Estudo de diferentes parâmetros na simulação de espectro de raios X diagnósticos usando o código MCNPX
DOI:
https://doi.org/10.15392/2319-0612.2023.2119Palavras-chave:
Espectro de raios X, Simulação Monte Carlo, MCNPXResumo
In radiology, knowing the X-ray spectrum characteristics makes it possible to estimate the absorbed dose in the patient and to improve image quality. In this study, an X-ray generator was proposed using the MCNPX code and to validate it, the simulated spectrum was compared to the data provided from AAPM Task Group 195, which resulted in a percentage difference of 8.7%. Furthermore, several X-ray spectra were generated and compared to the spectra obtained from commercially available softwares as xpecgen and SpekCalc. The percentage differences were of the order of 13% in comparison with SpekCalc and 8% with xpecgen. The major differences obtained between those spectra were concentrated in the region of characteristic peaks, independently if variations in electron beam energy, target angle or filtration thickness were performed.
Downloads
Referências
SECHOPOULOS, I. et al. Monte Carlo reference data sets for imaging research: Executive summary of the report of AAPM Research Committee Task Group 195. Medical Physics, 42, 5679-5691, 2015.
PARK, H. et al. Monte Carlo methods for device simulations in radiation therapy. Phys Med Biol, 66 18TR01, 2021.
YORIYAZ, H. Método de Monte Carlo: princípios e aplicações em Física Médica. Revista Brasileira de Física Médica, 3(1):141-9, 2009.
TRAN, K. A. et al. Study on the characteristics of X-ray spectra in imaging diagnosis using Monte Carlo simulations. Journal of the Korean Physical Society, Vol. 69, No. 7. 2016.
REYNOSO, F. J. et al. Comparison of filtered X-ray spectra and depth doses derived from a hybrid Monte Carlo model of an orthovoltage X-ray unit with experimental measurements. Biomed Phys Eng Express 2 045011, 2016.
CHUSIN, T.; MATSUBARA, K.; TAKEMURA, A.; OKUBO, R.; OGAWA, Y. Validation of mammographic x-ray spectra generated using Particle and Heavy Ion Transport code System. Phys Med Biol, 18;65(6):065004, 2020.
AY, MR. ; SHAHRIARI, M.; SARKAR, S.; ADIB, M.; ZAIDI, H. Monte carlo simulation of X-ray spectra in diagnostic radiology and mammography using MCNP4C. Phys Med Biol, 7;49(21):4897-917, 2004.
GALLARDO, S.; RÓDENAS, J.; VERDÚ, G. Monte carlo simulation of the compton scattering technique applied to characterize diagnostic x-ray spectra. Med Phys, 31(7):2082-90, 2004.
GALLARDO, S.; QUEROL, A.; RÓDENAS, J.; VERDÚ G. Uncertainty Analysis in the Simulation of X-ray Spectra in the Diagnostic Range using the MCNP5 code. In: Proceedings of the 33rd Annual International Conference of the IEEE-Engineering in Medicine and Biology Society (EMBS), Boston, USA, 2011.
BUJILA, R.; OMAR, A.; & POLUDNIOWSKI, G. A validation of SpekPy: A software toolkit for modeling X-ray tube spectra. Physica Medica, 75, 44–54, 2020.
GHAMMRAOUI, B.; MAKEEV, A.; & GLICK, S. J. High-rate x-ray spectroscopy in mammography with photon counting detectors using a limited number of energy bins. Radiation Measurements, 138, 106444, 2020.
POLUDNIOWSKI, G.; LANDRY, G.; DEBLOIS, F.; EVANS, P. M. & VERHAEGEN, F. SpekCalc: a program to calculate photon spectra from tungsten anode x-ray tubes. Phys Med Biol, 54(19):N433, 2009.
CRANLEY, K.; GILMORE, B. J.; FOGARTY, G. W. A. & DEPONDS, L. Catalogue of diagnostic x-ray spectra and other data. IPEM Report No. 78, The Institute of Physics and Engineering in Medicine, 1997.
PELOWITZ, D. B. MCNPX User’s Manual Version 2.7.0. Los Alamos, LANL, 2011.
HERNÁNDEZ, G. & FERNÁNDEZ, F. A model of tungsten anode X-ray spectra. Med Phys., 43(8):4655, 2016.
OMAR, A.; ANDREO, P. & POLUDNIOWSKI, G. A model for the energy and angular distribution of X rays emitted from an X-ray tube. Part II. Validation of X-ray spectra from 20 to 300 kV. Med Phys. 47 (9), 2020.
SHULTIS, J. K. & FAW, R. E. An MNCP Primer. Kansas State University. Manhattan. 2011.
VAN RIPER, K. A. MORITZ Geometry Tool User's Guide - Windows Version (Manual). White Rock Science, 2008.
MCCONN JR, R. J.; GESH, C. J.; PAGH, R. T.; RUCKER, R. A.; WILLIANS III, R. G. Compendium of Material Composition Data for Radiation Transport Modeling, Report PNNL-15870, Rev. 1. Pacific Northwest National Laboratory, Washington, 2011.
FITZGERALD P, ARAUJO S, WU M, DE MAN B. Semiempirical, parameterized spectrum estimation for x-ray computed tomography. Med Phys, 48(5):2199-2213, 2021.
ZHAO, W.; NIU, K.; SCHAFER, S.; & ROYALTY, K. An indirect transmission measurement-based spectrum estimation method for computed tomography. Phys Med Biol, 60(1), 339–357, 2014.
O’CONNELL, J et al. Next generation high resolution perovskite direct conversion detector: Monte Carlo design optimisation and virtual clinical trial. Phys Med Biol, 68 025016, 2023.
KUNERT, P.; TRINKL, S.; GIUSSANI, A.; REICHERT, D.; BRIX, G. Tissue equivalence of 3D printing materials with respect to attenuation and absorption of X-rays used for diagnostic and interventional imaging. Med Phys, 49(12):7766-7778, 2022.
KUSK, M. W. et al. Anode heel effect: Does it impact image quality in digital radiography? A systematic literature review. Radiography (Lond), 27(3):976-981, 2021.
OMAR, A.; ANDREO, P. and POLUDNIOWSKI, G. A model for the emission of K and L X rays from an x-ray tube. Nucl Instrum Methods Phys Res B, 437:36–47, 2018.
Downloads
Publicado
Edição
Seção
Licença
Direitos autorais (c) 2023 Brazilian Journal of Radiation Sciences

Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Declaro que o presente artigo é original, não tendo sido submetido à publicação em qualquer outro periódico nacional ou internacional, quer seja em parte ou em sua totalidade. Declaro, ainda, que uma vez publicado na revista Brazilian Journal of Radiation Sciences, editada pela Sociedade Brasileira de Proteção Radiológica, o mesmo jamais será submetido por mim ou por qualquer um dos demais co-autores a qualquer outro periódico. Através deste instrumento, em meu nome e em nome dos demais co-autores, porventura existentes, cedo os direitos autorais do referido artigo à Sociedade Brasileira de Proteção Radiológica, que está autorizada a publicá-lo em meio impresso, digital, ou outro existente, sem retribuição financeira para os autores.
Licença
Os artigos do BJRS são licenciados sob uma Creative Commons Atribuição 4.0 Licença Internacional, que permite o uso, compartilhamento, adaptação, distribuição e reprodução em qualquer meio ou formato, desde que você dê o devido crédito ao (s) autor (es) original (is) e à fonte, forneça um link para a licença Creative Commons, e indique se mudanças foram feitas. As imagens ou outro material de terceiros neste artigo estão incluídos na licença Creative Commons do artigo, a menos que indicado de outra forma em uma linha de crédito para o material. Se o material não estiver incluído no licença Creative Commons do artigo e seu uso pretendido não é permitido por regulamentação legal ou excede o uso permitido, você precisará obter permissão diretamente do detentor dos direitos autorais. Para visualizar uma cópia desta licença, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/