放疗定位扫描条件对CT值的影响

张国前，张书旭，余辉，王锐濠，雷怀宇

1.广州医科大学附属肿瘤医院放疗中心，广东 广州 510095；2.广州医科大学 研究生学院，广东 广州510182

放疗定位扫描条件对CT值的影响

张国前1，张书旭1，余辉1，王锐濠1，雷怀宇2

1.广州医科大学附属肿瘤医院放疗中心，广东 广州 510095；2.广州医科大学 研究生学院，广东 广州510182

目的探讨放疗定位时不同扫描条件对CT值的影响程度。方法对CIRS 062型电子密度体模在不同扫描条件下分别进行CT扫描并测定其CT值，评价和分析管电流、管电压、层厚、螺距、图像重建算法、扫描床面高度、扫描序列的改变对CT值的影响程度。结果管电流、层厚、螺距的改变对CT值的影响基本可以忽略（＜1%）。管电压、图像重建算法的改变对高密度组织如密质骨的影响较为显著，对低密度组织的影响则不明显。扫描床面高度及扫描序列的改变对不同密度组织的CT值均有不同程度的影响。结论CT扫描参数和定位条件的差异可能会使某一组织重建影像的CT值发生改变，值得临床参考。

肿瘤放疗；CT模拟定位；CT值；管电压；图像重建算法；扫描床面高度

放射治疗计划系统（TPS）在进行剂量计算时，需要将CT定位扫描得到的组织CT值转换为相对电子密度，即得到CT-密度转换曲线，然后进行非均匀组织剂量校正，才能得到准确的剂量分布结果。然而当扫描条件不同时，相同组织扫描所得的CT值不尽相同，TPS计算得到的剂量结果则可能产生差异。为探讨本中心大孔径CT模拟定位机的不同扫描参数和定位条件对CT值的影响程度，本研究利用CIRS 062型电子密度体模，对CT模拟定位机在不同条件下对其进行扫描所得的CT值进行检测及分析，以期为CT模拟定位机的质控工作提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

体模采用CIRS 062型电子密度体模（美国生产的标准测量装置），宽、高、厚分别约为330、270、45 mm，配有17个共9种可分别与水、肌肉、 肺（分别有呼气与吸气状态）、脂肪、肝、乳腺、密质骨、松质骨组织等效的模体，外形呈直径约30.5 mm的圆柱体，可放置于距中心半径分别为60.0、115.3 mm的两个圆周上。CT机采用本院引进的德国西门子ONCOR CTVision直线加速器附带的SOMATOM Sensation型大孔径CT模拟定位机，加速器治疗床与CT机扫描床共用。

1.2 方法

扫描前CT机进行开机自检，完成球管预热及空气校准过程；将电子密度体模置于扫描床面，激光定位下在其表面贴3个金属标记点，以保证体模及各模体的中心轴与CT扫描平面垂直且每次扫描时体模位置相同；然后在不同条件下对体模进行扫描，利用工作站的统计工具采集组织等效模体中心直径1 cm圆形区域的平均CT值，评价和分析管电流、管电压、层厚、螺距、图像重建算法、扫描床面高度、扫描序列的改变对CT值的影响程度。在某一扫描条件变化时，其他所有参数均保持一致。不同扫描条件，见表1。不同扫描序列的默认扫描参数，见表2。

表1 扫描参数及不同变化值

表2 不同扫描序列的默认扫描参数

2 结果

（1）不同管电流条件下的扫描结果。CT值随管电流变化的曲线图，见图1。在管电压120 kV、层厚5 mm的条件下，各组织等效模体在同一圆周上扫描的CT值随管电流（分别为80、100、120、140 mAs）的改变并未显示出明显变化（均＜1%）；管电流不同时，相对电子密度与CT值的关系曲线基本重合，管电流在80～140 mAs内的改变对不同的组织等效模体CT值的影响可以忽略不计。

图1 CT值随管电流变化的曲线图

（2）不同管电压的扫描结果。CT值随管电压变化的曲线图，见图2。在管电流100 mAs、层厚5 mm的条件下，当管电压不同时，各组织等效模体的CT值不尽相同；且管电压的改变对CT值的影响是非均一的，对电子密度相对较小的肺、肌肉等组织替代材料的影响较小，对电子密度相对较大的肝脏、骨等组织替代材料的影响较大（CT值随管电压的增大逐渐减小）。管电压分别为80 kV和120 kV时，松质骨等效模体的CT值相差达115 HU，相对差别为56.1%；密质骨等效模体的CT值相差达360 HU，相对差别为43.6%。其原因在于CT模拟机X线能量较低，X线与物质的相互作用以光电反应为主，故原子量相对大的物质受管电压影响较大；且高密度组织的CT值与X线能量呈负相关，随着管电压的增加，物质的CT值反而减小[1]。

图2 CT值随管电压变化的曲线图

（3）不同层厚及螺距的扫描结果。在管电压100 kV、管电流120 mAs，层厚分别为2、5、7、10 mm时，各组织等效模体在同一圆周上扫描的CT值随管电流的改变并未显示出明显变化（均＜1%）。在管电压100 kV、管电流120 mAs、层厚5 mm，螺距分别为0.5、1、1.5 mm时，各组织等效模体在同一圆周上扫描的CT值随管电流的改变亦未显示出明显变化（均＜1%）。

（4）不同图像重建算法的扫描结果。CT值随卷积函数不同而变化的曲线图，见图3。在管电压100 kV、管电流120 mAs、层厚5 mm的条件下，重建算法即卷积函数改变时，各组织等效模体的CT值除骨组织外其余基本无差异。当选择不同的卷积函数时，松质骨等效模体的CT值最大相差5 HU，相对差别为2.2%。密质骨等效模体的CT值最大相差64 HU，相对差别为7.8%。CT卷积函数决定和影响着图像的分辨率和噪声[2]，随着其kernel值的增大，图像噪声增加，锐利度和空间分辨率增高。由于皮质骨与其他组织相比具有较高的对比度，kernel值的改变对皮质骨组织CT值的影响较其他组织更为显著。

图3 CT值随卷积函数变化的曲线图

（5）不同扫描床面高度的扫描结果。CT值随扫描床面高度变化的曲线图，见图4。在管电压100 kV、管电流120 mAs、层厚5 mm，床高分别为-13.7、-7.1、6.7 cm时，各组织等效模体的CT值呈现不同程度的变化。其中，吸气状态下的肺组织等效材料变化最为显著，CT值最大相差67 HU，相对差别为8.56%；呼气状态下的肺组织等效材料CT值最大相差60 HU，相对差别为12%。扫描床面在CT孔径内的位置的改变影响CT值的大小，对于大孔径模拟定位CT而言，应尽可能保证扫描对象位于CT孔径的中心。

图4 CT值随扫描床面高度变化的曲线图

（6）默认的放疗定位扫描序列的扫描结果。CT值随扫描序列变化的曲线图，见图5。按照CT制造商提供的放疗定位序列包括头部、胸部、腹部、盆部及脊柱所默认的扫描参数进行扫描时，各组织等效模体的CT值呈现不同程度的变化。对于默认的扫描序列，其参数差异主要在于管电流和重建算法，二者的差异同时存在时，各组织等效模体的CT值的绝对差值及相对差值，见表3。

图5 CT值随扫描序列变化的曲线图

表3 各组织等效模体CT值绝对差值及相对差值（HU）

3 讨论

图像引导放疗（IGRT）技术应用于临床以来，靶区定位和验证精度得到了很大的提高。西门子公司生产的滑轨CT加速器CTVision系统，是首套集滑轨式CT和直线加速器为一体的精确放射治疗系统，配备有24排82 cm大孔径CT，可在患者治疗前实时提供清晰完整的CT图像，为实现高精度的IGRT奠定了基础。作为放疗计划设计的重要组成部分，CT模拟定位图像和数据的准确采集影响着TPS剂量计算的精确度。为了最终实现精确的IGRT，在新的CT设备获得的图像应用于放疗计划设计之前，需认真严谨地测定各组织准确的CT值及对应的相对电子密度，并确定二者的对应关系，以保证剂量计算的准确性。

本研究结果表明，CT值受多种因素的影响，其中管电压、图像重建算法、扫描床面高度的影响较为显著。祁振宇等[1]对120 kV和140 kV两种管电压扫描所得图像的CT值进行了比较，发现其差异约为5 HU（软组织）到150 HU（皮质骨）。Metcalfe等[3]报道软组织CT值随管电压变化其差异可达40 HU。本研究结果表明，当采用默认的不同部位的扫描序列进行扫描时，CT值亦有所差异，而实际对患者进行模拟定位时通常选择默认序列进行扫描，因此临床应当对此差异予以重视。

CT-密度转换的错误可能导致严重的剂量计算误差[4]，所以CT工作参数和图像采集方式的准确设定应当成为CT模拟定位扫描工作的重要组成部分[5-7]。在实际工作中，有必要针对患者的不同部位，采取同建立CT值与电子密度关系数据时相一致的扫描参数或定位条件，以提高TPS剂量计算的准确性。本研究未对造影剂的使用对CT值改变的影响进行探讨。王捷等[8]建议在注入增强剂扫描前，应先做非增强CT扫描，此扫描条件下的CT值-相对电子密度关系数据应与输入TPS的数据一致，可用于不均匀组织的逐点剂量校正，增强CT扫描的图像则用于靶区勾画及其显示。

[1] 祁振宇,黄劭敏,邓小武,等．放疗计划CT值的校准检测及其影响因素分析[J]．癌症,2006,25(1):110-114．

[2] 刘成磊,孙志先,刘婕,等．多层螺旋CT重建卷积函数在肋骨骨折中的应用研究[J]．中华临床医师杂志(电子版), 2014,(16):2987-2992．

[3] Metcalfe P．Radiotherapy treatment planning[M]．Oxford:Oxford University Press,2000,293-364．

[4] Constantinou C,Harrington JC,Dewerd LA．An electron density phantom for calibrating CT-based planning computers to correct for heterogeneities[J]．Medical Physics,1992,(2):325-332．

[5] 秦伟,陈飞,时飞跃,等．模拟定位技术在放射治疗中的应用与发展[J]．中国医疗设备,2013,28(12):5-6,18．

[6] 李建成,陈诚,潘建基,等．不同肺体积定义对肺癌放疗剂量学的影响[J]．肿瘤学杂志,2013,19(4):263-267．

[7] 李雪南,修霞,李高峰．比较两种CT模拟定位方法在调强放疗中的误差影响[J]．中华放射肿瘤学杂志,2013,22(5):387-390．

[8] 王捷,孙德仁．组织CT值及电子相对密度的测定及结果分析[J]．中华放射肿瘤学杂志,2004,13(4):307-308．

In fl uence of Scanning Conditions on CT Values in Radiotherapy Simulation Positioning

ZHANG Guo-qian1, ZHANG Shu-xu1,YU Hui1, WANG Rui-hao1,LEI Huai-yu2
1.Department of Radiotherapy, Caner Center of Guangzhou Medical University, Guangzhou Guangdong 510095, China; 2. Graduate Institute, Guangzhou Medical University, Guangzhou Guangdong 510182, China

Objective This study was designed to investigate the influence of scanning conditions on CT values in radiotherapy simulation positioning. Methods CT scanning was performed in the electron density phantom (Model:CIRS 062) in di ff erent conditions so as to measure relevant CT values. Then, the influence of changes in the tube current and voltage, slice thickness, pitch, image reconstruction algorithm, height of the scanning bed and scanning sequence to the CT values were evaluated and analyzed. Results The tube current, slice thickness, pitch had neglectable in fl uence (＜1%) on CT values. The tube voltage and image reconstruction algorithm showed signi fi cant in fl uence on CT values for highdensity phantoms; while no obvious in fl uence was seen on those for low-density phantoms. The height of the scanning bed and scanning sequence had in fl uence on CT values at varying degree for phantoms with various densities.Conclusion CT scanning parameters and positioning conditions can result in changes of CT values for image reconstruction of a certain tissue, which was of great value for clinical references.

tumor radiotherapy; computerized tomography simulation positioning; computerized tomography value; tube voltage; image reconstruction algorithm; height of the scanning bed

TP391.41

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.03.003

1674-1633(2015)03-0013-04

2014-10-15

广州市医药卫生科技项目资助（20131A011165）；广州医科大学青年项目资助（2012A16）。

张书旭，主任技师，博士生导师。

通讯作者邮箱：gthzsx@163．com