一種精確掃描含標(biāo)記點(diǎn)CT層面的方法及應(yīng)用分析

陳成，王敏，趙紫婷，時(shí)飛躍,2，秦偉，陳飛，魏曉為

1. 南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院（南京市第一醫(yī)院） a. 腫瘤放療中心；b. 醫(yī)療設(shè)備處，江蘇 南京 210006；2. 南京醫(yī)科大學(xué) 醫(yī)學(xué)物理研究中心，江蘇 南京 21002

引言

隨著計(jì)算機(jī)和影像技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，腫瘤放射治療已進(jìn)入精確放療時(shí)代，“精確”貫穿在整個(gè)放射治療過程中[1]。對(duì)腫瘤放療患者進(jìn)行準(zhǔn)確的CT模擬定位，是實(shí)現(xiàn)精確放療的前提和基礎(chǔ)，由此可確定腫瘤的位置和范圍，以及與周圍組織、重要器官間的相互關(guān)系[2]。目前，放療患者一般通過大孔徑CT模擬機(jī)來完成放療定位。與常規(guī)模擬機(jī)相比，CT模擬機(jī)能提供更為準(zhǔn)確、可靠和實(shí)用的方法，且具有更多解剖結(jié)構(gòu)信息的斷層CT圖像可直接用作現(xiàn)代三維治療計(jì)劃設(shè)計(jì)[3-5]。在進(jìn)行CT模擬定位時(shí)，設(shè)置參考標(biāo)記點(diǎn)是非常重要的一步。通過在放療患者體表或體模表面設(shè)置標(biāo)記點(diǎn)，可以確定原始等中心的位置。西門子CT模擬機(jī)是放療領(lǐng)域使用較廣泛的一類CT模擬機(jī)[6-7]。使用西門子CT模擬機(jī)進(jìn)行CT掃描操作時(shí)，可以選取掃描范圍開始和結(jié)束的位置，但是不能準(zhǔn)確確定標(biāo)記點(diǎn)層面的位置，無法精確掃描含標(biāo)記點(diǎn)CT層面。由于放療CT掃描的層厚（層間距）通常選取為3 mm或5 mm，且部分容積效應(yīng)的影響會(huì)導(dǎo)致標(biāo)記點(diǎn)在多個(gè)（2或3個(gè)）CT層面中顯示，易影響后續(xù)治療計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)確定原始等中心點(diǎn)的位置，甚至還會(huì)影響患者后續(xù)治療時(shí)的擺位誤差。針對(duì)使用西門子CT模擬機(jī)掃描放療患者時(shí)無法精確掃描含標(biāo)記點(diǎn)CT層面的問題，本文提出了一種使用Control Scan和位置數(shù)據(jù)計(jì)算，精確確定含標(biāo)記點(diǎn)的CT層面位置并進(jìn)行掃描的方法，并進(jìn)行了測(cè)試分析。

1 材料與方法

1.1 材料

西門子SOMATOM Sensation Open CT模擬機(jī)，具有82 cm的機(jī)架孔徑，配備CIVCO全碳素平板床以及主臺(tái)和附臺(tái)工作站等。操作軟件：西門子Syngo軟件系統(tǒng)?？梢苿?dòng)式激光定位系統(tǒng)：型號(hào)為L(zhǎng)AP DORADO 3，其包括機(jī)架兩側(cè)以及機(jī)架上方共3支激光燈，可實(shí)現(xiàn)激光線沿患者腹背方向和左右方向運(yùn)動(dòng)。

1.2 掃描準(zhǔn)備

掃描前，放療技師先借助外置激光燈在患者體表貼三個(gè)鉛標(biāo)記點(diǎn)，用于確定原始等中心[8-9]；先使用Syngo軟件控制西門子CT設(shè)備，給患者掃描一個(gè)定位像；再選擇一個(gè)放療CT掃描協(xié)議，設(shè)置各項(xiàng)掃描參數(shù)后，在定位像上選擇放療CT掃描的開始和結(jié)束的位置（圖1），選擇好之后正式開始CT掃描。

圖1 含Control Scan層面及掃描范圍的Syngo界面

1.3 方法

使用Control Scan和位置數(shù)據(jù)計(jì)算，精確確定含標(biāo)記點(diǎn)的CT層面位置并進(jìn)行掃描的方法，具體如下。

（1）按常規(guī)方法完成患者體位及體位固定的步驟，并使用LAP激光系統(tǒng)在合適的位置貼上鉛標(biāo)記點(diǎn)作為體表標(biāo)記。

（2）在CT掃描界面根據(jù)患者掃描部位，選取某種放療掃描協(xié)議，設(shè)置掃描層厚、層間距和卷積核等參數(shù)后進(jìn)行定位像掃描。

（3）獲取定位像后，選擇插入一個(gè)Control Scan掃描，雙擊放大定位像，移動(dòng)Control Scan掃描線與定位像上體部?jī)蓚?cè)的鉛標(biāo)記點(diǎn)重疊，掃描Control Scan像后可得到一層完整清晰顯示鉛點(diǎn)的圖像，并記錄該層面（進(jìn)出機(jī)架方向）的CT床值（SP）：X（圖1）。

（4）選擇前述的放療掃描協(xié)議并在定位像上按要求確定大致的上下界掃描范圍，將掃描起始線Begin數(shù)值減去SP數(shù)值，看兩者位置之差是否為掃描層厚（例如3 mm或5 mm）的倍數(shù)。如果是，那么Begin的數(shù)值無需調(diào)整可直接進(jìn)行CT掃描與圖像重建；如果否，則需要微調(diào)Begin數(shù)值，使Begin數(shù)值與SP的差值為掃描層厚的倍數(shù)，精確確定含標(biāo)記點(diǎn)的CT層面位置。

（5）確定Begin數(shù)值后，執(zhí)行該放療掃描協(xié)議，進(jìn)行CT掃描與圖像重建，掃描結(jié)束后將CT圖像傳輸至治療計(jì)劃系統(tǒng)。

為便于確定Begin的數(shù)值，應(yīng)用WPS表格制作使用Control Scan進(jìn)行位置數(shù)據(jù)計(jì)算的計(jì)算工作表如圖2所示。該工作表中淺藍(lán)色部分表示需要輸入的基本醫(yī)療信息和位置信息，淺綠色表示最終的位置計(jì)算結(jié)果，即Begin目標(biāo)數(shù)值。

圖2 使用Control Scan進(jìn)行位置數(shù)據(jù)計(jì)算的WPS表格工作表示例

1.4 病例選擇

選取了2020年9月至11月在我院治療的60例頭頸、胸腹和盆腔部位的腫瘤患者，其中30例為實(shí)驗(yàn)組（24人掃描層厚為5 mm，6人掃描層厚為3 mm），使用Control Scan和位置數(shù)據(jù)計(jì)算方法，其他30例為對(duì)照組（24人掃描層厚為5 mm，6人掃描層厚為3 mm），中位年齡為61.5歲（22～87歲），使用常規(guī)方法。

1.5 數(shù)據(jù)分析方法

分別統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組中標(biāo)記點(diǎn)出現(xiàn)在1層、2層和3層CT圖像上的人數(shù)及所占比例，然后進(jìn)行分析比較。

2 結(jié)果

如表1所示，實(shí)驗(yàn)組中標(biāo)記點(diǎn)出現(xiàn)1層CT圖像上的人數(shù)分別為26人（占比86.7%）；對(duì)照組中相應(yīng)的數(shù)據(jù)為8人（占比26.7%），使用新方法使標(biāo)記點(diǎn)出現(xiàn)在1層CT圖像上的比例提高了60%。圖3所示為實(shí)驗(yàn)組某患者的三個(gè)連續(xù)的CT層面，標(biāo)記點(diǎn)出現(xiàn)在1層CT圖像上；圖4所示為對(duì)照組某患者的四個(gè)連續(xù)的CT層面，標(biāo)記點(diǎn)出現(xiàn)在2層CT圖像上。

表1 患者CT圖像中標(biāo)記點(diǎn)不同分布層數(shù)所占的人數(shù)（百分比）的統(tǒng)計(jì)結(jié)果[n (%)]

圖3 實(shí)驗(yàn)組某患者的三個(gè)連續(xù)CT層面

圖4 對(duì)照組某患者的四個(gè)連續(xù)CT層面

對(duì)于不同的掃描層厚，CT圖像中標(biāo)記點(diǎn)的分布情況也有所不同。實(shí)驗(yàn)組30人，其中掃描層厚為5 mm的24人中，有4人標(biāo)記點(diǎn)顯示在2層CT圖像中，其余20人標(biāo)記點(diǎn)都顯示在1層圖像中；掃描層厚為3 mm的6人標(biāo)記點(diǎn)均顯示在1層圖像。對(duì)照組30人，其中掃描層厚為5 mm的24人中，有17人標(biāo)記點(diǎn)顯示在2層CT圖像中，其余7人標(biāo)記點(diǎn)顯示在1層圖像中；掃描層厚為3 mm的6人中，1人標(biāo)記點(diǎn)顯示在3層CT圖像中，4人標(biāo)記點(diǎn)顯示在2層CT圖像中，只有1人標(biāo)記點(diǎn)顯示在1層圖像中。

3 討論

目前的精確放療時(shí)代，精確定位與擺位對(duì)精確治療起到?jīng)Q定性作用[10-13]，而擺位誤差包含平移誤差和角度旋轉(zhuǎn)誤差。前人研究了擺位誤差對(duì)前列腺癌[14]、腦立體定向放療[15]、鼻咽癌[16]、宮頸癌[17]、直腸癌[18]和非小細(xì)胞肺癌[19]患者劑量分布的影響，證實(shí)了擺位誤差的存在對(duì)患者實(shí)際受到的劑量分布會(huì)產(chǎn)生不利影響[20]。本研究中標(biāo)記點(diǎn)CT層面不準(zhǔn)確是導(dǎo)致平移擺位誤差的來源之一，以5 mm的層厚和層間距為例，假設(shè)鉛標(biāo)記點(diǎn)出現(xiàn)在2層CT圖像上，且兩層圖像上的標(biāo)記點(diǎn)大小相同，物理師若是選擇2個(gè)CT層面的任何一個(gè)設(shè)置原始等中心點(diǎn)，原始等中心點(diǎn)在患者頭腳方向上就會(huì)存在5/2=2.5 mm的偏差，進(jìn)而在治療時(shí)貢獻(xiàn)2.5 mm的平移誤差，基于此本研究也發(fā)現(xiàn)若不及時(shí)糾正就會(huì)對(duì)患者劑量分布產(chǎn)生不利影響。

本研究提出的通過使用Control Scan和位置數(shù)據(jù)計(jì)算，精確確定含標(biāo)記點(diǎn)的CT層面位置并進(jìn)行掃描的方法簡(jiǎn)單方便，只需增加一個(gè)Control Scan掃描協(xié)議，并使用WPS表格的工作表計(jì)算確定掃描上界即可。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，使用本研究改進(jìn)的方法，標(biāo)記點(diǎn)出現(xiàn)在1層CT圖像上的比例提高了60%，初步證實(shí)了該方法的有效性。實(shí)驗(yàn)組中僅有4人標(biāo)記點(diǎn)出現(xiàn)在2個(gè)CT層面。對(duì)這4例標(biāo)記點(diǎn)出現(xiàn)在2個(gè)CT層面的患者CT圖像進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，這4例的CT掃描層厚和層間距均為5 mm?？赡苁怯捎诨颊卟蛔灾饕苿?dòng)或胸腹部的呼吸運(yùn)動(dòng)影響了CT掃描，導(dǎo)致標(biāo)記點(diǎn)出現(xiàn)在2個(gè)CT層面上。

本研究的不足之處：只使用了西門子SOMATOM Sensation Open這一款型號(hào)的CT模擬機(jī)，沒有對(duì)西門子其他型號(hào)的CT模擬機(jī)進(jìn)行測(cè)試。而且對(duì)3 mm和5 mm層厚/層間距沒有分組，這些都有待于后續(xù)進(jìn)行深入研究。不過，根據(jù)本文的初步研究結(jié)果，證明了該方法可以大幅提高標(biāo)記點(diǎn)出現(xiàn)在1層CT圖像上的比例，從而為其他使用西門子CT模擬機(jī)的同行提供了有益的操作參考。

綜上所述，針對(duì)使用西門子CT模擬機(jī)掃描放療患者時(shí)無法精確掃描含標(biāo)記點(diǎn)層面的問題，Control Scan和位置數(shù)據(jù)計(jì)算的方法，可以精確確定含標(biāo)記點(diǎn)CT層面的位置，并大幅度提高標(biāo)記點(diǎn)在1層CT圖像上的比例，有利于為腫瘤放療患者的精確計(jì)劃制作和后續(xù)的精確擺位治療提供堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。