瓦里安图像引导系统锥形束CT 图像CT 值稳定性分析

罗丹，何健（通信作者），梁小芳，陈凤舞，彭黎明，曾佳

宜春市人民医院 （江西宜春 336000）

瓦里安Trilogy 直线加速器两侧安装有kV 级锥形束CT（kV-cone-beam computed tomography，kVCBCT）设备。目前，kV-CBCT 图像引导技术已是各大医疗机构校准放射治疗摆位误差的常用技术。通过kV-CBCT 获取患者治疗前、中的影像，可有效减少放射治疗摆位误差，提高照射精度和治疗增益比[1]。通过kV-CBCT 图像，可以了解患者放射治疗过程中的体位变化及内部解剖结构的位移和变形[2-3]，为放疗后期计划的调整和优化提供参考。kV-CBCT 是一种非常有效的在线自适应放射治疗（adapting radiation therapy，ART）工具[4-5]。CBCT图像用于放射治疗计划剂量计算的结果准确、可靠，满足临床应用要求[6]。本研究通过监测瓦里安Trilogy 直线加速器图像引导系统锥形束CT 图像CT值，旨在分析锥形束CT 图像CT 值的稳定性，为后期锥形束CT 图像用于肿瘤ART 中的剂量计算提供依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

美国模体实验室公司的Catphan604 模体，在其第二扫描分区有10 个圆柱形插件，包含9 种不同密度的物质：空气（air）、多聚甲基乙烯（PMP）、低密度聚乙烯（low density polyethylene，LDPE）、聚苯乙烯（polystyrene，PS）、丙烯酸树脂（acrylic）、20%骨物质（bone20%）、聚甲醛（delrin）、50%骨物质（bone50%）、聚四氟乙烯（teflon）。9 种物质的相对电子密度分别为0.00、0.83、0.92、1.03、1.18、1.14、1.42、1.40、2.16，标准CT 值分别为-1000、-200、-100、-35、120、230、340、720、990 HU。扫描区剖面图如图1 所示。

图1 Catphan604 模体第二扫描分区剖面图

1.2 方法

2021 年9 月至2022 年8 月期间每月定期使用瓦里安Trilogy 直线加速器的kV-CBCT 在临床常用的4 种扫描协议[标准剂量头部（SDH）、高质量头部（HQH）、盆腔（Pelvis）和低密度胸部（LDT）]下扫描获得图像，扫描参数如表1 所示。将获得的48 个kV-CBCT 图像从Eclipse 计划系统导出并通过RadiAnt 软件手动获取圆形感兴趣区域（约0.35 cm2）测量CT 值。

表1 4 种扫描协议的扫描参数

1.3 观察指标

记录4 种协议下模体中9 种不同密度插件的CT 值（记为X），同时记录标准值、最大值和最小值。为了解扫描获得的各密度插件CT 值偏离标准值的程度，以X减去标准值，用ΔX表示。并使用Excel 函数横向分析每种密度插件12 次的X和ΔX平均值、标准差和极差，并用Xm和ΔXm表示12 次的平均值。参照标准值，建立CT 值-时间变化趋势图，采用重复测量方差分析法，纵向分析每次扫描插件CT 值的总平均值，以此评估kV-CBCT图像CT 值的稳定性。

2 结果

2.1 9 种不同密度插件在4 种协议下的CT 值

SDH 扫描协议的极差最大，HQH、Pelvis 和LDT 扫描协议的极差相对更小，见表2。4 种协议下bone 20%插件密度偏离更大。9 种不同密度插件在4 种扫描协议下的CT 值的变化情况如图2 所示。9 种不同密度插件在4 种扫描协议下的CT 值相对稳定，其中air 插件的CT 值在4 种协议下差别最小、最稳定，并接近标准值。LDT 协议下各插件的CT值相对稳定，但明显高于标准值。

表2 9 种不同密度插件在4 种扫描协议下的CT 值（HU）

图2 4 种扫描协议下CT 值-时间变化趋势图

2.2 4 种扫描协议下CT 值-电子密度曲线

根据12 个月监测的CT 值平均值，建立CT 值-电子密度曲线，见图3。在CT 值±1 000 HU 范围内，4 种扫描协议下的CT-电子密度曲线是相对重合的，SDH 和Pelvis 协议下的CT 值-电子密度曲线与标准曲线重合度较高。

图3 4 种扫描协议下CT 值-相对电子密度曲线

2.3 4 种扫描协议下9 种不同密度插件的CT 值平均值

12 个月以来，4 种协议下9 种不同密度插件平均CT 值表现无差异，具有较好的稳定性（P＞0.05），见表3。

表3 4 种扫描协议下不同时间的CT 值平均值（HU）

3 讨论

kV-CBCT 图像是CT 图像的一种，但其质控标准又不同于CT 图像。对于CT 模拟机的CT 图像，均匀水模体CT 值的测量值与标准值在±4 HU 内，各密度物质的kV-CBCT 图像CT 值的测量值与标准值在±40 HU 内[7]。临床需于每月、调整或维修后对直线加速器图像引导系统锥形束CT 开展相关质控和质检工作，并对kV-CBCT 图像的质控程序和方法进行研究和验证[8-9]。Yoo 等[10]建立了图像引导系统质控手册。本研究对瓦里安Trilogy 直线加速器图像引导系统锥形束CT 进行相关质控和质检工作，同时针对kV-CBCT 图像CT 值的稳定性进行监测和研究。

本研究结果显示，瓦里安Trilogy 直线加速器图像引导系统锥形束CT 图像的CT 值在监测期间相对变化较小，曲线平稳，具有一定的稳定性；通过建立CT 值-电子密度曲线，发现在CT 值±1 000 HU范围内4 种扫描协议下的CT 值-电子密度曲线是相对重合的；12 个月以来，9 种不同密度插件在4 种扫描协议下的CT 平均值方差分析无差异，具有较好的稳定性，与既往研究结果一致[11-12]。kV-CBCT图像的CT 值测量值与标准值的允差为±40 HU。本研究监测到air 插件在4 种扫描协议下的CT 值差异最小，SDH 和Pelvis 扫描协议的CT 测量值满足允差小于±40 HU。高密度物质如bone20%、delrin、bone50%、teflon 在HQH、LDT 扫描协议下CT 测量值偏差大于允差。因此，在开展ART 获取kV-CBCT 图像时，应采用合适的扫描协议。而当需要通过kV-CBCT 图像进行剂量计算时，可建立各扫描协议对应的CT 值-电子密度曲线[13-15]。Hatton 等[16]通过对kV-CBCT 图像进行为期1 年的分析研究，发现多种密度物质的CT 值具有较好的一致性，CT 值-电子密度曲线具有较好的稳定性。kV-CBCT 既能够有效地进行图像引导，又具有剂量引导优势，但需以kV-CBCT 图像的CT值稳定性进行质量保证作为前提。若将kV-CBCT图像用于放射治疗计划的制定，则需采用标准电子密度模体kV-CBCT 图像的CT 值-电子密度曲线，因此CT 值的稳定性对于kV-CBCT 图像是否可直接用于剂量计算具有决定性意义[17]。Richter 等[18]研究表示锥形束的几何形状和相关散射会导致kV-CBCT 图像CT 值的变化，从而影响剂量计算的准确性，因此CT 值的稳定性至关重要。保证kVCBCT 图像CT 值的稳定性，能够为kV-CBCT 图像用于ART 中的剂量计算奠定基础[19-20]。

综上所述，瓦里安Trilogy 直线加速器在4 种扫描协议下获取的kV-CBCT 图像CT 值与标准值存在一定偏差，CT 值的长期稳定性是有保证的，有利于未来开展ART 中的图像剂量计算。