metrology, Hefei 230051, China
2.
East China University of Technology, Nanchang 330032, China

摘要

摘要: 为了进一步了解医用诊断X射线的辐射特性和验证计算机能谱模拟方法的可行性，分别使用EGSnrc和MCNP5两种蒙特卡洛模拟程序，构建辐照装置的简易模型，模拟计算得到不同管电压、不同附加过滤厚度条件下的X射线能谱分布，并建立了RQR系列辐射质的能谱数据库。研究结果表明，管电压、过滤材料等都会影响X射线的能谱分布。日常实践中，在X射线设备的阳极靶角已确定的情况下，精确设定管电压，定期监测辐射质量变化情况，并对附加过滤进行必要的调整，是确保医用诊断设备测量结果一致性的必要手段。对比分析两种软件的模拟计算结果，平均能量差异小于2%。EGSnrc在模拟计算的过程中具有易使用、模拟效率高、数据处理方便等优势。
- 计量学 /
- 医用诊断X射线 /
- EGSnrc /
- MCNP5 /
- 蒙特卡洛模拟 /
- 能谱分布
Abstract: In order to further understand the radiation characteristics of medical diagnostic X-rays and verify the feasibility of computer energy spectrum simulation, two Monte Carlo simulation programs, EGSnrc and MCNP5, were used to simulate the X-ray energy spectrum distribution under different tube voltages and different additional filter thicknesses, and the energy spectrum database of RQR series radiation qualities was established. The results show that the energy spectrum distribution of X-ray is affected by tube voltage and filter material. In daily practice, when the anode target Angle of the X-ray equipment has been determined, the accurate setting of the tube voltage, regular monitoring of the radiation quality changes, and the necessary adjustment of the additional filtration are necessary means to ensure the consistency of the measurement results of the medical diagnostic equipment. Comparing and analyzing the simulation results of the two software, the average energy difference is less than 2%. EGSnrc has the advantages of easy use, high simulation efficiency and convenient data processing in the process of simulation calculation.
- metrology /
- medical diagnostic X-rays /
- EGSnrc /
- MCNP5 /
- Monte Carlo simulation /
- energy spectrum distribution

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图 1 BEAMnrc运行流程图

Figure 1. Flow chart of running BEAMnrc

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图 2 辐照器的几何模型

Figure 2. Geometric model of irradiator

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图 3 主输入文件参数

Figure 3. Main inputs file parameters

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图 4 XTUBE组件参数

Figure 4. XTUBE Component Module parameters

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图 5 能谱（RQR2～RQR10）

Figure 5. Energy spectrum（RQR2～RQR10）

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图 6 能谱（0.5 mm Al～4 mm Al）

Figure 6. Energy spectrum（0.5 mm Al～4 mm Al）

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图 7 能谱（40 keV～120 keV）

Figure 7. Energy spectrum（40 keV～120 keV）

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图 8 MCNP5运行流程图

Figure 8. Flow chart of running MCNP5

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图 9 MCNP5能谱模拟结果（RQR2～RQR10）

Figure 9. MCNP5 simulation results of energy spectrum（RQR2～RQR10）

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图 10 能谱（0.5 mm Al～4 mm Al）

Figure 10. Energy spectrum（0.5 mm Al～4 mm Al）

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图 11 能谱（40 keV～120 keV）

Figure 11. Energy spectrum（40 keV～120 keV）

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表 1 RQR系列辐射质的部分参数

Table 1. Partial parameters of RQR series radiation qualities

辐射质	管电压（kV）	电子束能量（MeV）	附加过滤（mm Al）
RQR2	40	0.04	0.20
RQR3	50	0.05	0.34
RQR4	60	0.06	0.60
RQR5	70	0.07	0.80
RQR6	80	0.08	0.90
RQR7	90	0.09	1.00
RQR8	100	0.10	1.00
RQR9	120	0.12	1.43
RQR10	150	0.15	1.70

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表 2 平均能量的模拟计算结果（RQR2～RQR10）

Table 2. Simulation results of mean energy（RQR2～RQR10）

辐射质	EGSnrc模拟结果（keV）	MCNP5模拟结果（keV）	相对误差（%）
RQR2	24.709	25.143	1.7
RQR3	28.744	29.139	1.4
RQR4	32.869	33.033	0.5
RQR5	36.589	36.676	0.2
RQR6	40.013	40.061	0.1
RQR7	43.296	43.187	−0.3
RQR8	46.073	46.174	0.2
RQR9	52.079	52.761	1.3
RQR10	58.906	59.061	0.3

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