放療定位掃描條件對CT值的影響

張國前，張書旭，余輝，王銳濠，雷懷宇

1.廣州醫科大學附屬腫瘤醫院放療中心，廣東 廣州 510095；2.廣州醫科大學 研究生學院，廣東 廣州510182

放療定位掃描條件對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.廣州醫科大學附屬腫瘤醫院放療中心，廣東 廣州 510095；2.廣州醫科大學 研究生學院，廣東 廣州510182

目的探討放療定位時不同掃描條件對CT值的影響程度。方法對CIRS 062型電子密度體模在不同掃描條件下分別進行CT掃描并測定其CT值，評價和分析管電流、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CT值的影響程度。結果管電流、層厚、螺距的改變對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高密度組織如密質骨的影響較為顯著，對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不同密度組織的CT值均有不同程度的影響。結論CT掃描參數和定位條件的差異可能會使某一組織重建影像的CT值發生改變，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

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

1 材料與方法

1.1 材料

體模采用CIRS 062型電子密度體模（美國生產的標準測量裝置），寬、高、厚分別約為330、270、45 mm，配有17個共9種可分別與水、肌肉、 肺（分別有呼氣與吸氣狀態）、脂肪、肝、乳腺、密質骨、松質骨組織等效的模體，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的兩個圓周上。CT機采用本院引進的德國西門子ONCOR CTVision直線加速器附帶的SOMATOM Sensation型大孔徑CT模擬定位機，加速器治療床與CT機掃描床共用。

1.2 方法

掃描前CT機進行開機自檢，完成球管預熱及空氣校準過程；將電子密度體模置于掃描床面，激光定位下在其表面貼3個金屬標記點，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體模位置相同；然后在不同條件下對體模進行掃描，利用工作站的統計工具采集組織等效模體中心直徑1 cm圓形區域的平均CT值，評價和分析管電流、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CT值的影響程度。在某一掃描條件變化時，其他所有參數均保持一致。不同掃描條件，見表1。不同掃描序列的默認掃描參數，見表2。

表1 掃描參數及不同變化值

表2 不同掃描序列的默認掃描參數

2 結果

（1）不同管電流條件下的掃描結果。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，相對電子密度與CT值的關系曲線基本重合，管電流在80～140 mAs內的改變對不同的組織等效模體CT值的影響可以忽略不計。

圖1 CT值隨管電流變化的曲線圖

（2）不同管電壓的掃描結果。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，當管電壓不同時，各組織等效模體的CT值不盡相同；且管電壓的改變對CT值的影響是非均一的，對電子密度相對較小的肺、肌肉等組織替代材料的影響較小，對電子密度相對較大的肝臟、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，松質骨等效模體的CT值相差達115 HU，相對差別為56.1%；密質骨等效模體的CT值相差達360 HU，相對差別為43.6%。其原因在于CT模擬機X線能量較低，X線與物質的相互作用以光電反應為主，故原子量相對大的物質受管電壓影響較大；且高密度組織的CT值與X線能量呈負相關，隨著管電壓的增加，物質的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果。在管電壓100 kV、管電流120 mAs，層厚分別為2、5、7、10 mm時，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，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果。CT值隨卷積函數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改變時，各組織等效模體的CT值除骨組織外其余基本無差異。當選擇不同的卷積函數時，松質骨等效模體的CT值最大相差5 HU，相對差別為2.2%。密質骨等效模體的CT值最大相差64 HU，相對差別為7.8%。CT卷積函數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。由于皮質骨與其他組織相比具有較高的對比度，kernel值的改變對皮質骨組織CT值的影響較其他組織更為顯著。

圖3 CT值隨卷積函數變化的曲線圖

（5）不同掃描床面高度的掃描結果。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，各組織等效模體的CT值呈現不同程度的變化。其中，吸氣狀態下的肺組織等效材料變化最為顯著，CT值最大相差67 HU，相對差別為8.56%；呼氣狀態下的肺組織等效材料CT值最大相差60 HU，相對差別為12%。掃描床面在CT孔徑內的位置的改變影響CT值的大小，對于大孔徑模擬定位CT而言，應盡可能保證掃描對象位于CT孔徑的中心。

圖4 CT值隨掃描床面高度變化的曲線圖

（6）默認的放療定位掃描序列的掃描結果。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、盆部及脊柱所默認的掃描參數進行掃描時，各組織等效模體的CT值呈現不同程度的變化。對于默認的掃描序列，其參數差異主要在于管電流和重建算法，二者的差異同時存在時，各組織等效模體的CT值的絕對差值及相對差值，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值絕對差值及相對差值（HU）

3 討論

圖像引導放療（IGRT）技術應用于臨床以來，靶區定位和驗證精度得到了很大的提高。西門子公司生產的滑軌CT加速器CTVision系統，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，配備有24排82 cm大孔徑CT，可在患者治療前實時提供清晰完整的CT圖像，為實現高精度的IGRT奠定了基礎。作為放療計劃設計的重要組成部分，CT模擬定位圖像和數據的準確采集影響著TPS劑量計算的精確度。為了最終實現精確的IGRT，在新的CT設備獲得的圖像應用于放療計劃設計之前，需認真嚴謹地測定各組織準確的CT值及對應的相對電子密度，并確定二者的對應關系，以保證劑量計算的準確性。

本研究結果表明，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120 kV和140 kV兩種管電壓掃描所得圖像的CT值進行了比較，發現其差異約為5 HU（軟組織）到150 HU（皮質骨）。Metcalfe等[3]報道軟組織CT值隨管電壓變化其差異可達40 HU。本研究結果表明，當采用默認的不同部位的掃描序列進行掃描時，CT值亦有所差異，而實際對患者進行模擬定位時通常選擇默認序列進行掃描，因此臨床應當對此差異予以重視。

CT-密度轉換的錯誤可能導致嚴重的劑量計算誤差[4]，所以CT工作參數和圖像采集方式的準確設定應當成為CT模擬定位掃描工作的重要組成部分[5-7]。在實際工作中，有必要針對患者的不同部位，采取同建立CT值與電子密度關系數據時相一致的掃描參數或定位條件，以提高TPS劑量計算的準確性。本研究未對造影劑的使用對CT值改變的影響進行探討。王捷等[8]建議在注入增強劑掃描前，應先做非增強CT掃描，此掃描條件下的CT值-相對電子密度關系數據應與輸入TPS的數據一致，可用于不均勻組織的逐點劑量校正，增強CT掃描的圖像則用于靶區勾畫及其顯示。

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[3] Metcalfe P．Radiotherapy treatment planning[M]．Oxford:Oxford University Press,2000,293-364．

[4] Constantinou C,Harrington JC,Dewerd LA．An electron density phantom for calibrating CT-based planning computers to correct for heterogeneities[J]．Medical Physics,1992,(2):325-332．

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[8] 王捷,孫德仁．組織CT值及電子相對密度的測定及結果分析[J]．中華放射腫瘤學雜志,2004,13(4):307-308．

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

廣州市醫藥衛生科技項目資助（20131A011165）；廣州醫科大學青年項目資助（2012A16）。

張書旭，主任技師，博士生導師。

通訊作者郵箱：gthzsx@163．com