不同放療定位CT掃描條件對氣管支架圖像質量影響的研究

林濤，倪昕曄，高留剛，眭建鋒，謝凱，常樹全

1. 南京航空航天大學，江蘇 南京 210000；2. 南京醫科大學附屬常州第二人民醫院 放療科，江蘇 常州 213003；3. 南京醫科大學 醫學物理研究中心，江蘇 常州 213003

引言

氣管支氣管支架可以擴展狹窄氣道，改善通氣，當肺癌病人合并呼吸道梗阻、慢性窒息和阻塞性肺炎等并發癥時應用氣管支氣管支架，可立即緩解病人呼吸困難癥狀，改善生活質量[1]，為下一步的治療提供基礎，臨床上應用越來越多。體內含有支氣管支架的病人進行放射治療時，放療計劃系統計算腫瘤組織和正常組織的吸收劑量是根據CT 圖像的CT 值-密度轉化曲線得到的電子密度來計算的，金屬支架周圍的CT 值能否準確讀取，關系到周圍組織劑量計算的準確性[2-3]。本文分析放療定位時不同掃描條件對氣管支架的圖像質量和CT 值的影響，探討適合含有氣管支架的放療病人的模擬定位CT 的掃描條件。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

氣管支架（鎳鈦合金，南京微創醫學科技股份有限公司）由直徑為0.2～0.3 mm 的鎳鈦記憶合金絲編織而成，德國西門子SOMATOM Definition Flash CT 機，美國CIRS 公司產非均勻模體，硬泡沫（密度與非均勻模體中模擬肺組織的材料密度相近）。

1.2 材料加工與CT掃描

根據CIRS 非均勻模體中插植孔和氣管支架的尺寸，將泡沫加工成內徑為1.5 cm，外徑為2.5 cm 的空心圓柱體，將3個支架分別放入其中，然后置入模體內（圖1），進行CT 掃描，掃描準直器寬度為0.6 mm×64 mm，管電壓管電流分別為80 kV/120 mAs、120 kV/80 mAs、120 kV/120 mAs，掃描方式為軸掃和螺旋掃，掃描層厚分別為0.6、1、2、3 mm。記錄各次掃描時所對應的CT 容積劑量指數（Volume Computed Tomography Dose Index，CTDIvol）。

圖1 裝有氣管支架的模體

1.3 圖像主觀質量評價

由2 名放療科主治以上醫師在同一臺工作站上采用雙盲法對各組掃描條件所得CT 圖像的圖像質量進行評分，采用3 分法進行評分。評分標準：圖像清晰，偽影少，能夠顯示支架的網狀結構記3 分；圖像顯示尚可，小的偽影，支架網狀結構顯示模糊，記2 分；偽影較重，不能顯示支架網狀結構，記1 分。對三批次的金屬支架打分后取平均值。

1.4 支架CT值讀取

將CT 圖像導入Matlab 8.3（美國MathWorks 公司）數據處理軟件，各組掃描條件所得CT 圖像的同一層面選取15 個點讀取支架的CT 值，取平均值。

1.5 統計學分析

使用SPSS 19.0 軟件，采用單因素方差分析進行各掃描條件所得支架CT值的比較，P＜0.05表示差異有統計學意義。采用Kappa 檢驗評價兩名觀察者間的一致性，認為一致性較好。

2 結果

2.1 不同掃描條件圖像質量比較

不同掃描方式及掃描條件的支架CT 圖像橫斷位與冠狀位如圖2 所示。在各組掃描條件中，隨重建層厚的增加，支架CT 圖像變模糊，網狀結構逐漸消失。層厚為0.6 mm與1 mm 各掃描條件掃描方式所得的CT 圖像質量無明顯差異；層厚為2 mm 時，軸向掃描各掃描條件中支架的網狀結構可見而螺旋掃描各掃描條件支架網狀結構模糊成環狀；層厚為3 mm 時，各掃描條件掃描方式所得的圖像都無法分辨出支架的網狀結構。

圖2 螺旋掃描與軸向掃描不同掃描條件支架CT圖像

2.2 不同掃描條件下的CTDIvol

軸向掃描方式下80 kV/120 mAs、120 kV/80 mAs、120 kV/120 mAs 條件下CTDIvol 分別為5.31、12.22、18.33 mGy；螺旋掃描方式下80 kV/120 mAs、120 kV/80 mAs、120 kV/120 mAs條件下CTDIvol 分別為2.35、5.41、8.11 mGy。

2.3 影像質量評分結果比較

兩位放療醫師對各組不同掃描方式和掃描條件的CT圖像質量進行了評分比較，結果如表1 所示，兩名醫師間的觀察一致性較好（Kappa=0.64）。

表1 螺旋掃描與軸向掃描不同掃描條件圖像主觀評價得分

2.4 氣管支架CT值對照

不同掃描方式及掃描條件所得氣管支架圖像中支架的CT 值如表2 所示，掃描層厚對CT 值的影響有統計學差異（P＜0.05），1 mm 掃描層厚所得的CT 值與其他層厚所得的CT 值進行兩兩比較的P 值如表3 所示，1 mm 與0.6 mm掃描層厚CT 值間的差異大多數情況下無統計學差異，與其他兩組螺旋掃描時有統計學差異（P＜0.05），軸向掃描時與3 mm 層厚組CT 值差異有統計學意義（P＜0.05）。掃描方式對支架的CT 值有影響，管電壓為80 kV 時，螺旋掃描方式所得支架的CT 值比軸向掃描高，管電壓為120 kV時，螺旋掃描方式所得支架的CT 值比軸向掃描低，其他條件相同時，螺旋掃描與軸向掃描方式所得支架CT 值間差異有統計學意義（P＜0.05）；表1 和表3 表明層厚1 mm與層厚0.6 mm 圖像質量與支架CT 值間無明顯差距，層厚1 mm CT 圖像質量評分優于2 mm 及3 mm 圖像質量。

表2 不同掃描方式掃描條件所得氣管支架的CT值（HU

表2 不同掃描方式掃描條件所得氣管支架的CT值（HU

層厚 螺旋掃描 (kV/mAs) 軸向掃描 (kV/mAs)(mm)80/120 120/80 120/120 80/120 120/80 120/120 0.6 1038±155 744±88 729±62 853±206 897±104 942±165 1 1043±124 698±63 668±59 777±98 977±195 877±125 2 949±72 693±48 680±35 736±98 897±161 856±102 3 951±116 672±34 713±36 691±35 814±77 759±50 P 0.024 0.02 0.005 0.007 0.029 0.001

所有的掃描條件中，管電壓變化對支架CT 值的影響較大，其他條件相同時，管電壓不同時，支架CT 值差異顯著（P＜0.01），支架CT 值隨管電壓的降低而增大，CT值變化的結果有統計學意義（P＜0.05）。管電壓為80 kV 螺旋掃描所得支架CT 值最大。其他條件相同時，管電流的變化對支架的CT 值大小影響較小，各組間的CT 值變化無統計學意義（P＞0.05）。

3 討論

治療計劃系統計算射線在患者體內的劑量沉積是根據體內各部分的相對電子密度的不同得到的，相對電子密度由CT 圖像根據CT 值-電子密度曲線轉換而來，CT 值的正確讀取直接關系到劑量計算的準確性。定位CT 作為放療計劃設計的重要組成部分，CT 圖像的質量影響腫瘤靶區及危及器官的勾畫和劑量計算的精準度。定位CT 掃描條件不同時，相同組織所得CT 值不盡相同，劑量計算出現偏差影響治療效果。所以需要在進行定位CT 前確定掃描方式與掃描參數，以保證劑量計算的精確性。

軸向掃描在掃描過程中掃描床不運動，獲得的圖像偽影小，分辨率高，有效層厚偏離更小，圖像質量高[4-5]。螺旋掃描是指在掃描過程中，X 線球管圍繞機架連續旋轉曝光，曝光同時檢查床同步勻速運動，探測器同時采集數據，運動和插值使圖像產生偽影，分辨率變低，噪聲變高，圖像質量變差。螺旋掃描由于在掃描過程中掃描床也一起動，掃描時間減少，降低呼吸運動造成的運動偽影。隨著CT掃描技術的發展，螺旋掃描方式圖像質量可媲美軸向掃描，而且因為螺旋掃描采集的是容積數據，在圖像各向重建上比軸向掃描有優勢，提高微小病灶的診斷率[6]。本研究中層厚為0.6、1 mm 時軸向掃描和螺旋掃描兩種方式所得CT圖像質量一致，當層厚為2 mm 時軸向掃描圖像質量好于螺旋掃描，3 mm 時軸向掃描和螺旋掃描所得圖像均較差。考慮氣管支架所在位置，因呼吸運動產生運動偽影，為減少運動偽影需縮短掃描時間，建議選擇螺旋掃描方式。偽影的減少有利于腫瘤靶區的勾畫。

患者在CT 掃描時接受的輻射劑量與CT 掃描方式與條件有關，在獲得滿足診斷要求的圖像前提下盡量降低輻射劑量。降低CT 掃描劑量的方法主要有降低管電壓、增加螺距、降低管電流等方法[4]。CTDIvol 隨kV 和mAs 增大而增大。本研究中其他掃描條件相同時軸向掃描的輻射劑量是螺旋掃描的約2.26 倍。

本研究中掃描層厚越小，圖像分辨率越高，圖像越清晰。這一結果與相關報道一致[6]，這是因為圖像質量取決于掃描層面上體素的數量，掃描層厚越小，掃描層面上同一容積內體素數量增加，圖像重建的數據量增加，圖像質量提高[7-9]。掃描層厚對支架CT 值的影響較小[10]。掃描層厚越薄，掃描所得腫瘤體積越接近實際大小，提高治療精度[11]。

CT 值是掃描組織的線性衰減系數與水的線性衰減系數的相對差值，與組織物質成分和X 射線的能譜相關。本研究中同一管電壓時，管電流變化時支架的CT 值差異不大，可不考慮管電流對CT 值的影響，這與相關報道結果一致[12-13]，這是因為改變管電流并沒有改變X 射線的能譜，物質衰減系數沒有影響，對支架的CT 值影響較小。管電壓對CT 值有直接影響[14-15]，管電壓變低時，支架的CT 值更高，本研究中80 kV 管電壓條件下支架的平均CT 值比120 kV 管電壓時大393 MU，這是因為管電壓變化時，CT 機中發出的X射線光子能量改變，不同能量的射線在物質中的衰減系數不同，其獲得的支架CT 值發生變化。氣管支架為高密度金屬物質，管電壓的改變對于高原子序數物質CT值的影響較大[16]，管電壓降低時，X 射線光子能量降低，物質衰減系數變大，CT 值變大。每一個管電壓都對應著一個CT-ED 曲線，因此在放療定位時，定位部位相同時，需固定管電壓，建立相應的CT-電子密度曲線，以獲得精確的放療劑量計算分布[17-18]。

總之，對于含有氣管支架的病人做放療CT 定位時，掃描方式選擇螺旋掃描，掃描層厚選擇1 mm，管電壓選擇固定的管電壓。