不同扫描条件对射波刀剂量计算的影响

奚 惠，景生华，陈 倩，蒋长晨，李益坤，王 振，李傲梅，朱锡旭

（东部战区总医院放疗科，南京 210002）

0 引言

随着放疗技术的发展，精确放疗的应用越来越广泛，对放疗计划计算的精确性要求越来越高。放疗计划在进行剂量计算时，先将定位扫描得到的组织CT 值转换为相对电子密度[1-5]，再以组织相对电子密度为基础进行不均匀性组织校正，最后计算剂量得到剂量分布。CT 值是对CT 图像信息的基本度量[6]，CT 图像中每个像素的灰度值由CT 值表示，对应采集物质体素的X 射线衰减系数[7]。扫描条件不同，相同组织的CT 值亦不同[8-10]，放疗计划软件计算得到的剂量值也会产生不同程度的差异。本研究以射波刀Multiplan®治疗计划系统和飞利浦大孔径CT 模拟定位机为基础，分析不同扫描条件对射波刀剂量计算精确性的影响。

1 材料与方法

1.1 材料及设备

飞利浦大孔径CT 模拟定位机，美国Accuray 公司Multiplan®治疗计划系统，Lucy 头颈部模体。

1.2 CT 模拟定位机扫描参数设定

使用飞利浦大孔径CT 模拟定位机，设置不同扫描参数：管电压80、100、120 和140 kV，管电流150和300 mA，准直器为64×0.6 mm，螺距为0.8。对Lucy头颈部模体进行轴向CT 扫描，扫描层厚为1 mm，扫描范围上界为头顶上1 cm，下界为颈2 水平，共获得8 组CT 图像。

1.3 计划设计

将获得的8 组CT 图像分别传送至Multiplan®治疗计划系统，由临床医生在其中任一组CT 图像上完成肿瘤靶区（gross tumor volume，GTV）和危及器官（organ at risk，OAR）的勾画，将靶区复制到剩余的7组CT 图像中，保证靶区和正常组织器官的勾画完全一致。

计划设计参数：采用美国Accuray 公司的Multiplan®治疗计划系统对8 组CT 图像进行放疗计划设计。采用6D Skull 追踪模式、等中心照射方式，准直器30 mm，处方剂量30 Gy/3f。将8 组CT 图像追踪中心和治疗的等中心定在同一个坐标位置，保证所有计划设计完全一致。计划设计完成后，采用高密度精算。为了便于比较，将30 Gy 处方剂量线定为80%，等中心计划完成后剂量分布及感兴趣点分布断层图如图1 所示。

图1 等中心计划完成后剂量分布及感兴趣点分布断层图

1.4 数据统计

为了分析不同的扫描条件对剂量计算的影响，将数据统计分为2 个部分：（1）感兴趣区的CT 值：随机选取肿瘤周围合适的感兴趣区（包括空腔、骨、空腔+骨），如图1 中蓝色实心圆圈所示，记录每个感兴趣区的CT 值。（2）感兴趣区的剂量值：感兴趣区空腔、骨、空腔+骨50%体积包含的剂量值分别记为D50（Air）、D50（Bone）、D50（Air+Bone）；靶区及靶区外壳层的剂量值（分析靶区外剂量的跌落情况）：靶区GTV 外0、5、10、15、20 mm 距离处均生成厚度为5mm 的壳，其50%体积剂量值分别记为D50（0）、D50（5）、D50（10）、D50（15）、D50（20）。

其他须统计参数包括：靶区覆盖率、靶区最小剂量值Dmin、靶区最大剂量值Dmax、靶区和正常组织的50%体积剂量值D50、适形性指数（comformity index，CI）、新适形性指数（new comformity index，nCI）、均匀性指数（honogeneity index，HI）、梯度指数（gradient index，GI）等。

1.5 统计学方法

采用SPSS 22.0 软件对所有参数进行正态性检验，若符合正态分布，采用均数±标准差进行描述。采用配对样本t 检验分析扫描条件对剂量计算的影响，P＜0.05 为结果有统计学意义。

2 结果

2.1 不同扫描条件对CT 值的影响

8 组不同扫描条件的CT 图像中不同的感兴趣区（包括肿瘤、软组织、空腔和骨头，每组各3 个感兴趣点）CT 值见表1。管电压固定时，不同管电流下感兴趣区的CT 值有差异，但无统计学意义；管电流固定时，不同管电压下感兴趣区的CT 值发生明显变化，有统计学差异，且感兴趣区的CT 值与管电压呈负相关。

表1 不同扫描条件下感兴趣区的CT 值统计 单位：HU

2.2 不同扫描条件对感兴趣点剂量值的影响

8 组不同扫描条件的CT 图像中不同的感兴趣区（包括肿瘤、软组织、空腔和骨头，每组各3 个感兴趣点）的剂量值见表2。管电压固定时，不同管电流下感兴趣区计算的剂量值有差异，低管电压（80 和100 kV）时，随着管电流升高，剂量值降低；高管电压（120 和140 kV）时，随着管电流升高，剂量值升高，但均无统计学意义。管电流固定时，当管电流为150 mA时，随着管电压升高，剂量值降低；当管电流为300 mA时，随着管电压升高，剂量值总体上呈上升趋势，且80 和140 kV 对剂量的影响有统计学意义，P=0.013。

表2 不同扫描条件下感兴趣区的剂量值统计 单位：cGy

2.3 不同扫描条件对靶区剂量计算和分布的影响

2.3.1 不同管电流对靶区剂量计算和分布的影响

对8 组不同扫描条件的CT 图像设计相同限制条件的等中心计划，不同管电流下靶区外不同壳层以及周围不同正常组织的剂量值见表3。不同管电流对靶区及其周边剂量分布有影响，管电流越高，剂量分布越紧凑，剂量跌落越陡峭，但无统计学意义。

表3 不同管电流下靶区外不同壳层以及周围不同正常组织的剂量值统计

2.3.2 不同管电压对靶区剂量计算和分布的影响

对8 组不同扫描条件的CT 图像设计相同限制条件的等中心计划，不同管电压下靶区外不同壳层以及周围不同正常组织剂量值见表4。随着管电压的升高，GTV 外0～5 mm 范围内50%体积剂量值均呈下降趋势，GTV 外5 mm＜～25 mm 范围内50%体积剂量值均呈先上升后下降趋势，说明管电压改变了靶区周围的剂量分布。

表4 不同管电压下靶区外不同壳层以及周围不同正常组织的剂量值统计

不同管电压对靶区和正常组织右眼50%体积剂量D50的影响有统计学意义（P<0.05），说明管电压改变了靶区以及正常组织的剂量分布。并且当管电压为80 kV 时，对治疗计划机器跳数的影响具有统计学意义（P<0.05）。详见表5。

表5 不同管电压对靶区剂量计算影响的P 值统计

3 讨论

有很多研究指出，CT 扫描条件对CT 值影响较大，直接影响计划系统中CT-电子密度的转换[11]，从而对剂量计算的准确性[12-13]产生影响。张国前等[14]的研究结果表明，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。目前CT 扫描条件对射波刀剂量计算的具体影响临床上研究甚少，其中廖雄飞等[15]的研究指出扫描条件对剂量分布有一定影响，且低剂量区域影响较高剂量区域大。

本研究针对不同CT 扫描条件对射波刀剂量计算以及剂量分布的影响进行了深入研究，对比的所有等中心计划除了CT 图像的扫描参数不同外，其余所有参数（包括中心位置、靶区、准直器大小、治疗路径、处方、等剂量线等）均一致，所以得到的比较结果具有一定的准确性。研究显示管电压对CT 值造成的影响具有统计学意义，且CT 值与管电压呈负相关，与吕蓉等[16]的研究结果一致；而管电流对CT 值的影响比较复杂，且没有统计学意义，当管电压为80、100、120 kV 时，CT 值随着管电流的升高而增大，当管电压为140 kV 时，CT 值随着管电流的升高而减小。

另外，研究结果显示，虽然只有当管电流为300mA时，80 和140 kV 管电压对感兴趣点剂量值的影响有统计学差异（P=0.013），但随着管电压和管电流的升高，感兴趣点的剂量值表现出明显的变化趋势，并且管电压太高或者太低，对感兴趣点剂量值的影响较明显。同样，除了管电压对靶区和正常组织（右眼）50%体积剂量D50的影响有统计学意义（P<0.05）外，管电压和管电流对其他正常组织剂量值的影响均没有统计学差异，但管电流越高，靶区的剂量分布就越紧凑，剂量跌落也越陡峭，说明管电压和管电流的大小可以改变靶区和正常组织的剂量分布。因此根据不同的部位选择合适的管电流和管电压，对靶区剂量计算的准确性和剂量分布非常重要。

综上所述，不同扫描条件直接影响CT 值的大小，且对放疗计划的剂量计算以及剂量分布具有一定程度的影响。因此根据不同的放疗方式选择不同的CT 扫描条件对放疗计划的剂量计算及分布具有重要的临床意义，对放疗设备的质量控制也具有一定的临床价值。本文只研究了不同CT 扫描条件对头颈部肿瘤剂量计算的影响，而胸腹部尤其是肺部密度差异较大，有待进一步研究。