瓦里安圖像引導系統錐形束CT 圖像CT 值穩定性分析

羅丹，何健（通信作者），梁小芳，陳鳳舞，彭黎明，曾佳

宜春市人民醫院 （江西宜春 336000）

瓦里安Trilogy 直線加速器兩側安裝有kV 級錐形束CT（kV-cone-beam computed tomography，kVCBCT）設備。目前，kV-CBCT 圖像引導技術已是各大醫療機構校準放射治療擺位誤差的常用技術。通過kV-CBCT 獲取患者治療前、中的影像，可有效減少放射治療擺位誤差，提高照射精度和治療增益比[1]。通過kV-CBCT 圖像，可以了解患者放射治療過程中的體位變化及內部解剖結構的位移和變形[2-3]，為放療后期計劃的調整和優化提供參考。kV-CBCT 是一種非常有效的在線自適應放射治療（adapting radiation therapy，ART）工具[4-5]。CBCT圖像用于放射治療計劃劑量計算的結果準確、可靠，滿足臨床應用要求[6]。本研究通過監測瓦里安Trilogy 直線加速器圖像引導系統錐形束CT 圖像CT值，旨在分析錐形束CT 圖像CT 值的穩定性，為后期錐形束CT 圖像用于腫瘤ART 中的劑量計算提供依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料

美國模體實驗室公司的Catphan604 模體，在其第二掃描分區有10 個圓柱形插件，包含9 種不同密度的物質：空氣（air）、多聚甲基乙烯（PMP）、低密度聚乙烯（low density polyethylene，LDPE）、聚苯乙烯（polystyrene，PS）、丙烯酸樹脂（acrylic）、20%骨物質（bone20%）、聚甲醛（delrin）、50%骨物質（bone50%）、聚四氟乙烯（teflon）。9 種物質的相對電子密度分別為0.00、0.83、0.92、1.03、1.18、1.14、1.42、1.40、2.16，標準CT 值分別為-1000、-200、-100、-35、120、230、340、720、990 HU。掃描區剖面圖如圖1 所示。

圖1 Catphan604 模體第二掃描分區剖面圖

1.2 方法

2021 年9 月至2022 年8 月期間每月定期使用瓦里安Trilogy 直線加速器的kV-CBCT 在臨床常用的4 種掃描協議[標準劑量頭部（SDH）、高質量頭部（HQH）、盆腔（Pelvis）和低密度胸部（LDT）]下掃描獲得圖像，掃描參數如表1 所示。將獲得的48 個kV-CBCT 圖像從Eclipse 計劃系統導出并通過RadiAnt 軟件手動獲取圓形感興趣區域（約0.35 cm2）測量CT 值。

表1 4 種掃描協議的掃描參數

1.3 觀察指標

記錄4 種協議下模體中9 種不同密度插件的CT 值（記為X），同時記錄標準值、最大值和最小值。為了解掃描獲得的各密度插件CT 值偏離標準值的程度，以X減去標準值，用ΔX表示。并使用Excel 函數橫向分析每種密度插件12 次的X和ΔX平均值、標準差和極差，并用Xm和ΔXm表示12 次的平均值。參照標準值，建立CT 值-時間變化趨勢圖，采用重復測量方差分析法，縱向分析每次掃描插件CT 值的總平均值，以此評估kV-CBCT圖像CT 值的穩定性。

2 結果

2.1 9 種不同密度插件在4 種協議下的CT 值

SDH 掃描協議的極差最大，HQH、Pelvis 和LDT 掃描協議的極差相對更小，見表2。4 種協議下bone 20%插件密度偏離更大。9 種不同密度插件在4 種掃描協議下的CT 值的變化情況如圖2 所示。9 種不同密度插件在4 種掃描協議下的CT 值相對穩定，其中air 插件的CT 值在4 種協議下差別最小、最穩定，并接近標準值。LDT 協議下各插件的CT值相對穩定，但明顯高于標準值。

表2 9 種不同密度插件在4 種掃描協議下的CT 值（HU）

圖2 4 種掃描協議下CT 值-時間變化趨勢圖

2.2 4 種掃描協議下CT 值-電子密度曲線

根據12 個月監測的CT 值平均值，建立CT 值-電子密度曲線，見圖3。在CT 值±1 000 HU 范圍內，4 種掃描協議下的CT-電子密度曲線是相對重合的，SDH 和Pelvis 協議下的CT 值-電子密度曲線與標準曲線重合度較高。

圖3 4 種掃描協議下CT 值-相對電子密度曲線

2.3 4 種掃描協議下9 種不同密度插件的CT 值平均值

12 個月以來，4 種協議下9 種不同密度插件平均CT 值表現無差異，具有較好的穩定性（P＞0.05），見表3。

表3 4 種掃描協議下不同時間的CT 值平均值（HU）

3 討論

kV-CBCT 圖像是CT 圖像的一種，但其質控標準又不同于CT 圖像。對于CT 模擬機的CT 圖像，均勻水模體CT 值的測量值與標準值在±4 HU 內，各密度物質的kV-CBCT 圖像CT 值的測量值與標準值在±40 HU 內[7]。臨床需于每月、調整或維修后對直線加速器圖像引導系統錐形束CT 開展相關質控和質檢工作，并對kV-CBCT 圖像的質控程序和方法進行研究和驗證[8-9]。Yoo 等[10]建立了圖像引導系統質控手冊。本研究對瓦里安Trilogy 直線加速器圖像引導系統錐形束CT 進行相關質控和質檢工作，同時針對kV-CBCT 圖像CT 值的穩定性進行監測和研究。

本研究結果顯示，瓦里安Trilogy 直線加速器圖像引導系統錐形束CT 圖像的CT 值在監測期間相對變化較小，曲線平穩，具有一定的穩定性；通過建立CT 值-電子密度曲線，發現在CT 值±1 000 HU范圍內4 種掃描協議下的CT 值-電子密度曲線是相對重合的；12 個月以來，9 種不同密度插件在4 種掃描協議下的CT 平均值方差分析無差異，具有較好的穩定性，與既往研究結果一致[11-12]。kV-CBCT圖像的CT 值測量值與標準值的允差為±40 HU。本研究監測到air 插件在4 種掃描協議下的CT 值差異最小，SDH 和Pelvis 掃描協議的CT 測量值滿足允差小于±40 HU。高密度物質如bone20%、delrin、bone50%、teflon 在HQH、LDT 掃描協議下CT 測量值偏差大于允差。因此，在開展ART 獲取kV-CBCT 圖像時，應采用合適的掃描協議。而當需要通過kV-CBCT 圖像進行劑量計算時，可建立各掃描協議對應的CT 值-電子密度曲線[13-15]。Hatton 等[16]通過對kV-CBCT 圖像進行為期1 年的分析研究，發現多種密度物質的CT 值具有較好的一致性，CT 值-電子密度曲線具有較好的穩定性。kV-CBCT 既能夠有效地進行圖像引導，又具有劑量引導優勢，但需以kV-CBCT 圖像的CT值穩定性進行質量保證作為前提。若將kV-CBCT圖像用于放射治療計劃的制定，則需采用標準電子密度模體kV-CBCT 圖像的CT 值-電子密度曲線，因此CT 值的穩定性對于kV-CBCT 圖像是否可直接用于劑量計算具有決定性意義[17]。Richter 等[18]研究表示錐形束的幾何形狀和相關散射會導致kV-CBCT 圖像CT 值的變化，從而影響劑量計算的準確性，因此CT 值的穩定性至關重要。保證kVCBCT 圖像CT 值的穩定性，能夠為kV-CBCT 圖像用于ART 中的劑量計算奠定基礎[19-20]。

綜上所述，瓦里安Trilogy 直線加速器在4 種掃描協議下獲取的kV-CBCT 圖像CT 值與標準值存在一定偏差，CT 值的長期穩定性是有保證的，有利于未來開展ART 中的圖像劑量計算。