一种精确扫描含标记点CT层面的方法及应用分析

陈成，王敏，赵紫婷，时飞跃,2，秦伟，陈飞，魏晓为

1. 南京医科大学附属南京医院（南京市第一医院） a. 肿瘤放疗中心；b. 医疗设备处，江苏 南京 210006；2. 南京医科大学 医学物理研究中心，江苏 南京 21002

引言

随着计算机和影像技术的不断发展进步，肿瘤放射治疗已进入精确放疗时代，“精确”贯穿在整个放射治疗过程中[1]。对肿瘤放疗患者进行准确的CT模拟定位，是实现精确放疗的前提和基础，由此可确定肿瘤的位置和范围，以及与周围组织、重要器官间的相互关系[2]。目前，放疗患者一般通过大孔径CT模拟机来完成放疗定位。与常规模拟机相比，CT模拟机能提供更为准确、可靠和实用的方法，且具有更多解剖结构信息的断层CT图像可直接用作现代三维治疗计划设计[3-5]。在进行CT模拟定位时，设置参考标记点是非常重要的一步。通过在放疗患者体表或体模表面设置标记点，可以确定原始等中心的位置。西门子CT模拟机是放疗领域使用较广泛的一类CT模拟机[6-7]。使用西门子CT模拟机进行CT扫描操作时，可以选取扫描范围开始和结束的位置，但是不能准确确定标记点层面的位置，无法精确扫描含标记点CT层面。由于放疗CT扫描的层厚（层间距）通常选取为3 mm或5 mm，且部分容积效应的影响会导致标记点在多个（2或3个）CT层面中显示，易影响后续治疗计划设计时确定原始等中心点的位置，甚至还会影响患者后续治疗时的摆位误差。针对使用西门子CT模拟机扫描放疗患者时无法精确扫描含标记点CT层面的问题，本文提出了一种使用Control Scan和位置数据计算，精确确定含标记点的CT层面位置并进行扫描的方法，并进行了测试分析。

1 材料与方法

1.1 材料

西门子SOMATOM Sensation Open CT模拟机，具有82 cm的机架孔径，配备CIVCO全碳素平板床以及主台和附台工作站等。操作软件：西门子Syngo软件系统。可移动式激光定位系统：型号为LAP DORADO 3，其包括机架两侧以及机架上方共3支激光灯，可实现激光线沿患者腹背方向和左右方向运动。

1.2 扫描准备

扫描前，放疗技师先借助外置激光灯在患者体表贴三个铅标记点，用于确定原始等中心[8-9]；先使用Syngo软件控制西门子CT设备，给患者扫描一个定位像；再选择一个放疗CT扫描协议，设置各项扫描参数后，在定位像上选择放疗CT扫描的开始和结束的位置（图1），选择好之后正式开始CT扫描。

图1 含Control Scan层面及扫描范围的Syngo界面

1.3 方法

使用Control Scan和位置数据计算，精确确定含标记点的CT层面位置并进行扫描的方法，具体如下。

（1）按常规方法完成患者体位及体位固定的步骤，并使用LAP激光系统在合适的位置贴上铅标记点作为体表标记。

（2）在CT扫描界面根据患者扫描部位，选取某种放疗扫描协议，设置扫描层厚、层间距和卷积核等参数后进行定位像扫描。

（3）获取定位像后，选择插入一个Control Scan扫描，双击放大定位像，移动Control Scan扫描线与定位像上体部两侧的铅标记点重叠，扫描Control Scan像后可得到一层完整清晰显示铅点的图像，并记录该层面（进出机架方向）的CT床值（SP）：X（图1）。

（4）选择前述的放疗扫描协议并在定位像上按要求确定大致的上下界扫描范围，将扫描起始线Begin数值减去SP数值，看两者位置之差是否为扫描层厚（例如3 mm或5 mm）的倍数。如果是，那么Begin的数值无需调整可直接进行CT扫描与图像重建；如果否，则需要微调Begin数值，使Begin数值与SP的差值为扫描层厚的倍数，精确确定含标记点的CT层面位置。

（5）确定Begin数值后，执行该放疗扫描协议，进行CT扫描与图像重建，扫描结束后将CT图像传输至治疗计划系统。

为便于确定Begin的数值，应用WPS表格制作使用Control Scan进行位置数据计算的计算工作表如图2所示。该工作表中浅蓝色部分表示需要输入的基本医疗信息和位置信息，浅绿色表示最终的位置计算结果，即Begin目标数值。

图2 使用Control Scan进行位置数据计算的WPS表格工作表示例

1.4 病例选择

选取了2020年9月至11月在我院治疗的60例头颈、胸腹和盆腔部位的肿瘤患者，其中30例为实验组（24人扫描层厚为5 mm，6人扫描层厚为3 mm），使用Control Scan和位置数据计算方法，其他30例为对照组（24人扫描层厚为5 mm，6人扫描层厚为3 mm），中位年龄为61.5岁（22～87岁），使用常规方法。

1.5 数据分析方法

分别统计实验组和对照组中标记点出现在1层、2层和3层CT图像上的人数及所占比例，然后进行分析比较。

2 结果

如表1所示，实验组中标记点出现1层CT图像上的人数分别为26人（占比86.7%）；对照组中相应的数据为8人（占比26.7%），使用新方法使标记点出现在1层CT图像上的比例提高了60%。图3所示为实验组某患者的三个连续的CT层面，标记点出现在1层CT图像上；图4所示为对照组某患者的四个连续的CT层面，标记点出现在2层CT图像上。

表1 患者CT图像中标记点不同分布层数所占的人数（百分比）的统计结果[n (%)]

图3 实验组某患者的三个连续CT层面

图4 对照组某患者的四个连续CT层面

对于不同的扫描层厚，CT图像中标记点的分布情况也有所不同。实验组30人，其中扫描层厚为5 mm的24人中，有4人标记点显示在2层CT图像中，其余20人标记点都显示在1层图像中；扫描层厚为3 mm的6人标记点均显示在1层图像。对照组30人，其中扫描层厚为5 mm的24人中，有17人标记点显示在2层CT图像中，其余7人标记点显示在1层图像中；扫描层厚为3 mm的6人中，1人标记点显示在3层CT图像中，4人标记点显示在2层CT图像中，只有1人标记点显示在1层图像中。

3 讨论

目前的精确放疗时代，精确定位与摆位对精确治疗起到决定性作用[10-13]，而摆位误差包含平移误差和角度旋转误差。前人研究了摆位误差对前列腺癌[14]、脑立体定向放疗[15]、鼻咽癌[16]、宫颈癌[17]、直肠癌[18]和非小细胞肺癌[19]患者剂量分布的影响，证实了摆位误差的存在对患者实际受到的剂量分布会产生不利影响[20]。本研究中标记点CT层面不准确是导致平移摆位误差的来源之一，以5 mm的层厚和层间距为例，假设铅标记点出现在2层CT图像上，且两层图像上的标记点大小相同，物理师若是选择2个CT层面的任何一个设置原始等中心点，原始等中心点在患者头脚方向上就会存在5/2=2.5 mm的偏差，进而在治疗时贡献2.5 mm的平移误差，基于此本研究也发现若不及时纠正就会对患者剂量分布产生不利影响。

本研究提出的通过使用Control Scan和位置数据计算，精确确定含标记点的CT层面位置并进行扫描的方法简单方便，只需增加一个Control Scan扫描协议，并使用WPS表格的工作表计算确定扫描上界即可。根据测试结果，使用本研究改进的方法，标记点出现在1层CT图像上的比例提高了60%，初步证实了该方法的有效性。实验组中仅有4人标记点出现在2个CT层面。对这4例标记点出现在2个CT层面的患者CT图像进行分析发现，这4例的CT扫描层厚和层间距均为5 mm。可能是由于患者不自主移动或胸腹部的呼吸运动影响了CT扫描，导致标记点出现在2个CT层面上。

本研究的不足之处：只使用了西门子SOMATOM Sensation Open这一款型号的CT模拟机，没有对西门子其他型号的CT模拟机进行测试。而且对3 mm和5 mm层厚/层间距没有分组，这些都有待于后续进行深入研究。不过，根据本文的初步研究结果，证明了该方法可以大幅提高标记点出现在1层CT图像上的比例，从而为其他使用西门子CT模拟机的同行提供了有益的操作参考。

综上所述，针对使用西门子CT模拟机扫描放疗患者时无法精确扫描含标记点层面的问题，Control Scan和位置数据计算的方法，可以精确确定含标记点CT层面的位置，并大幅度提高标记点在1层CT图像上的比例，有利于为肿瘤放疗患者的精确计划制作和后续的精确摆位治疗提供坚实可靠的基础。