碳纖維平板對(duì)CT圖像均勻性影響的研究

沈恩龍，柏正璐，時(shí)飛躍

南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院（南京市第一醫(yī)院）a.腫瘤放療中心；b.醫(yī)療設(shè)備處，江蘇 南京 210006

引言

隨著放射治療的發(fā)展，精確放射治療越來(lái)越普及，CT模擬定位機(jī)是現(xiàn)代精確放射治療的一個(gè)重要組成部分，其圖像的優(yōu)劣程度直接關(guān)系到醫(yī)生勾畫(huà)腫瘤靶區(qū)的精確性[1]。西門(mén)子公司的SOMATOM Sensation Open大孔徑CT模擬定位機(jī)在放療領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[2-3]。CT圖像均勻性是評(píng)價(jià)其成像質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，是日常質(zhì)量控制中的一項(xiàng)重要工作[4]。放療物理師需要定期對(duì)CT模擬定位機(jī)做質(zhì)量保證和質(zhì)量控制檢驗(yàn)來(lái)滿足臨床圖像質(zhì)量要求[5]。水模體一般用來(lái)測(cè)量水的CT值及圖像的均勻性和噪聲水平，操作方便簡(jiǎn)單。但使用水模體進(jìn)行質(zhì)控時(shí)，要注意水模體的擺放位置。雖然碳纖維CT平板床和固定底板對(duì)射線透過(guò)率高，但掃描時(shí)仍會(huì)對(duì)CT圖像的質(zhì)量產(chǎn)生影響[6]。本工作通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了CIVIO碳纖維CT平板床和ORFIT AIO碳纖維固定底板對(duì)Sensation Open CT模擬機(jī)的CT圖像均勻性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 材料

采用西門(mén)子公司SOMATOM Sensation Open CT模擬機(jī)，隨機(jī)配備的質(zhì)量保證水模體和碳纖維平板（包括1塊CIVCO碳纖維CT平板床和3塊ORFIT AIO碳纖維固定底板）進(jìn)行研究。Sensation Open CT模擬機(jī)的機(jī)架孔徑82 cm，配備的CT平板床寬度為53 cm，厚度為3.2 cm。AIO固定底板寬度為54 cm，厚度為3.0 cm。水模體為西門(mén)子提供的用于CT質(zhì)控模體組的一部分，呈圓柱形。通過(guò)模體支架，可將該質(zhì)控模體組安裝在檢查床的頭端，使水模體懸空[6]。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

為了研究碳纖維平板對(duì)CT圖像均勻性的影響，設(shè)計(jì)如下5種情形的實(shí)驗(yàn)：A，利用支架，將水模體懸空放置；B，將水模體置于CT平板床上；C，在水模體與CT平板床之間添加1塊固定底板；D，在水模體與CT平板床之間添加2塊固定底板；E，在水模體與CT平板床之間添加3塊固定底板。情形A中，利用支架使水模體懸空放置，水模體中心點(diǎn)與斷層圖像中心點(diǎn)重合，符合檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求。并且，以上所有情形中水模體中心點(diǎn)均與斷層圖像中心點(diǎn)重合。在具體實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)使用激光線準(zhǔn)確確定水模體的擺放高度，將CT的掃描中心對(duì)準(zhǔn)圓柱形水模體的幾何中心。

對(duì)上述每種水模體擺放情形都采用以下6種放療掃描協(xié)議進(jìn)行掃描來(lái)獲取CT圖像：放療頭部（RT_Head）、放療頸部（RT_Neck）、放療胸部（RT_Thorax）、放療乳腺（RT_Breast）、放療腹部（RT_Abdomen）、放療盆腔（RT_Pelvis）。這6種掃描協(xié)議的參數(shù)數(shù)值，見(jiàn)表1。射線能量均采用120 kV，視野大小為500 mm，層厚均為10 mm。

表1 6種放療掃描協(xié)議的參數(shù)

對(duì)掃描得到的每張CT圖像的3、6、9、12點(diǎn)鐘方向距離中心0、5.0、7.5 cm處分別勾畫(huà)面積為2.34 cm2，像素點(diǎn)數(shù)為245的9個(gè)感興趣區(qū)域（Region of Interest，ROI）。將距離中心點(diǎn)5.0 cm和7.5 cm處的ROI兩種位置勾畫(huà)情形分別記為內(nèi)環(huán)ROI與外環(huán)ROI，分別計(jì)算每個(gè)ROI內(nèi)平均CT值及內(nèi)外環(huán)兩種位置情況下的圖像均勻性。其中與中心區(qū)域平均CT值（記中心ROI的平均CT值為X）的最大偏差的絕對(duì)值（記為）即為圖像均勻性[7]。

2 結(jié)果

在6種不同放療掃描協(xié)議下，ROI處于內(nèi)環(huán)和外環(huán)兩種位置情況時(shí)，圖像均勻性隨碳纖維平板增加的變化趨勢(shì)，見(jiàn)圖1。結(jié)果顯示，不論哪種位置勾畫(huà)ROI，碳纖維平板對(duì)圖像的均勻性均有一定影響，且可明顯的看出，碳纖維平板對(duì)使用外環(huán)勾畫(huà)ROI的圖像均勻性影響更大。

圖1 6種掃描協(xié)議下，5種情形中內(nèi)外環(huán)勾畫(huà)位置下圖像均勻性的測(cè)量結(jié)果

增加碳纖維固定底板后，在6種放療掃描協(xié)議下，水模體圖像中變化最大的方位，即導(dǎo)致圖像均勻性結(jié)果計(jì)算變化的方位（表2）。表中列出了基于內(nèi)外環(huán)兩種位置的ROI的勾畫(huà)方式和6種放療掃描協(xié)議下，不同情形中變化最大的時(shí)鐘方位出現(xiàn)的次數(shù)（有可能多個(gè)方位變化相同且最大）。由表2可見(jiàn)，在水模圖像的下方，即6點(diǎn)鐘方向上，受碳纖維平板的影響最大。

表2 不同情形下，內(nèi)環(huán)（外環(huán)）中在各方位出現(xiàn)的次數(shù)（次）

表2 不同情形下，內(nèi)環(huán)（外環(huán)）中在各方位出現(xiàn)的次數(shù)（次）

情形 3點(diǎn)鐘 6點(diǎn)鐘 9點(diǎn)鐘 12點(diǎn)鐘內(nèi)環(huán) 外環(huán) 內(nèi)環(huán) 外環(huán) 內(nèi)環(huán) 外環(huán) 內(nèi)環(huán) 外環(huán)A 2 2 3 3 1 1 1 2 B 1 0 1 5 3 1 1 0 C 1 1 2 4 1 2 3 0 D 0 0 4 4 0 1 2 2 E 0 0 4 6 0 0 2 0

在內(nèi)外環(huán)兩種情況下，B、C、D、E四種情形與情形A圖像均勻性檢測(cè)結(jié)果的配對(duì)t檢驗(yàn)，見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，除內(nèi)環(huán)D組外，P值均＜0.05，顯示有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。這與圖1中顯示的結(jié)果一致，說(shuō)明D組內(nèi)環(huán)情形中，在水模體和CT平板床之間擺放2塊固定底板時(shí)，削弱了對(duì)CT圖像均勻性的影響。

表3 內(nèi)外環(huán)的B、C、D、E組與A組圖像均勻性數(shù)據(jù)的t檢驗(yàn)P值

3 討論

對(duì)于CT模擬定位機(jī)，若不定期對(duì)CT圖像質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，就無(wú)法保證CT模擬定位機(jī)的性能，進(jìn)而影響圖像質(zhì)量和放療劑量[8]。圖像均勻性指整個(gè)掃描野中，勻質(zhì)體各局部在CT圖像上顯示出CT值的一致性，是CT圖像質(zhì)量保證的重要一部分[9-11]。GB 17589-2011規(guī)范中建議CT圖像均勻性的測(cè)試頻率為每月檢測(cè)，以保證圖像質(zhì)量。本研究在基于之前碳纖維平板對(duì)水的CT值影響[6]的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了碳纖維平板對(duì)圖像均勻性的影響，并且使用多方位內(nèi)外環(huán)ROI勾畫(huà)，由原來(lái)的5個(gè)增至9個(gè)，使得對(duì)整個(gè)圖像均勻性的評(píng)價(jià)更為客觀。

當(dāng)水模懸空放置時(shí)，即情形A，由圖1可知，除采用頭部放療掃描協(xié)議外，內(nèi)環(huán)和外環(huán)兩種ROI位置的圖像均勻性差別不大，而當(dāng)增加碳纖維平板后，內(nèi)外環(huán)ROI兩種勾畫(huà)位置下的圖像均勻性都變差，且對(duì)ROI外環(huán)位置下的圖像均勻性結(jié)果的影響明顯大于內(nèi)環(huán)位置下ROI時(shí)的結(jié)果。尤其是在情形E，添加3塊定位底板時(shí)，兩者間有顯著差異。此外，由圖1b～f可見(jiàn)，當(dāng)水模懸空放置時(shí)，使用外環(huán)勾畫(huà)ROI時(shí)，CT圖像均勻性優(yōu)于內(nèi)環(huán)勾畫(huà)ROI，而增加了碳纖維平板后，結(jié)果卻相反。這說(shuō)明在評(píng)價(jià)CT圖像均勻性時(shí)，只考慮圖像的中心與內(nèi)環(huán)或中心與外環(huán)是不夠的，因?yàn)閳D像的CT值從視野（Field of View，F(xiàn)OV）的中心向外并非單調(diào)變化的，應(yīng)該在圓周的各個(gè)方位多勾畫(huà)幾個(gè)ROI，綜合評(píng)價(jià)CT圖像的均勻性，用一種更加全面、客觀的新方法來(lái)評(píng)價(jià)整個(gè)FOV的圖像質(zhì)量[12]。

此外，表2也說(shuō)明碳纖維平板對(duì)FOV的中心向外同樣尺寸的ROI的CT值均值的影響程度并非一樣。比如實(shí)驗(yàn)E中，添加3塊平板時(shí)，內(nèi)環(huán)對(duì)應(yīng)的ROI有4次在6點(diǎn)鐘方位，2次在12點(diǎn)鐘方位，外環(huán)對(duì)應(yīng)的ROI全部在6點(diǎn)鐘方位。而當(dāng)不添加平板，水模懸空放置時(shí)，對(duì)應(yīng)的ROI在各時(shí)鐘方位出現(xiàn)的次數(shù)差別不大。這說(shuō)明增加碳纖維平板后，對(duì)水模CT圖像均勻性的影響主要是圖像的下方，即6點(diǎn)鐘方位。

由圖1可知，不同的掃描條件下，CT圖像的均勻性并不相同[13]。當(dāng)使用頭部放療掃描協(xié)議時(shí)，內(nèi)外環(huán)位置的均勻性有顯著差異，說(shuō)明在這種掃描協(xié)議下，CT圖像靠近邊緣處的外環(huán)ROI的平均CT值有明顯的升高，圖像均勻性很差。CT圖像均勻性受很多因素的影響，靶材料，探測(cè)器等硬件及重建算法等軟件，還有掃描時(shí)的劑量都會(huì)影響CT圖像的均勻性[14]。此外，所使用的水模體里水量是否充足，或是否含有雜質(zhì)等也會(huì)影響圖像均勻性的檢測(cè)。CT圖像均勻性是保證圖像質(zhì)量的重要參數(shù)，是CT設(shè)備質(zhì)量控制的重要一環(huán)，物理師應(yīng)該要定期測(cè)試圖像均勻性這一參數(shù)[15-16]。當(dāng)使用水模體進(jìn)行質(zhì)控時(shí)，不僅要注意水模的擺放位置，還要注意排空水模內(nèi)的空氣。本工作的研究結(jié)果為物理師使用水模體進(jìn)行CT模擬機(jī)的質(zhì)控檢測(cè)提供了有益的參考。