PSF, LSF and S/P in mammography: GEANT4 validation

The main goal of this study was to validate the predictions of GEANT4, a Monte Carlo code originally developed for high-energy physics, for low-energy (10–40 keV) photon transmission and scattering through matter similar to biological tissue. We compared GEANT4 calculations with existing phantom data relevant for the mammographic imaging technique. This work showed that scattered-to-primary ratio data can be simulated using GEANT4 with a deviation smaller than 5%. At the same time, we encountered a limitation in the small-angle region description by the code, which is important for point- and line-spread function calculations. The comparison with forward angle data showed that the GEANT4 models, known as “G4 Low Energy” and “G4 Penelope”, describe the measurements for X-ray beams typically used in mammography better than 10% for angles above 10 degrees, and that “G4 Low Energy” is preferable to “G4 Penelope”. The results confirm the possible use of GEANT4 for the optimization of applications based on low-energy photon transmission and scattering.

ZusammenfassungUnser Hauptziel war das Studium der Gültigkeit von GEANT4, einem Monte-Carlo-Programm, ursprünglich für die Hochenergiephysik entwickelt, im Vorhersagen der Emission und Streuung niederenergetischer Photonen (10–40 KeV) durch Materie, die biologischem Gewebe ähnelt. Wir haben die Simulationsergebnisse von GEANT4 mit vorhandenen Phantomdaten verglichen, die für die Mammographiebelichtungstechnik wichtig sind. Diese Arbeit hat gezeigt, dass die Verhältnisse von gestreuten zu primären Photonen mit Abweichungen kleiner als 5% mit GEANT4 simuliert werden können. In der Beschreibung der Kleinwinkelregion haben wir aber eine Limitierung des Programms gefunden, die wichtig für die Berechnung von Punkt- und Linienverbreitungsfunktionen ist. Der Vergleich mit Vorwärtswinkeldaten hat gezeigt, dass die GEANT4-Modelle, bekannt als “G4 Low Energy” und “G4 Penelope”, die typisch in der Mammographie benutzte Messungen von Röntgenstrahlen über 10 Grad, besser als zu 10% beschreiben und dass das G4 “Low Energy”- Modell dem “G4 Penelope”-Modell vorzuziehen ist. Diese Ergebnisse bestätigen den möglichen Gebrauch von GEANT4 für die Optimierung von Anwendungen, die auf niederenergetischer Photontransmission und -streuung basieren.