利用三层异构乳房和胸部的乳腺幻影通过MCNPX代码在不同诊断x射线辐射剂量水平:蒙特卡罗模拟研究

1。介绍

乳房x光检查在乳腺癌诊断和评估中扮演重要的角色。然而,乳房x光检查的优势并不总是利大于弊。一些文学关注的增加乳腺癌的发病率开始后的乳房x光检查筛查项目(1)。由于乳房组织的性质,乳房x光管生产有特殊阳极/目标材料和焦斑大小。乳房x光检查使用低管电压(25 - 30千伏峰值),低马,长曝光时间和不同的滤波器组合增加乳房是由软组织对比差异。参数的使用会导致吸收的辐射的增加乳房组织由于光电吸收和康普顿散射。筛查性乳房x光检查的优势,据报道,乳房x光检查的敏感性随乳房密度的增加而减小。评估乳腺癌剂量测量辐射防护的一个重要方面,因为定期进行筛查性乳房x光检查。腺组织在乳房组织是最容易辐射诱导突变(2)。因此,平均剂量腺(MGD)是用于辐射剂量测定法的标准数量在1987年作为ICRP推荐的乳房x光检查。辐射剂量优化需要避免MGD增加可能导致乳腺癌的增加(3)。当然,直接测量MGD是不可能的,所以是用来与可测量的剂量转换因子MGD数量。转换的因素通常是基于乳腺癌的特点(大小和构成)和x射线光谱用于乳房x光检查检查。蒙特卡罗模拟是用来克服使用幻影的约束来模拟母乳成分和x射线光谱。简单和复杂几何模型被开发来计算转换因素与可测量的数量,这一事件的空气比释动能mGy、MGD (4)。在乳房x光检查,各种蒙特卡罗代码被使用,包括MCNP或MCNPX (5,6)和Geant4 (7)。尽管,乳房组织的密度和组成数据仍然是最小的(4),需要估计的能源到乳房内腺体组织(8- - - - - -10)。目前的研究旨在执行一个全面研究建立详细的蒙特卡罗模拟设置为不同的乳房厚度和估计这些建模MGD乳房幻影。相比之下,文献提出了几个模型和概念将推进乳腺癌剂量测定法技术的模拟级别。最近,Chang et al ., (11)提出了一个三层均匀乳房幻影的蒙特卡罗模拟规范化腺剂量系数在乳房x光检查。他们这三层的剂量学特性描述异构幻影与成功。然而,这些层被吸收的能量比率,这些比率的程度依赖于层属性仍然未知。这一势头,我们寻求答案的担心可能会进一步提供动机科学界调查,以及扩展第一阶段研究的结果通过调查的特点这新的三层异构模型在更深的层面上。结果可用于先进的评估MGD值在病人对乳房x光检查病人的风险评估。结果还可用于癌症风险评估患者现有的故事或基因倾向于一些其他类型的癌症。

2。材料和方法

2.1。蒙特卡罗模拟

的情况下在实验和临床研究是困难的或身体不可能进行,可以使用蒙特卡罗模拟方法。这种情况可能从器官剂量测定法(12- - - - - -15在临床研究屏蔽计算()16- - - - - -18在辐射防护研究,覆盖广泛。一些著名的蒙特卡罗仿真辐射运输代码如MCNP (19),GEANT4 (20.),EGSnrc (21)和丙烯酰胺(22),一直用于这种目的。几何设计和仿真研究过程中使用的乳房影迷进行了版本MCNPX 2.7.0 (19),这是一个著名的和通用的蒙特卡罗代码。首先,一个三层乳房幻影了。对于每一层,一个独特的腺分数值被分配。层的女朋友值计算与先前研究几何的概念。在MCNPX输入文件中,每一层被指定为一个单独的细胞。这些细胞卷的内容,以及他们的元素比例分数和密度,是在输入文件中指定依照不同的女朋友值。除了元素百分比和密度,乳房周围的皮肤层三层模型的五个面也定义。乳房的背面设计模型中,身体幻影与人体组织的密度是添加到输入文件。在最后阶段,源与源图像受体65厘米的距离被定义在乳房幻影。图1说明了乳房幻影从侧面图和源。所示图1,乳房幽灵组成,从上到下,细胞的3、4、5。细胞的几何图形8 7和11都经过精心建模从外侧边缘皮肤层。图1 b描述了模型的细胞结构的细胞10身体幻影。此外,图1 b描述了压缩板的横向视图放置在顶部和低的乳房幻影。输入文件完成后,几何建模是通过使用MCNPX评估3 d图像编辑器以及任何几何错误被证实。图2显示3 d几何图形推导通过MCNPX可视化编辑器(已经将)二维几何图形所示图1。见图2,乳房幽灵被压缩板的方式适合于临床应用。与此同时,模拟研究是通过联想ThinkStation P620塔式工作站AMD的处理器Ryzen™Threadripper。

2.2。MCNPX代码的验证

MCNPX代码的验证过程,乳房摄影过程中指定的剂量计准则之前发表AAPM tg - 195 (23)报告使用。对于这个过程,手动的乳房幻影建模(见使用相同的参数图3),80 - 20%的脂肪/腺组织被定义。随后,建模中的能量沉积幻影测量按照向导中指定的能量值(23)。这个数量(兆电子伏/ g)计算使用F6 (16,19)统计网的延伸MCNPX代码。根据调查的性质和photon-matter交互的预期结果,MCNPX代码使用多种统计网格。根据调查的预期结果,他们每个人都会产生一个独特的结果。F6统计网提供的能量沉积/质量,通常称为兆电子伏/ g。根据我们的研究目标,我们旨在观察能源的数量存入乳房幻影的层作为能量来源的函数。因此,它是恰当使用F6统计网,已独立there-layers中指定,仿真结束时,我们获得了每一层的沉积能量数量。中位数,4754 eV /光子的平均三个迭代计算后确定。观察到的偏差率低于0.3%。这个最小偏差率被视为一个重要的信号数据的可靠性物理库和列表受雇于这个模拟调查。

3所示。结果和讨论

本研究的目的是探讨吸收能量的总量,这发生在3层异构乳房模型在文献和行为变化在不同的层。在输入文件中,每一层的建模乳房幻影因此具有不同的细胞结构和组成(见表1)。按照研究的目的,是为每个操作三次能源价值的低能量范围26-36 keV的曲目数量10⁸NPS。每个运行操作进行26-26 keV能量范围的单独记录,和平均结果记录下来。图4一描述了异构三层的接触乳房幻影压缩板之间产生的x射线源。图4 b描述,从横向的角度来看,测量轴的研究中被认为是依赖资源的吸收能量的总量变化层的能量依赖性变化的体内被吸收的能量幽灵作为当前研究的两个主要的焦点。得到了三个不同的F6统计结果输出文件的三个不同的层次建模为单独的细胞区域(见图1)。这是通过定义所需的代码的输出分别根据细胞,在部分统计网格定义在数据卡输入文件的部分。下面的代码行是吸收所需的能源量行细胞3、4和5的F6统计网格在输入文件中定义的。

F6: p 3。

F16: p 4。

5 F26: p。

因此,从输出文件获得的数据记录单独为每个能量价值,和能量吸收的数量在三个不同的层次分析的函数增加能源来源。图5代表的能量吸收的三个不同层次的函数增加能源来源。我们可以看到图1,最接近源顶层是3^{理查德·道金斯}细胞,它被定义为图层1的输入文件。另一层细胞4(2)层和细胞5(第三层),分别。我们可以看到图5图层1,吸收的能量是在最高水平的最低能量26 keV的价值。而且,吸收的能量在第二层和第三层减少,分别。26 keV低能光子穿透第一层后第一次与皮肤层的交互,因此释放大部分的精力投入到第一层。这是一个自然结果的x射线穿透能力(24)。然而,从26 keV能量的增加到27个keV能量吸收的数量减少造成了第一层。平行,吸收的能量增加第二和第三层。这是由于这种转变的x射线的穿透特性从26 keV上升到27 keV,第二层,他们在第一层吸收超过。在第一层允许减少吸收这些未被吸收的x射线通过第二层(25,26)。因此,未被吸收的x射线在第一层没有公布他们的能量。未释放的能量已经通过第一层传播,被其他层吸收,增加了能量吸收的数量连续层,如第二层和第三层。图5描述了这个发生在图层1减少和增加层2和3的结果从26 keV上升到36凯文。之间的层密度最低的三个不同的层为异构乳房模型指定层1。这种情况影响了能量增加主要x射线的传播的过程。图5表明,能源减少的趋势在第一层的每个后续能源增加显著低于第二和第三层的增加趋势。这是因为层之间的密度变化引起的女朋友因素(11)。评估每一层分别后,总能量吸收的三层为每个能源价值决定和所示图6提高能源的函数。所示图6的上升趋势的总能量吸收之间的三层26 keV 30 keV和30 keV 36 keV有所不同。低能量的x射线会释放他们的能量第一,第二,第三层,分别在第一能源范围(keV 26 - 30日)。然而,尽管这种趋势也可能会看到在第二能量范围,这是第一次相比不那么显眼的能量范围(即。,凯文26 - 30日)。虽然这表明x射线能量超过30 keV在三层吸收潜力,这也表明,他们有更高的倾向于通过第三层,达到图像受体。如前所述在前面的部分中,改善传输属性允许x射线穿过物质,同时保持他们的能量。这是当观察30 keV后上升趋势明显。因此,可以说一个能量吸收的能量依赖性的变化量最大的三层26 - 30日keV能量范围。同时,大量吸收的能量每三层的计算在26至36 keV的能量范围,和平均价值。图7通过平均结果的三层中每一个能量值进行能量范围。第一层平均52.97%的主要吸收x射线,紧随其后的是第二层和第三层分别增加了31.32%和15.72%。变化量的能量在体内吸收幽灵(见图4),建模背后的三层乳房幻影研究作为提高能源的函数。图8说明被人体吸收的能量幻影增加能量的函数值。能量被人体吸收幽灵数量的增加比例上升的能源。这种趋势,另一方面,并没有改变从层到层,而是遵循一个非常一致的上升趋势。这种情况也可能被解释成散射的可能性从第一,第二,第三层影响建模的身体幻影。换句话说,能量释放造成的反比例增加传输层中是不存在的。这是因为身体幽灵总是联系异构建模三层乳房幻影。这一发现表明,高能源使用可能导致不断增加的数量在乳腺剂量考试考试区域以外的地区。考虑胸壁的剂量暴露和风险,因此,胸区域,在主要接触乳房组织在乳房x光检查操作,需要剂量优化可能会再次强调。

4所示。结论

乳房x光检查操作的剂量分布评估越来越重要。这是由于这样的事实:乳腺癌女性死亡率最高的国家之一。利用低能x射线使非常重要的早期检测这种类型的癌症。x射线的用法,这是一个要求和必要的这个过程中,科学界强烈驱动执行各种类型的剂量学研究过程。通常情况下,乳房x光检查剂量学技术缺乏实验的可行性。因此,复杂的蒙特卡罗模拟方法,如EGSnrc MCNPX Geant4,佩内洛普,编码,利用辐射传输模拟事件。本研究的目的是延长第一阶段调查的三层异构乳房模型给定的文献中,彻底解决一些自然的情况下,提供数据作为文学的延续。科学界有以下建议基于调查的结果。

•不同的腺体分布有显著影响能量的数量由各种乳房层接收。

•在层腺比低、低能耗主要x射线穿透性是最高的。为了增加能量,吸收层的低腺比降低。

•这导致x射线释放他们的能量层底部。

•另外,能量增加的数量的增加乳房组织吸收的能量。

•MCNPX代码是一个重要的工具,可用于乳房x光检查程序的剂量学验证提出了与标准报告中给出的值。

在未来,研究小组打算检查三层异构乳房模型从其他角度,如压缩级别和功能点分布在每层以及身体的幻影。最后,它应该强调,进一步的剂量学研究这样详细的幽灵可能受益科学界提供更全面的信息减少剂量,先进的辐射防护策略,评估防护材料。

数据可用性声明

原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。

作者的贡献

GA和ER:写作和计算。《我们》:写作和文献综述。门将和AE:计算和可视化。赫兹:写作和数据分析。HT:监督、写作、计算和研究的概念。所有作者的文章和批准提交的版本。

资金

公主Nourah少女阿大学研究人员支持项目数量(PNURSP2023R149),公主Nourah少女阿大学,利雅得,沙特阿拉伯。

确认

作者想表达最深的谢意公主Nourah少女阿大学研究人员支持项目数量(PNURSP2023R149),公主Nourah少女阿大学,利雅得,沙特阿拉伯。作者AE承认Dunarea de乔斯加拉茨大学的支持。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

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