K17電子密度模體-白色

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在CT掃描過(guò)程，應(yīng)對(duì)器官的不均勻性，非常需要了解一個(gè)在CT數(shù)量及電子密度之前的精確關(guān)系。電子密度模體就是這樣一種針對(duì)各種器官多樣性和CT值之前協(xié)調(diào)的精密儀器。 電子密度模體是由多種塑料水的材料組成的碟片，包括頭部及腹部。在掃描區(qū)域的17個(gè)不同定位，有8種不同的等效器官效用。 評(píng)估CT值，糾正不均勻性，建立CT數(shù)量與組織電子素的關(guān)系，組織內(nèi)的診斷能量范圍。 電子密度模體特色和優(yōu)點(diǎn)：評(píng)估 CT 掃描數(shù)據(jù)、糾正不均勻性、記錄CT數(shù)與組織電子密度之間的關(guān)系、模擬診斷能量范圍內(nèi)的指示組織、快速評(píng)估距離登記電子密度。

2. CT值相對(duì)電子密度轉(zhuǎn)換關(guān)系影響因素及其對(duì)劑量計(jì)算的影響分析 隨著現(xiàn)代放射治療技術(shù)不斷的發(fā)展，放射治療已經(jīng)成為治療癌癥的重要手段之一。在臨床中，對(duì)病人進(jìn)行治療前，需要在CT模擬定位機(jī)上對(duì)病人進(jìn)行模擬定位掃描，獲得含有位置和解剖信息的CT圖像，治療計(jì)劃系統(tǒng)將獲得的CT圖像中的CT值到組織相對(duì)電子密度(HU-RED)轉(zhuǎn)換信息，并以組織相對(duì)電子密度為基礎(chǔ)對(duì)不均勻組織進(jìn)行校正，最后進(jìn)行劑量計(jì)算。 在這個(gè)過(guò)程中，保證劑量計(jì)算的精確性是放射治療的基礎(chǔ)。臨床中，病人在模擬定位掃描時(shí)，為了獲得病人清晰的CT 影像，不同部位掃描條件會(huì)有所差別，如掃描電壓、電流、層厚，上述因素都會(huì)對(duì)HU-RED 轉(zhuǎn)換曲線產(chǎn)生影響，進(jìn)而給病人治療計(jì)劃中的劑量計(jì)算帶來(lái)誤差。本研究以治療計(jì)劃系統(tǒng)和CT 模擬定位機(jī)為基礎(chǔ)，分析HU-RED 轉(zhuǎn)換曲線對(duì)治療計(jì)劃系統(tǒng)中劑量計(jì)算精確性產(chǎn)生的影響。

3. 材料與方法3.1. 實(shí)驗(yàn)材料及不同掃描條件下HU-RED曲線獲取 K17電子密度模體該模體為橢圓的外形，具有17 根已知相對(duì)電子密度的圓柱形模體棒插孔，孔徑直徑為30.5 mm，被分為兩個(gè)部分，中心處插入1 根等效水模體棒，其它插孔插入等效組織模體棒，圍繞著等效水模體棒分為內(nèi)外兩層，每層8 根等效組織模體棒，不同等效組織模體棒的相對(duì)電子密度如表1 所示。等效組織模體棒可以對(duì)人體的肺部、腹部、胸部、肌肉、肝臟、骨頭和致密骨進(jìn)行等效組織模擬，K17電子密度模體如圖1a所示。

HU-RED 轉(zhuǎn)換曲線的獲取將CT模擬定位機(jī)調(diào)整到工作狀態(tài)，把相同等效組織模體棒插入模體對(duì)應(yīng)內(nèi)外層圓柱孔徑內(nèi)，打開(kāi)三維定位激光燈，將K17電子密度模體以三維定位激光燈為參考準(zhǔn)確固定在碳纖維定位床板上，首先保持掃描層厚(3 mm)和掃描電流(150 mAs)不變，改變掃描電壓(90、120 kV)，獲得2 組CT 序列；然后保持掃描電壓(120 kV)和掃描電流(150 mAs)不變，改變掃描層厚(2、3、5 mm)，獲得3 組CT 序列；再次保持掃描層厚(3 mm)和掃描電壓(120 kV)不變，改變掃描電流(300、395 mAs)，得到2 組CT序列。考慮到等效組織模體棒在模體內(nèi)的擺放位置對(duì)CT值產(chǎn)生影響，將內(nèi)層模體棒按順時(shí)針依次旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°放置，調(diào)整CT模擬定位機(jī)的掃描層厚為3mm、掃描電壓為120 kV、掃描電流為150 mAs，獲得3 組CT 序列，電子密度模體CT 掃描圖像如圖1b 所示。將上述獲得的10 組CT 序列導(dǎo)入到Monaco5.11 治療計(jì)劃系統(tǒng)，打開(kāi)上述CT序列，讀取每個(gè)等效組織模體棒內(nèi)等中心層面半徑為6 mm球體內(nèi)的平均CT值。根據(jù)不同的掃描條件，將已知相對(duì)電子密度的等效組織模體棒和其對(duì)應(yīng)的CT值進(jìn)行擬合，獲得不同掃描條件下的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線，并導(dǎo)入到治療計(jì)劃系統(tǒng)。

治療計(jì)劃制定及劑量對(duì)比分析 病例選擇與計(jì)劃制定選取中國(guó)科學(xué)院合肥腫瘤醫(yī)院接受放療的病人共28例，其中包括頭部腫瘤8例、胸部腫瘤8 例、腹部腫瘤6 例、盆腔部位腫瘤6 例，每例病人CT序列的掃描電壓為120 kV，掃描層厚為3 mm，掃描電流為150 mAs，靶區(qū)均由醫(yī)生完成勾畫(huà)。分析上述影響因素對(duì)HU-RED 轉(zhuǎn)換曲線的影響，選取差異較大的HU- RED 轉(zhuǎn)換曲線導(dǎo)入Monaco5.11 治療計(jì)劃系統(tǒng)。以掃描電壓為120 kV、掃描電流為150 mAs、掃描層厚為 3mm的 HU-RED轉(zhuǎn)換曲線為基礎(chǔ)分別對(duì) 28例病人設(shè)計(jì)容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)(VMAT)計(jì)劃，記為Plan1；保持計(jì)劃的通量和子野不變，調(diào)用其它差異較大的轉(zhuǎn)換曲線對(duì)28 例病人分別進(jìn)行劑量計(jì)算，記為Plan2。 劑量學(xué)差異分析本研究采用DVH數(shù)據(jù)對(duì)靶區(qū)和危及器官的劑量進(jìn)行評(píng)估，靶區(qū)采用D2、D50、D95、D98指標(biāo)進(jìn)行劑量對(duì)比分析，腦干、視神經(jīng)、晶體、肝臟、腎、脊髓、股骨頭、膀胱、直腸均采用最大點(diǎn)劑量(Dmax)和平均劑量(Dmean)進(jìn)行對(duì)比分析，肺部采用V5、V20體積受量進(jìn)行對(duì)比分析。

統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用Wilcoxon符號(hào)秩檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

不同掃描條件下HU-RED 轉(zhuǎn)換曲線差異比較結(jié)果 掃描電壓為90、120 kV 的轉(zhuǎn)換曲線之間的差異較大，尤其是在高物理密度或高電子密度組織區(qū)域，見(jiàn)圖2a；CT模擬機(jī)掃描層厚和掃描電流對(duì)轉(zhuǎn)換曲線無(wú)明顯影響，見(jiàn)圖2b和圖2c。電子密度模體中模體棒的擺放順序?qū)T值無(wú)明顯影響

計(jì)劃靶區(qū)(PTV)及危及器官劑量分析 :

腫瘤靶區(qū)PTV 劑量學(xué)參數(shù)分析在通量、子野不變的情況下，在頭頸部和盆腔部腫瘤兩種計(jì)劃中，90 kV 的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線比120 kV 的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線計(jì)算得到的靶區(qū)PTV劑量D2、D50、D95、D98略大(P≤0.029)。對(duì)于胸部和腹部腫瘤兩種計(jì)劃PTV 的D2無(wú)顯著性差異(P≥0.068)，PTV 的D50、D95、D98有顯著性差異(P≤0.043)，90 kV轉(zhuǎn)換曲線計(jì)算出的D50、D95、D98略大。具體如表2~表5所示。

危及器官劑量學(xué)參數(shù)分析在頭部危及器官中，兩種計(jì)劃腦干的Dmean具有顯著差異，應(yīng)用90 kV的HU-RED 轉(zhuǎn)換曲線計(jì)算的計(jì)劃(Plan2)中腦干的Dmean略大(P=0.025)，晶體、視神經(jīng)的Dmax、Dmean沒(méi)有顯著性差異。在胸部危及器官中，兩種計(jì)劃脊髓的Dmax、Dmean具有顯著性差異，90 kV的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線計(jì)算的計(jì)劃脊髓Dmax、Dmean略大(P≤0.036)，肺部和心臟的受照射劑量無(wú)明顯差異。在腹部危及器官中，兩種計(jì)劃患側(cè)腎的Dmean有顯著差異，應(yīng)用90 kV的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線計(jì)算的計(jì)劃(Plan2)中Dmean略大(P=0.032)。在盆腔部位中，一側(cè)股骨頭Dmean有顯著差異，另一側(cè)股骨頭Dmean、Dmax 有顯著差異，膀胱的Dmean有顯著差異，都是在90 kV的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線計(jì)劃(Plan2)中略大(P≤0.03)，其他危及器官受量如膀胱、直腸無(wú)顯著差異(P>0.05)。具體如表2~表5所示。

討論 放射治療劑量精度是以治療計(jì)劃劑量計(jì)算的精準(zhǔn)性為前提。在治療計(jì)劃設(shè)計(jì)之前，CT模擬定位掃描高質(zhì)量CT影像，幫助醫(yī)生完成腫瘤靶區(qū)及危及器官的準(zhǔn)確勾畫(huà)，同時(shí)為治療計(jì)劃的評(píng)估提供空間體積信息，為劑量計(jì)算提供基礎(chǔ)。由于人體的解剖結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，具有空腔臟器、高密度骨質(zhì)結(jié)構(gòu)、人體表面不規(guī)則等特點(diǎn)，人體組織結(jié)構(gòu)具有組織不均勻性。在劑量計(jì)算中，計(jì)劃系統(tǒng)根據(jù)從CT影像中得到的相對(duì)電子密度，使用不均勻組織校正算法對(duì)組織電子密度進(jìn)行校正，依據(jù)蒙卡劑量算法精確計(jì)算出患者體內(nèi)的劑量分布。根據(jù)研究，在6 和10 MV能量條件下照射100 cGy 劑量，使用錯(cuò)誤的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線進(jìn)行劑量計(jì)算，計(jì)算得到的劑量比正常值分別高出20.1%、14.9%。因此準(zhǔn)確獲取病人的CT 模擬定位影像是放射治療重要的組成部分，CT影像的精確度直接影響到放射治療計(jì)劃計(jì)算的精確度，從而影響到放射治療的質(zhì)量。

本次研究主要驗(yàn)證CT 模擬定位掃描條件改變引起的HU-RED 轉(zhuǎn)換曲線的改變，最終導(dǎo)致治療計(jì)劃系統(tǒng)中相對(duì)電子密度改變而對(duì)劑量計(jì)算過(guò)程造成的影響。由于CT 模擬定位機(jī)在不同工作電壓下，X線球管發(fā)射出的X光能量會(huì)發(fā)生變化，不同能量的X光在和物質(zhì)作用時(shí)產(chǎn)生的光電效應(yīng)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，光電效應(yīng)在高電子密度組織中差異較大，正如本次實(shí)驗(yàn)中，不同掃描電壓下，在相對(duì)較低的電子密度組織中CT值差異較小，在相對(duì)較高的電子密度組織中CT值差異較大。在所選取的病例中，治療計(jì)劃的靶區(qū)劑量具有顯著差異，在解剖結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的頭頸部和盆腔部位腫瘤中差異性較大，在胸腹部腫瘤中靶區(qū)高劑量區(qū)無(wú)顯著差異，頭頸部空腔中點(diǎn)劑量差異具有顯著性。應(yīng)用90 kV 的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線的計(jì)劃中計(jì)算的劑量比應(yīng)用120 kV的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線的計(jì)劃中計(jì)算的劑量偏高，原因在于不同的治療計(jì)劃系統(tǒng)盡管算法不同，但最終的劑量計(jì)算都是基于組織的電子密度，不準(zhǔn)確的HU-RED 轉(zhuǎn)換曲線會(huì)導(dǎo)致劑量計(jì)算產(chǎn)生誤差，VMAT計(jì)劃中進(jìn)行通量和子野優(yōu)化后，分別調(diào)用90和120 kV的相對(duì)電子密度轉(zhuǎn)換曲線進(jìn)行劑量計(jì)算，組織的CT 值相同時(shí)，90 kV 的相對(duì)電子密度轉(zhuǎn)換曲線轉(zhuǎn)換得到的相對(duì)電子密度偏低，對(duì)于高電子密度的組織影響更大，所以通量、子野、照射量相同的條件下，使用90 kV的HURED轉(zhuǎn)換曲線計(jì)算的計(jì)劃劑量計(jì)算結(jié)果偏高。當(dāng)歸一到處方劑量時(shí)，使用90 kV的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線計(jì)算的PTV 實(shí)際受量將會(huì)不足，對(duì)于靠近靶區(qū)和組織密度較大的危及器官，如腦干、患側(cè)腎、脊髓、股骨頭等，將不能夠準(zhǔn)確地評(píng)估所受的照射劑量。因此需要保證CT 模擬定位時(shí)掃描電壓和劑量計(jì)算使用的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線相一致，保證病人放射治療的質(zhì)量不受影響。

VMAT屬于現(xiàn)代較為復(fù)雜的調(diào)強(qiáng)技術(shù)，雖然具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但不能忽略多種因素對(duì)劑量計(jì)算本身的影響。本研究中靶區(qū)和危及器官劑量差異具有顯著性，根據(jù)ICRU 24 號(hào)報(bào)告，腫瘤靶區(qū)劑量精確性應(yīng)好于5%。但劑量實(shí)施過(guò)程中多葉光柵到位精度會(huì)受到重力的影響，治療床板及延長(zhǎng)板會(huì)對(duì)射線產(chǎn)生1.7%~6.1%的衰減。綜合上述因素考慮，為降低劑量誤差，HU-RED轉(zhuǎn)換曲線的差異所帶來(lái)的劑量計(jì)算誤差不能夠忽略。 綜上所述，在放射治療中，保證治療計(jì)劃系統(tǒng)中HU-RED轉(zhuǎn)換曲線的精確性非常重要，物理師在設(shè)計(jì)治療計(jì)劃時(shí)，使用的HU-RED 轉(zhuǎn)換曲線需要與患者的CT模擬定位時(shí)掃描電壓相一致，掃描電壓不能因?yàn)閽呙璨课坏牟煌S意改變，確保劑量計(jì)算用的相對(duì)電子密度信息與患者體內(nèi)相對(duì)電子密度相一致是劑量計(jì)算的基礎(chǔ)。