不同掃描條件對(duì)射波刀劑量計(jì)算的影響

奚 惠，景生華，陳 倩，蔣長(zhǎng)晨，李益坤，王 振，李傲梅，朱錫旭

（東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院放療科，南京 210002）

0 引言

隨著放療技術(shù)的發(fā)展，精確放療的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)放療計(jì)劃計(jì)算的精確性要求越來(lái)越高。放療計(jì)劃在進(jìn)行劑量計(jì)算時(shí)，先將定位掃描得到的組織CT 值轉(zhuǎn)換為相對(duì)電子密度[1-5]，再以組織相對(duì)電子密度為基礎(chǔ)進(jìn)行不均勻性組織校正，最后計(jì)算劑量得到劑量分布。CT 值是對(duì)CT 圖像信息的基本度量[6]，CT 圖像中每個(gè)像素的灰度值由CT 值表示，對(duì)應(yīng)采集物質(zhì)體素的X 射線衰減系數(shù)[7]。掃描條件不同，相同組織的CT 值亦不同[8-10]，放療計(jì)劃軟件計(jì)算得到的劑量值也會(huì)產(chǎn)生不同程度的差異。本研究以射波刀Multiplan?治療計(jì)劃系統(tǒng)和飛利浦大孔徑CT 模擬定位機(jī)為基礎(chǔ)，分析不同掃描條件對(duì)射波刀劑量計(jì)算精確性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料及設(shè)備

飛利浦大孔徑CT 模擬定位機(jī)，美國(guó)Accuray 公司Multiplan?治療計(jì)劃系統(tǒng)，Lucy 頭頸部模體。

1.2 CT 模擬定位機(jī)掃描參數(shù)設(shè)定

使用飛利浦大孔徑CT 模擬定位機(jī)，設(shè)置不同掃描參數(shù)：管電壓80、100、120 和140 kV，管電流150和300 mA，準(zhǔn)直器為64×0.6 mm，螺距為0.8。對(duì)Lucy頭頸部模體進(jìn)行軸向CT 掃描，掃描層厚為1 mm，掃描范圍上界為頭頂上1 cm，下界為頸2 水平，共獲得8 組CT 圖像。

1.3 計(jì)劃設(shè)計(jì)

將獲得的8 組CT 圖像分別傳送至Multiplan?治療計(jì)劃系統(tǒng)，由臨床醫(yī)生在其中任一組CT 圖像上完成腫瘤靶區(qū)（gross tumor volume，GTV）和危及器官（organ at risk，OAR）的勾畫(huà)，將靶區(qū)復(fù)制到剩余的7組CT 圖像中，保證靶區(qū)和正常組織器官的勾畫(huà)完全一致。

計(jì)劃設(shè)計(jì)參數(shù)：采用美國(guó)Accuray 公司的Multiplan?治療計(jì)劃系統(tǒng)對(duì)8 組CT 圖像進(jìn)行放療計(jì)劃設(shè)計(jì)。采用6D Skull 追蹤模式、等中心照射方式，準(zhǔn)直器30 mm，處方劑量30 Gy/3f。將8 組CT 圖像追蹤中心和治療的等中心定在同一個(gè)坐標(biāo)位置，保證所有計(jì)劃設(shè)計(jì)完全一致。計(jì)劃設(shè)計(jì)完成后，采用高密度精算。為了便于比較，將30 Gy 處方劑量線定為80%，等中心計(jì)劃完成后劑量分布及感興趣點(diǎn)分布斷層圖如圖1 所示。

圖1 等中心計(jì)劃完成后劑量分布及感興趣點(diǎn)分布斷層圖

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

為了分析不同的掃描條件對(duì)劑量計(jì)算的影響，將數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分為2 個(gè)部分：（1）感興趣區(qū)的CT 值：隨機(jī)選取腫瘤周圍合適的感興趣區(qū)（包括空腔、骨、空腔+骨），如圖1 中藍(lán)色實(shí)心圓圈所示，記錄每個(gè)感興趣區(qū)的CT 值。（2）感興趣區(qū)的劑量值：感興趣區(qū)空腔、骨、空腔+骨50%體積包含的劑量值分別記為D50（Air）、D50（Bone）、D50（Air+Bone）；靶區(qū)及靶區(qū)外殼層的劑量值（分析靶區(qū)外劑量的跌落情況）：靶區(qū)GTV 外0、5、10、15、20 mm 距離處均生成厚度為5mm 的殼，其50%體積劑量值分別記為D50（0）、D50（5）、D50（10）、D50（15）、D50（20）。

其他須統(tǒng)計(jì)參數(shù)包括：靶區(qū)覆蓋率、靶區(qū)最小劑量值Dmin、靶區(qū)最大劑量值Dmax、靶區(qū)和正常組織的50%體積劑量值D50、適形性指數(shù)（comformity index，CI）、新適形性指數(shù)（new comformity index，nCI）、均勻性指數(shù)（honogeneity index，HI）、梯度指數(shù)（gradient index，GI）等。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 22.0 軟件對(duì)所有參數(shù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，若符合正態(tài)分布，采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行描述。采用配對(duì)樣本t 檢驗(yàn)分析掃描條件對(duì)劑量計(jì)算的影響，P＜0.05 為結(jié)果有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同掃描條件對(duì)CT 值的影響

8 組不同掃描條件的CT 圖像中不同的感興趣區(qū)（包括腫瘤、軟組織、空腔和骨頭，每組各3 個(gè)感興趣點(diǎn)）CT 值見(jiàn)表1。管電壓固定時(shí)，不同管電流下感興趣區(qū)的CT 值有差異，但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；管電流固定時(shí)，不同管電壓下感興趣區(qū)的CT 值發(fā)生明顯變化，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，且感興趣區(qū)的CT 值與管電壓呈負(fù)相關(guān)。

表1 不同掃描條件下感興趣區(qū)的CT 值統(tǒng)計(jì) 單位：HU

2.2 不同掃描條件對(duì)感興趣點(diǎn)劑量值的影響

8 組不同掃描條件的CT 圖像中不同的感興趣區(qū)（包括腫瘤、軟組織、空腔和骨頭，每組各3 個(gè)感興趣點(diǎn)）的劑量值見(jiàn)表2。管電壓固定時(shí)，不同管電流下感興趣區(qū)計(jì)算的劑量值有差異，低管電壓（80 和100 kV）時(shí)，隨著管電流升高，劑量值降低；高管電壓（120 和140 kV）時(shí)，隨著管電流升高，劑量值升高，但均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。管電流固定時(shí)，當(dāng)管電流為150 mA時(shí)，隨著管電壓升高，劑量值降低；當(dāng)管電流為300 mA時(shí)，隨著管電壓升高，劑量值總體上呈上升趨勢(shì)，且80 和140 kV 對(duì)劑量的影響有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P=0.013。

表2 不同掃描條件下感興趣區(qū)的劑量值統(tǒng)計(jì) 單位：cGy

2.3 不同掃描條件對(duì)靶區(qū)劑量計(jì)算和分布的影響

2.3.1 不同管電流對(duì)靶區(qū)劑量計(jì)算和分布的影響

對(duì)8 組不同掃描條件的CT 圖像設(shè)計(jì)相同限制條件的等中心計(jì)劃，不同管電流下靶區(qū)外不同殼層以及周圍不同正常組織的劑量值見(jiàn)表3。不同管電流對(duì)靶區(qū)及其周邊劑量分布有影響，管電流越高，劑量分布越緊湊，劑量跌落越陡峭，但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表3 不同管電流下靶區(qū)外不同殼層以及周圍不同正常組織的劑量值統(tǒng)計(jì)

2.3.2 不同管電壓對(duì)靶區(qū)劑量計(jì)算和分布的影響

對(duì)8 組不同掃描條件的CT 圖像設(shè)計(jì)相同限制條件的等中心計(jì)劃，不同管電壓下靶區(qū)外不同殼層以及周圍不同正常組織劑量值見(jiàn)表4。隨著管電壓的升高，GTV 外0～5 mm 范圍內(nèi)50%體積劑量值均呈下降趨勢(shì)，GTV 外5 mm＜～25 mm 范圍內(nèi)50%體積劑量值均呈先上升后下降趨勢(shì)，說(shuō)明管電壓改變了靶區(qū)周圍的劑量分布。

表4 不同管電壓下靶區(qū)外不同殼層以及周圍不同正常組織的劑量值統(tǒng)計(jì)

不同管電壓對(duì)靶區(qū)和正常組織右眼50%體積劑量D50的影響有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），說(shuō)明管電壓改變了靶區(qū)以及正常組織的劑量分布。并且當(dāng)管電壓為80 kV 時(shí)，對(duì)治療計(jì)劃?rùn)C(jī)器跳數(shù)的影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。詳見(jiàn)表5。

表5 不同管電壓對(duì)靶區(qū)劑量計(jì)算影響的P 值統(tǒng)計(jì)

3 討論

有很多研究指出，CT 掃描條件對(duì)CT 值影響較大，直接影響計(jì)劃系統(tǒng)中CT-電子密度的轉(zhuǎn)換[11]，從而對(duì)劑量計(jì)算的準(zhǔn)確性[12-13]產(chǎn)生影響。張國(guó)前等[14]的研究結(jié)果表明，CT 值受多種因素的影響，其中管電壓、圖像重建算法、掃描床面高度的影響較為顯著。目前CT 掃描條件對(duì)射波刀劑量計(jì)算的具體影響臨床上研究甚少，其中廖雄飛等[15]的研究指出掃描條件對(duì)劑量分布有一定影響，且低劑量區(qū)域影響較高劑量區(qū)域大。

本研究針對(duì)不同CT 掃描條件對(duì)射波刀劑量計(jì)算以及劑量分布的影響進(jìn)行了深入研究，對(duì)比的所有等中心計(jì)劃除了CT 圖像的掃描參數(shù)不同外，其余所有參數(shù)（包括中心位置、靶區(qū)、準(zhǔn)直器大小、治療路徑、處方、等劑量線等）均一致，所以得到的比較結(jié)果具有一定的準(zhǔn)確性。研究顯示管電壓對(duì)CT 值造成的影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且CT 值與管電壓呈負(fù)相關(guān)，與呂蓉等[16]的研究結(jié)果一致；而管電流對(duì)CT 值的影響比較復(fù)雜，且沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，當(dāng)管電壓為80、100、120 kV 時(shí)，CT 值隨著管電流的升高而增大，當(dāng)管電壓為140 kV 時(shí)，CT 值隨著管電流的升高而減小。

另外，研究結(jié)果顯示，雖然只有當(dāng)管電流為300mA時(shí)，80 和140 kV 管電壓對(duì)感興趣點(diǎn)劑量值的影響有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.013），但隨著管電壓和管電流的升高，感興趣點(diǎn)的劑量值表現(xiàn)出明顯的變化趨勢(shì)，并且管電壓太高或者太低，對(duì)感興趣點(diǎn)劑量值的影響較明顯。同樣，除了管電壓對(duì)靶區(qū)和正常組織（右眼）50%體積劑量D50的影響有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）外，管電壓和管電流對(duì)其他正常組織劑量值的影響均沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但管電流越高，靶區(qū)的劑量分布就越緊湊，劑量跌落也越陡峭，說(shuō)明管電壓和管電流的大小可以改變靶區(qū)和正常組織的劑量分布。因此根據(jù)不同的部位選擇合適的管電流和管電壓，對(duì)靶區(qū)劑量計(jì)算的準(zhǔn)確性和劑量分布非常重要。

綜上所述，不同掃描條件直接影響CT 值的大小，且對(duì)放療計(jì)劃的劑量計(jì)算以及劑量分布具有一定程度的影響。因此根據(jù)不同的放療方式選擇不同的CT 掃描條件對(duì)放療計(jì)劃的劑量計(jì)算及分布具有重要的臨床意義，對(duì)放療設(shè)備的質(zhì)量控制也具有一定的臨床價(jià)值。本文只研究了不同CT 掃描條件對(duì)頭頸部腫瘤劑量計(jì)算的影響，而胸腹部尤其是肺部密度差異較大，有待進(jìn)一步研究。