張國前，張書旭，余輝，王銳濠，雷懷宇

1.廣州醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療中心，廣東 廣州 510095；2.廣州醫(yī)科大學(xué) 研究生學(xué)院，廣東 廣州510182

放療定位掃描條件對(duì)CT值的影響

張國前1，張書旭1，余輝1，王銳濠1，雷懷宇2

1.廣州醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療中心，廣東 廣州 510095；2.廣州醫(yī)科大學(xué) 研究生學(xué)院，廣東 廣州510182

目的探討放療定位時(shí)不同掃描條件對(duì)CT值的影響程度。方法對(duì)CIRS 062型電子密度體模在不同掃描條件下分別進(jìn)行CT掃描并測(cè)定其CT值，評(píng)價(jià)和分析管電流、管電壓、層厚、螺距、圖像重建算法、掃描床面高度、掃描序列的改變對(duì)CT值的影響程度。結(jié)果管電流、層厚、螺距的改變對(duì)CT值的影響基本可以忽略（＜1%）。管電壓、圖像重建算法的改變對(duì)高密度組織如密質(zhì)骨的影響較為顯著，對(duì)低密度組織的影響則不明顯。掃描床面高度及掃描序列的改變對(duì)不同密度組織的CT值均有不同程度的影響。結(jié)論CT掃描參數(shù)和定位條件的差異可能會(huì)使某一組織重建影像的CT值發(fā)生改變，值得臨床參考。

腫瘤放療；CT模擬定位；CT值；管電壓；圖像重建算法；掃描床面高度

放射治療計(jì)劃系統(tǒng)（TPS）在進(jìn)行劑量計(jì)算時(shí)，需要將CT定位掃描得到的組織CT值轉(zhuǎn)換為相對(duì)電子密度，即得到CT-密度轉(zhuǎn)換曲線，然后進(jìn)行非均勻組織劑量校正，才能得到準(zhǔn)確的劑量分布結(jié)果。然而當(dāng)掃描條件不同時(shí)，相同組織掃描所得的CT值不盡相同，TPS計(jì)算得到的劑量結(jié)果則可能產(chǎn)生差異。為探討本中心大孔徑CT模擬定位機(jī)的不同掃描參數(shù)和定位條件對(duì)CT值的影響程度，本研究利用CIRS 062型電子密度體模，對(duì)CT模擬定位機(jī)在不同條件下對(duì)其進(jìn)行掃描所得的CT值進(jìn)行檢測(cè)及分析，以期為CT模擬定位機(jī)的質(zhì)控工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

體模采用CIRS 062型電子密度體模（美國生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量裝置），寬、高、厚分別約為330、270、45 mm，配有17個(gè)共9種可分別與水、肌肉、 肺（分別有呼氣與吸氣狀態(tài)）、脂肪、肝、乳腺、密質(zhì)骨、松質(zhì)骨組織等效的模體，外形呈直徑約30.5 mm的圓柱體，可放置于距中心半徑分別為60.0、115.3 mm的兩個(gè)圓周上。CT機(jī)采用本院引進(jìn)的德國西門子ONCOR CTVision直線加速器附帶的SOMATOM Sensation型大孔徑CT模擬定位機(jī)，加速器治療床與CT機(jī)掃描床共用。

1.2 方法

掃描前CT機(jī)進(jìn)行開機(jī)自檢，完成球管預(yù)熱及空氣校準(zhǔn)過程；將電子密度體模置于掃描床面，激光定位下在其表面貼3個(gè)金屬標(biāo)記點(diǎn)，以保證體模及各模體的中心軸與CT掃描平面垂直且每次掃描時(shí)體模位置相同；然后在不同條件下對(duì)體模進(jìn)行掃描，利用工作站的統(tǒng)計(jì)工具采集組織等效模體中心直徑1 cm圓形區(qū)域的平均CT值，評(píng)價(jià)和分析管電流、管電壓、層厚、螺距、圖像重建算法、掃描床面高度、掃描序列的改變對(duì)CT值的影響程度。在某一掃描條件變化時(shí)，其他所有參數(shù)均保持一致。不同掃描條件，見表1。不同掃描序列的默認(rèn)掃描參數(shù)，見表2。

表1 掃描參數(shù)及不同變化值

表2 不同掃描序列的默認(rèn)掃描參數(shù)

2 結(jié)果

（1）不同管電流條件下的掃描結(jié)果。CT值隨管電流變化的曲線圖，見圖1。在管電壓120 kV、層厚5 mm的條件下，各組織等效模體在同一圓周上掃描的CT值隨管電流（分別為80、100、120、140 mAs）的改變并未顯示出明顯變化（均＜1%）；管電流不同時(shí)，相對(duì)電子密度與CT值的關(guān)系曲線基本重合，管電流在80～140 mAs內(nèi)的改變對(duì)不同的組織等效模體CT值的影響可以忽略不計(jì)。

圖1 CT值隨管電流變化的曲線圖

（2）不同管電壓的掃描結(jié)果。CT值隨管電壓變化的曲線圖，見圖2。在管電流100 mAs、層厚5 mm的條件下，當(dāng)管電壓不同時(shí)，各組織等效模體的CT值不盡相同；且管電壓的改變對(duì)CT值的影響是非均一的，對(duì)電子密度相對(duì)較小的肺、肌肉等組織替代材料的影響較小，對(duì)電子密度相對(duì)較大的肝臟、骨等組織替代材料的影響較大（CT值隨管電壓的增大逐漸減?。?。管電壓分別為80 kV和120 kV時(shí)，松質(zhì)骨等效模體的CT值相差達(dá)115 HU，相對(duì)差別為56.1%；密質(zhì)骨等效模體的CT值相差達(dá)360 HU，相對(duì)差別為43.6%。其原因在于CT模擬機(jī)X線能量較低，X線與物質(zhì)的相互作用以光電反應(yīng)為主，故原子量相對(duì)大的物質(zhì)受管電壓影響較大；且高密度組織的CT值與X線能量呈負(fù)相關(guān)，隨著管電壓的增加，物質(zhì)的CT值反而減小[1]。

圖2 CT值隨管電壓變化的曲線圖

（3）不同層厚及螺距的掃描結(jié)果。在管電壓100 kV、管電流120 mAs，層厚分別為2、5、7、10 mm時(shí)，各組織等效模體在同一圓周上掃描的CT值隨管電流的改變并未顯示出明顯變化（均＜1%）。在管電壓100 kV、管電流120 mAs、層厚5 mm，螺距分別為0.5、1、1.5 mm時(shí)，各組織等效模體在同一圓周上掃描的CT值隨管電流的改變亦未顯示出明顯變化（均＜1%）。

（4）不同圖像重建算法的掃描結(jié)果。CT值隨卷積函數(shù)不同而變化的曲線圖，見圖3。在管電壓100 kV、管電流120 mAs、層厚5 mm的條件下，重建算法即卷積函數(shù)改變時(shí)，各組織等效模體的CT值除骨組織外其余基本無差異。當(dāng)選擇不同的卷積函數(shù)時(shí)，松質(zhì)骨等效模體的CT值最大相差5 HU，相對(duì)差別為2.2%。密質(zhì)骨等效模體的CT值最大相差64 HU，相對(duì)差別為7.8%。CT卷積函數(shù)決定和影響著圖像的分辨率和噪聲[2]，隨著其kernel值的增大，圖像噪聲增加，銳利度和空間分辨率增高。由于皮質(zhì)骨與其他組織相比具有較高的對(duì)比度，kernel值的改變對(duì)皮質(zhì)骨組織CT值的影響較其他組織更為顯著。

圖3 CT值隨卷積函數(shù)變化的曲線圖

（5）不同掃描床面高度的掃描結(jié)果。CT值隨掃描床面高度變化的曲線圖，見圖4。在管電壓100 kV、管電流120 mAs、層厚5 mm，床高分別為-13.7、-7.1、6.7 cm時(shí)，各組織等效模體的CT值呈現(xiàn)不同程度的變化。其中，吸氣狀態(tài)下的肺組織等效材料變化最為顯著，CT值最大相差67 HU，相對(duì)差別為8.56%；呼氣狀態(tài)下的肺組織等效材料CT值最大相差60 HU，相對(duì)差別為12%。掃描床面在CT孔徑內(nèi)的位置的改變影響CT值的大小，對(duì)于大孔徑模擬定位CT而言，應(yīng)盡可能保證掃描對(duì)象位于CT孔徑的中心。

圖4 CT值隨掃描床面高度變化的曲線圖

（6）默認(rèn)的放療定位掃描序列的掃描結(jié)果。CT值隨掃描序列變化的曲線圖，見圖5。按照CT制造商提供的放療定位序列包括頭部、胸部、腹部、盆部及脊柱所默認(rèn)的掃描參數(shù)進(jìn)行掃描時(shí)，各組織等效模體的CT值呈現(xiàn)不同程度的變化。對(duì)于默認(rèn)的掃描序列，其參數(shù)差異主要在于管電流和重建算法，二者的差異同時(shí)存在時(shí)，各組織等效模體的CT值的絕對(duì)差值及相對(duì)差值，見表3。

圖5 CT值隨掃描序列變化的曲線圖

表3 各組織等效模體CT值絕對(duì)差值及相對(duì)差值（HU）

3 討論

圖像引導(dǎo)放療（IGRT）技術(shù)應(yīng)用于臨床以來，靶區(qū)定位和驗(yàn)證精度得到了很大的提高。西門子公司生產(chǎn)的滑軌CT加速器CTVision系統(tǒng)，是首套集滑軌式CT和直線加速器為一體的精確放射治療系統(tǒng)，配備有24排82 cm大孔徑CT，可在患者治療前實(shí)時(shí)提供清晰完整的CT圖像，為實(shí)現(xiàn)高精度的IGRT奠定了基礎(chǔ)。作為放療計(jì)劃設(shè)計(jì)的重要組成部分，CT模擬定位圖像和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集影響著TPS劑量計(jì)算的精確度。為了最終實(shí)現(xiàn)精確的IGRT，在新的CT設(shè)備獲得的圖像應(yīng)用于放療計(jì)劃設(shè)計(jì)之前，需認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)販y(cè)定各組織準(zhǔn)確的CT值及對(duì)應(yīng)的相對(duì)電子密度，并確定二者的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以保證劑量計(jì)算的準(zhǔn)確性。

本研究結(jié)果表明，CT值受多種因素的影響，其中管電壓、圖像重建算法、掃描床面高度的影響較為顯著。祁振宇等[1]對(duì)120 kV和140 kV兩種管電壓掃描所得圖像的CT值進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)其差異約為5 HU（軟組織）到150 HU（皮質(zhì)骨）。Metcalfe等[3]報(bào)道軟組織CT值隨管電壓變化其差異可達(dá)40 HU。本研究結(jié)果表明，當(dāng)采用默認(rèn)的不同部位的掃描序列進(jìn)行掃描時(shí)，CT值亦有所差異，而實(shí)際對(duì)患者進(jìn)行模擬定位時(shí)通常選擇默認(rèn)序列進(jìn)行掃描，因此臨床應(yīng)當(dāng)對(duì)此差異予以重視。

CT-密度轉(zhuǎn)換的錯(cuò)誤可能導(dǎo)致嚴(yán)重的劑量計(jì)算誤差[4]，所以CT工作參數(shù)和圖像采集方式的準(zhǔn)確設(shè)定應(yīng)當(dāng)成為CT模擬定位掃描工作的重要組成部分[5-7]。在實(shí)際工作中，有必要針對(duì)患者的不同部位，采取同建立CT值與電子密度關(guān)系數(shù)據(jù)時(shí)相一致的掃描參數(shù)或定位條件，以提高TPS劑量計(jì)算的準(zhǔn)確性。本研究未對(duì)造影劑的使用對(duì)CT值改變的影響進(jìn)行探討。王捷等[8]建議在注入增強(qiáng)劑掃描前，應(yīng)先做非增強(qiáng)CT掃描，此掃描條件下的CT值-相對(duì)電子密度關(guān)系數(shù)據(jù)應(yīng)與輸入TPS的數(shù)據(jù)一致，可用于不均勻組織的逐點(diǎn)劑量校正，增強(qiáng)CT掃描的圖像則用于靶區(qū)勾畫及其顯示。

[1] 祁振宇,黃劭敏,鄧小武,等．放療計(jì)劃CT值的校準(zhǔn)檢測(cè)及其影響因素分析[J]．癌癥,2006,25(1):110-114．

[2] 劉成磊,孫志先,劉婕,等．多層螺旋CT重建卷積函數(shù)在肋骨骨折中的應(yīng)用研究[J]．中華臨床醫(yī)師雜志(電子版), 2014,(16):2987-2992．

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[5] 秦偉,陳飛,時(shí)飛躍,等．模擬定位技術(shù)在放射治療中的應(yīng)用與發(fā)展[J]．中國醫(yī)療設(shè)備,2013,28(12):5-6,18．

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In fl uence of Scanning Conditions on CT Values in Radiotherapy Simulation Positioning

ZHANG Guo-qian1, ZHANG Shu-xu1,YU Hui1, WANG Rui-hao1,LEI Huai-yu2
1.Department of Radiotherapy, Caner Center of Guangzhou Medical University, Guangzhou Guangdong 510095, China; 2. Graduate Institute, Guangzhou Medical University, Guangzhou Guangdong 510182, China

Objective This study was designed to investigate the influence of scanning conditions on CT values in radiotherapy simulation positioning. Methods CT scanning was performed in the electron density phantom (Model:CIRS 062) in di ff erent conditions so as to measure relevant CT values. Then, the influence of changes in the tube current and voltage, slice thickness, pitch, image reconstruction algorithm, height of the scanning bed and scanning sequence to the CT values were evaluated and analyzed. Results The tube current, slice thickness, pitch had neglectable in fl uence (＜1%) on CT values. The tube voltage and image reconstruction algorithm showed signi fi cant in fl uence on CT values for highdensity phantoms; while no obvious in fl uence was seen on those for low-density phantoms. The height of the scanning bed and scanning sequence had in fl uence on CT values at varying degree for phantoms with various densities.Conclusion CT scanning parameters and positioning conditions can result in changes of CT values for image reconstruction of a certain tissue, which was of great value for clinical references.

tumor radiotherapy; computerized tomography simulation positioning; computerized tomography value; tube voltage; image reconstruction algorithm; height of the scanning bed

TP391.41

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.03.003

1674-1633(2015)03-0013-04

2014-10-15

廣州市醫(yī)藥衛(wèi)生科技項(xiàng)目資助（20131A011165）；廣州醫(yī)科大學(xué)青年項(xiàng)目資助（2012A16）。

張書旭，主任技師，博士生導(dǎo)師。

通訊作者郵箱：gthzsx@163．com