一種精確掃描含標記點CT層面的方法及應用分析

陳成，王敏，趙紫婷，時飛躍,2，秦偉，陳飛，魏曉為

1. 南京醫科大學附屬南京醫院（南京市第一醫院） a. 腫瘤放療中心；b. 醫療設備處，江蘇 南京 210006；2. 南京醫科大學 醫學物理研究中心，江蘇 南京 21002

引言

隨著計算機和影像技術的不斷發展進步，腫瘤放射治療已進入精確放療時代，“精確”貫穿在整個放射治療過程中[1]。對腫瘤放療患者進行準確的CT模擬定位，是實現精確放療的前提和基礎，由此可確定腫瘤的位置和范圍，以及與周圍組織、重要器官間的相互關系[2]。目前，放療患者一般通過大孔徑CT模擬機來完成放療定位。與常規模擬機相比，CT模擬機能提供更為準確、可靠和實用的方法，且具有更多解剖結構信息的斷層CT圖像可直接用作現代三維治療計劃設計[3-5]。在進行CT模擬定位時，設置參考標記點是非常重要的一步。通過在放療患者體表或體模表面設置標記點，可以確定原始等中心的位置。西門子CT模擬機是放療領域使用較廣泛的一類CT模擬機[6-7]。使用西門子CT模擬機進行CT掃描操作時，可以選取掃描范圍開始和結束的位置，但是不能準確確定標記點層面的位置，無法精確掃描含標記點CT層面。由于放療CT掃描的層厚（層間距）通常選取為3 mm或5 mm，且部分容積效應的影響會導致標記點在多個（2或3個）CT層面中顯示，易影響后續治療計劃設計時確定原始等中心點的位置，甚至還會影響患者后續治療時的擺位誤差。針對使用西門子CT模擬機掃描放療患者時無法精確掃描含標記點CT層面的問題，本文提出了一種使用Control Scan和位置數據計算，精確確定含標記點的CT層面位置并進行掃描的方法，并進行了測試分析。

1 材料與方法

1.1 材料

西門子SOMATOM Sensation Open CT模擬機，具有82 cm的機架孔徑，配備CIVCO全碳素平板床以及主臺和附臺工作站等。操作軟件：西門子Syngo軟件系統?？梢苿邮郊す舛ㄎ幌到y：型號為LAP DORADO 3，其包括機架兩側以及機架上方共3支激光燈，可實現激光線沿患者腹背方向和左右方向運動。

1.2 掃描準備

掃描前，放療技師先借助外置激光燈在患者體表貼三個鉛標記點，用于確定原始等中心[8-9]；先使用Syngo軟件控制西門子CT設備，給患者掃描一個定位像；再選擇一個放療CT掃描協議，設置各項掃描參數后，在定位像上選擇放療CT掃描的開始和結束的位置（圖1），選擇好之后正式開始CT掃描。

圖1 含Control Scan層面及掃描范圍的Syngo界面

1.3 方法

使用Control Scan和位置數據計算，精確確定含標記點的CT層面位置并進行掃描的方法，具體如下。

（1）按常規方法完成患者體位及體位固定的步驟，并使用LAP激光系統在合適的位置貼上鉛標記點作為體表標記。

（2）在CT掃描界面根據患者掃描部位，選取某種放療掃描協議，設置掃描層厚、層間距和卷積核等參數后進行定位像掃描。

（3）獲取定位像后，選擇插入一個Control Scan掃描，雙擊放大定位像，移動Control Scan掃描線與定位像上體部兩側的鉛標記點重疊，掃描Control Scan像后可得到一層完整清晰顯示鉛點的圖像，并記錄該層面（進出機架方向）的CT床值（SP）：X（圖1）。

（4）選擇前述的放療掃描協議并在定位像上按要求確定大致的上下界掃描范圍，將掃描起始線Begin數值減去SP數值，看兩者位置之差是否為掃描層厚（例如3 mm或5 mm）的倍數。如果是，那么Begin的數值無需調整可直接進行CT掃描與圖像重建；如果否，則需要微調Begin數值，使Begin數值與SP的差值為掃描層厚的倍數，精確確定含標記點的CT層面位置。

（5）確定Begin數值后，執行該放療掃描協議，進行CT掃描與圖像重建，掃描結束后將CT圖像傳輸至治療計劃系統。

為便于確定Begin的數值，應用WPS表格制作使用Control Scan進行位置數據計算的計算工作表如圖2所示。該工作表中淺藍色部分表示需要輸入的基本醫療信息和位置信息，淺綠色表示最終的位置計算結果，即Begin目標數值。

圖2 使用Control Scan進行位置數據計算的WPS表格工作表示例

1.4 病例選擇

選取了2020年9月至11月在我院治療的60例頭頸、胸腹和盆腔部位的腫瘤患者，其中30例為實驗組（24人掃描層厚為5 mm，6人掃描層厚為3 mm），使用Control Scan和位置數據計算方法，其他30例為對照組（24人掃描層厚為5 mm，6人掃描層厚為3 mm），中位年齡為61.5歲（22～87歲），使用常規方法。

1.5 數據分析方法

分別統計實驗組和對照組中標記點出現在1層、2層和3層CT圖像上的人數及所占比例，然后進行分析比較。

2 結果

如表1所示，實驗組中標記點出現1層CT圖像上的人數分別為26人（占比86.7%）；對照組中相應的數據為8人（占比26.7%），使用新方法使標記點出現在1層CT圖像上的比例提高了60%。圖3所示為實驗組某患者的三個連續的CT層面，標記點出現在1層CT圖像上；圖4所示為對照組某患者的四個連續的CT層面，標記點出現在2層CT圖像上。

表1 患者CT圖像中標記點不同分布層數所占的人數（百分比）的統計結果[n (%)]

圖3 實驗組某患者的三個連續CT層面

圖4 對照組某患者的四個連續CT層面

對于不同的掃描層厚，CT圖像中標記點的分布情況也有所不同。實驗組30人，其中掃描層厚為5 mm的24人中，有4人標記點顯示在2層CT圖像中，其余20人標記點都顯示在1層圖像中；掃描層厚為3 mm的6人標記點均顯示在1層圖像。對照組30人，其中掃描層厚為5 mm的24人中，有17人標記點顯示在2層CT圖像中，其余7人標記點顯示在1層圖像中；掃描層厚為3 mm的6人中，1人標記點顯示在3層CT圖像中，4人標記點顯示在2層CT圖像中，只有1人標記點顯示在1層圖像中。

3 討論

目前的精確放療時代，精確定位與擺位對精確治療起到決定性作用[10-13]，而擺位誤差包含平移誤差和角度旋轉誤差。前人研究了擺位誤差對前列腺癌[14]、腦立體定向放療[15]、鼻咽癌[16]、宮頸癌[17]、直腸癌[18]和非小細胞肺癌[19]患者劑量分布的影響，證實了擺位誤差的存在對患者實際受到的劑量分布會產生不利影響[20]。本研究中標記點CT層面不準確是導致平移擺位誤差的來源之一，以5 mm的層厚和層間距為例，假設鉛標記點出現在2層CT圖像上，且兩層圖像上的標記點大小相同，物理師若是選擇2個CT層面的任何一個設置原始等中心點，原始等中心點在患者頭腳方向上就會存在5/2=2.5 mm的偏差，進而在治療時貢獻2.5 mm的平移誤差，基于此本研究也發現若不及時糾正就會對患者劑量分布產生不利影響。

本研究提出的通過使用Control Scan和位置數據計算，精確確定含標記點的CT層面位置并進行掃描的方法簡單方便，只需增加一個Control Scan掃描協議，并使用WPS表格的工作表計算確定掃描上界即可。根據測試結果，使用本研究改進的方法，標記點出現在1層CT圖像上的比例提高了60%，初步證實了該方法的有效性。實驗組中僅有4人標記點出現在2個CT層面。對這4例標記點出現在2個CT層面的患者CT圖像進行分析發現，這4例的CT掃描層厚和層間距均為5 mm?？赡苁怯捎诨颊卟蛔灾饕苿踊蛐馗共康暮粑\動影響了CT掃描，導致標記點出現在2個CT層面上。

本研究的不足之處：只使用了西門子SOMATOM Sensation Open這一款型號的CT模擬機，沒有對西門子其他型號的CT模擬機進行測試。而且對3 mm和5 mm層厚/層間距沒有分組，這些都有待于后續進行深入研究。不過，根據本文的初步研究結果，證明了該方法可以大幅提高標記點出現在1層CT圖像上的比例，從而為其他使用西門子CT模擬機的同行提供了有益的操作參考。

綜上所述，針對使用西門子CT模擬機掃描放療患者時無法精確掃描含標記點層面的問題，Control Scan和位置數據計算的方法，可以精確確定含標記點CT層面的位置，并大幅度提高標記點在1層CT圖像上的比例，有利于為腫瘤放療患者的精確計劃制作和后續的精確擺位治療提供堅實可靠的基礎。