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Fｌａｔ Panel Detectorの
エネルギー感度特性
ー直接変換方式と間接変換方式の比較ー
越田吉郎、高田光雄、鈴木陽、能登公也
金沢大学大学院医学系研究科保健学専攻
背景
近年，放射線医学の発展に伴い，長年使われ
ていたアナログ方式をディジタル化とする移行が
進み、フィルムレス化への傾向が強い．
しかし、こうした状況の中でディジタル機器の
Computed RadiographyやFlat Panel
Detector(FPD)研究はまだ不十分であり，一般
撮影の撮影条件は，以前のアナログ式の条件を
用いていることが多いのが現状であり，ディジタ
ル化に対応した条件を確立できれば有効性が向
上する。
X線energyの変換方式
目的
モンテカルロシミュレーション法を用い、FPDの
直接変換法と間接変換法におけるエネルギー
特性を検討し、エネルギーと検出器の吸収線
量の関係を調べることによって、撮影条件の有
効化を図ることを目的とした。
使用機器
ＦＰＤ装置：
島津製作所製
（ＲＡＤＩＯＴＥＸsafire）直接変換方式
ＳＩＥＭＥＮＳ社製
（ＡＸＩＯＭ ＡｒｉｓｔｏｓＭＸ/ＮＸ）間接変換方式
Ｘ線照射装置：
島津製作所製 UD 150L-RⅡ
グリット：
SIEMENS社製
８０本、１５/１、Paper
Smit röntogen社製 ６０本、１３/１、Carbon Fiber
三田屋製作所製
４０本、１２/１、Ａｌ
６０本、１４/１、Ａｌ
線量計：
東洋メディック株式会社製 ＲＡＭＴＥＣ－１０００Ｄ
対象とした光子エネルギー
単一エネルギーのX線
10 ｋeV~150 keV （10 ｋeV間隔）
連続エネルギー（一次X線）
50 ｋV~130 ｋV（10 ｋV間隔）
IEC61267で公表されたAl 付加後の連続エネルギー
管電圧50,70,90,120 ｋV
水２０ｃｍの層を付加した連続エネルギー
管電圧50,70,90,120 ｋV
管電圧と付加Alの関係
RADIATION
QUALITY NO.
管電圧
[kV]
半価層
[mm]
付加のAl[mm]
RQA ３
50
4.0
10.0
RQA ５
70
7.1
21.0
RQA ７
90
9.1
30.0
RQA ９
120
11.5
40.0
IEC 61267：1994
シミュレーション (EGS4)

［照射条件］
ターゲット角度：12 °
直接変換法
光子
Glass 1 mm


総ろ過：2.5 mmAl当量
ターゲットから検出器の
距離 １ m
エポキシ樹脂 1 mm
金 0.5 μｍ
α-Se 1mm
間接変換法
光子

光子の数：50 万個
CsI
550 μm
α-Si 100 μm
Response（感度）
の定義
検出器の吸収線量 [Gy]
Response =
空気カーマ [Gy]
＊同じ空気カーマに対する検出器（α-SeとCsI）
の吸収線量の比を感度とした
＊ α‐Seのイオン収集率を考慮していない
＊ CsI発光効率およびα‐Si蛍光収率を考慮していない
方法 （FPDの物理特性）
入出力特性
タイムスケール法に
よる
ディジタル特性曲線
コリメータ絞り
付加Alフィルタ
150cm
解像特性
エッジ法による
プリサンプリングMTF
ノイズ特性
RMS粒状度
線量計
50cm
12mm
散乱線絞り
タングステン
検出器表面
FPDの入出力特性
直接変換方式
間接変換方式
18000
4500
16000
4000
14000
3500
デ 12000
ィ
ジ 10000
タ 8000
ル
値 6000
デ
3000
ィ
ジ 2500
タ 2000
ル
値 1500
1000
50kV
70kV
90kV
120kV
4000
2000
50kV
70kV
90kV
120kV
500
0
0
0
2
4
6
8
入射線量[mGy]
10
12
14
0
1
2
3
4
入射線量[mGy]
5
6
7
8
連続エネルギー
エネルギー特性
7000
100
5000
90
70kV
80
90kV
70
Response
6000
50kV
120kV
光子数
光子数
4000
3000
90kV
70kV
60
50
40
30
2000
直接変換法
間接変換法
120kV
50kV
20
1000
10
70kV
50kV
120kV
90kV
0
0
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
光子エネルギー[keV]
100.0
120.0
25
27
29
31
33
35
37
光子エネルギー〔keV〕
39
41
43
直接変換法（α-Se）
180
160
RQA 7
140
RQA 5
Response
120
単一
連続
連続＋付加Al
連続+付加水
RQA 9
100
80
RQA 3
60
40
20
0
0
10
20
30
40
50
60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
光子エネルギー〔ｋeV〕
間接変換法（CsI）
25
単一
連続
連続＋付加Al
連続+付加水
RQA 7
20
Response
RQA 5
RQA 9
15
10
RQA 3
5
0
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
光子エネルギー〔keV〕
直接変換法 エネルギーごとの実測との比較
y = 1458.6x
12000
シミュレーション
実測
R = 0.9941
y = 1379x
50kV
70kV
90kV
120kV
8000
1
R = 0.9955
y = 1332.5x
R2 = 0.9986
6000
1.34％
0.8
y = 868.91x
11.76％
0.6
2
6.91％
R = 0.9998
4000
0.4
2000
0.2
0
0
0
2
基準
2
比率
10000
ディジタル値
1.2
2
4
6
線量[mGy]
8
10
30
50
70
90
管電圧[ｋV]
110
130
間接変換法 エネルギーごとの実測との比較
1.2
3500
50kV y = 882.65x
2
70kV R = 0.9998
90kV
121kV
ディジタル値
3000
2500
2000
y = 804.9x
2
R =1
1
y = 770.11x
2
R =1
0.8
比率
4000
y = 446.22x
2
R =1
1500
シミュレーション
実測
基準
0.93％
1.91％
0.6
0.4
13.9％
1000
0.2
500
0
0
0
1
2
3
4
線量[mGy]
5
6
7
30
50
70
90
管電圧[ｋV]
110
130
間接変換法
実測との比較
特性曲線
4000
50kV
70kV
90kV
121kV
ディジタル値
3500
3000
2500
y = 804.9x
R2 = 1
y = 882.65x
R2 = 0.9998
y = 770.11x
R2 = 1
y = 446.22x
R2 = 1
2000
1500
1000
500
0
0
1
2
3
4
5
6
7
線量[mGy]
シミュレーションの比率
実測の比率
%
50kV
0.444
0.506
13.9
70kV
0.856
0.872
1.91
90kV
1
1
0
120kV
0.903
0.912
0.93
直接変換法
実測との比較
特性曲線
12000
50kV
70kV
90kV
120kV
ディジタル値
10000
8000
y = 1379x
2
R = 0.9955
y = 1458.6x
2
R = 0.9941
y = 1332.5x
R2 = 0.9986
6000
4000
y = 868.91x
2
R = 0.9998
2000
0
0
2
4
6
8
10
線量[mGy]
シミュレーションの比率
実測の比率
%
50kV
0.557
0.596
6.91
70kV
0.958
0.945
1.34
90kV
1
1
0
120kV
0.817
0.914
11.76
DQE(Detective Quantum Efficiency)
2
(S / Nout( f ))
DQE( f ) 
2
(S / Nin ( f ))
直接測定できる項目を使って
k  MTF( f )
k  MTF( f )
DQE( f ) 
DQE( f ) 
2
(S / N )in  NPS( f )
q WS ( f )
2
2
k：
検出器出力
MTF(f)：プリサンプリングMTF
q：
単位面積あたりの入射Ｘ線光子数
WS(f)： ノイズウィナースペクトル
2
2
グリッドの物理特性
グリッドの物理的特性
・コントラスト改善度（ＣＩＦ）
・露出倍数（ＢＦ）
・選択度
撮影条件：
・管電圧…１２０ｋＶ
１００ｋＶ
８０ｋＶ
６０ｋＶ
５０ｋＶ
コントラスト改善度と露出倍数の比較

ＣＩＦ（コントラスト改善度）＝Ｔｐ（一次Ｘ線透過率）×ＢＦ（露出倍数）
6.5
Ｂ－Ｋ特性
6
コ 5.5
ン
ト 5
ラ
ス 4.5
ト
改 4
善
度 3.5
15(paper)
14(Al)
13(C)
12(Al)
3
2.5
3.5
4.5
5.5
6.5
7.5
露出倍数
8.5
9.5
10.5
MTF（グリッドなし）
直接変換方式
間接変換方式
1.2
1.2
50kV
70kV
90kV
120kV
プ 1
リ
サ
0.8
ン
プ
リ 0.6
ン
グ
0.4
M
T
F 0.2
50kV
70kV
90kV
120kV
プ 1
リ
サ
0.8
ン
プ
リ 0.6
ン
グ
0.4
M
T
F 0.2
0
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
空間周波数[cycles/mm]
ナイキスト周波数≒3.3 [cycles/mm]
0
0.5
1
2.5
2
1.5
空間周波数[cycles/mm]
3
3.5
ナイキスト周波数≒3.5 [cycles/mm]
4
MTF（グリッド使用）
直接変換方式
間接変換法式
（12/1 40本）
（15/1 80本）
1.2
1.2
50kV
70kV
90kV
120kV
プ
リ 1
サ
ン 0.8
プ
リ 0.6
ン
グ 0.4
M
T
0.2
F
プ
リ
サ
ン
プ
リ
ン
グ
M
T
F
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
空間周波数[cycles/mm]
3
3.5
4
（14/1 60本）
1.2
50kV
70kV
90kV
120kV
プ 1
リ
サ
ン 0.8
プ
リ 0.6
ン
グ 0.4
M
T
F 0.2
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
空間周波数[cycles/mm]
3
3.5
4
50kV
70kV
90kV
120kV
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
空間周波数[cycles/mm]
3
3.5
4
RMS粒状度
0.024
0.18
0.16
0.14
0.022
50kV 直接
50kV 間接
0.02
70kV 直接
70kV 間接
90kV 直接
90kV 間接
120kV 直接
120kV 間接
R
M 0.018
S
0.12
0.016
R 0.1
M
S 0.08
0.014
0.012
0
0.06
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
線量[mGy]
0.04
0.02
0
0
0.5
1
1.5
2
線量[mGy]
2.5
3
3.5
まとめ





入出力特性
直接変換方式での感度の良いのは、
90kV(RQA7)>70ｋV(RQA5)>120ｋV(RQA9)>50ｋV(RQA3)
間接変換方式では、
90ｋV(RQA7)>120ｋV(RQA9)>70ｋV(RQA5)>50ｋV(RQA3)
シミュレーションとの誤差
実測との比較では，数％以内であり、大きい誤差でも13.9％で
あった
グリッド特性
Ｂ－Ｋ特性曲線より、中間物質はＣａｒｂｏｎ>Ｐａｐｅｒ>Ａｌの順に良い。
解像特性
グリッドなしでは、直接変換方式・間接変換方式ともにMTFに差は
見られない。
ノイズ特性
線量を多くするとRMS粒状度は向上するが、直接変換方式では
0.7mGy、間接変換方式では0.5mGy以上でRMS粒状度は一定に
なる。間接変換方式の方がRMS粒状度は良い。
結論
ＦＰＤの最適条件
 両方式ともに、感度が最も良い線質はRQA7(90kV)で、
RQA3(50kV)は感度が低い。90kV前後が最適管電圧
 RMS粒状度が一定になる線量は、直接変換方式で0.7mGy、
間接変換方式で0.5mGyである。
グリッドの選択
 少ないＸ線量で同等なコントラストを得られる事からグリット
の中間物質がＡｌの物よりＰａｐｅｒやＣａｒｂｏｎを用いた方が良
いと考えられる。
今後の課題
ウィナースペクトルを測定することにより、その結果とMTFの結果を用いて、
NEQ(雑音等価量子数)・DQE（検出量子効率）を求め、総合的な評価をする
必要がある。
補足（入射スペクトル）
7000
連続エネルギー
6000
連続＋付加Al
5000
連続＋付加水
光子数
4000
3000
2000
50ｋV， 70ｋV， 90ｋV， 120ｋV
1000
0
(15.0)
5.0
25.0
45.0
65.0
85.0
105.0
125.0
-1000
光子エネルギー[keV]
800
120
700
100
600
80
60
光子数
光子数
500
400
300
40
200
20
100
0
(15.0)
0
5.0
25.0
45.0
65.0
85.0
-100
105.0
125.0
(25.0)
25.0
75.0
-20
光子エネルギー[keV]
光子エネルギー[keV]
125.0