K17電子密度模體-白色

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在CT掃描過程，應(yīng)對器官的不均勻性，非常需要了解一個在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個不同定位，有8種不同的等效器官效用。 評估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：評估 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、快速評估距離登記電子密度。

2. CT值相對電子密度轉(zhuǎn)換關(guān)系影響因素及其對劑量計算的影響分析 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，對病人進行治療前，需要在CT模擬定位機上對病人進行模擬定位掃描，獲得含有位置和解剖信息的CT圖像，治療計劃系統(tǒng)將獲得的CT圖像中的CT值到組織相對電子密度(HU-RED)轉(zhuǎn)換信息，并以組織相對電子密度為基礎(chǔ)對不均勻組織進行校正，最后進行劑量計算。 在這個過程中，保證劑量計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，為了獲得病人清晰的CT 影像，不同部位掃描條件會有所差別，如掃描電壓、電流、層厚，上述因素都會對HU-RED 轉(zhuǎn)換曲線產(chǎn)生影響，進而給病人治療計劃中的劑量計算帶來誤差。本研究以治療計劃系統(tǒng)和CT 模擬定位機為基礎(chǔ)，分析HU-RED 轉(zhuǎn)換曲線對治療計劃系統(tǒng)中劑量計算精確性產(chǎn)生的影響。

3. 材料與方法3.1. 實驗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電子密度如表1 所示。等效組織模體棒可以對人體的肺部、腹部、胸部、肌肉、肝臟、骨頭和致密骨進行等效組織模擬，K17電子密度模體如圖1a所示。

HU-RED 轉(zhuǎn)換曲線的獲取將CT模擬定位機調(diào)整到工作狀態(tài)，把相同等效組織模體棒插入模體對應(yīng)內(nèi)外層圓柱孔徑內(nèi)，打開三維定位激光燈，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CT值產(chǎn)生影響，將內(nèi)層模體棒按順時針依次旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°放置，調(diào)整CT模擬定位機的掃描層厚為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 序列導入到Monaco5.11 治療計劃系統(tǒng)，打開上述CT序列，讀取每個等效組織模體棒內(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，將已知相對電子密度的等效組織模體棒和其對應(yīng)的CT值進行擬合，獲得不同掃描條件下的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線，并導入到治療計劃系統(tǒng)。

治療計劃制定及劑量對比分析 病例選擇與計劃制定選取中國科學院合肥腫瘤醫(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。分析上述影響因素對HU-RED 轉(zhuǎn)換曲線的影響，選取差異較大的HU- RED 轉(zhuǎn)換曲線導入Monaco5.11 治療計劃系統(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 28例病人設(shè)計容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(VMAT)計劃，記為Plan1；保持計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28 例病人分別進行劑量計算，記為Plan2。 劑量學差異分析本研究采用DVH數(shù)據(jù)對靶區(qū)和危及器官的劑量進行評估，靶區(qū)采用D2、D50、D95、D98指標進行劑量對比分析，腦干、視神經(jīng)、晶體、肝臟、腎、脊髓、股骨頭、膀胱、直腸均采用最大點劑量(Dmax)和平均劑量(Dmean)進行對比分析，肺部采用V5、V20體積受量進行對比分析。

統(tǒng)計學方法 采用SPSS 16.0軟件進行統(tǒng)計分析,符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進行配對t檢驗，非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用Wilcoxon符號秩檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

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，見圖2a；CT模擬機掃描層厚和掃描電流對轉(zhuǎn)換曲線無明顯影響，見圖2b和圖2c。電子密度模體中模體棒的擺放順序?qū)T值無明顯影響

計劃靶區(qū)(PTV)及危及器官劑量分析 :

腫瘤靶區(qū)PTV 劑量學參數(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劃中，90 kV 的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線比120 kV 的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線計算得到的靶區(qū)PTV劑量D2、D50、D95、D98略大(P≤0.029)。對于胸部和腹部腫瘤兩種計劃PTV 的D2無顯著性差異(P≥0.068)，PTV 的D50、D95、D98有顯著性差異(P≤0.043)，90 kV轉(zhuǎn)換曲線計算出的D50、D95、D98略大。具體如表2~表5所示。

危及器官劑量學參數(shù)分析在頭部危及器官中，兩種計劃腦干的Dmean具有顯著差異，應(yīng)用90 kV的HU-RED 轉(zhuǎn)換曲線計算的計劃(Plan2)中腦干的Dmean略大(P=0.025)，晶體、視神經(jīng)的Dmax、Dmean沒有顯著性差異。在胸部危及器官中，兩種計劃脊髓的Dmax、Dmean具有顯著性差異，90 kV的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線計算的計劃脊髓Dmax、Dmean略大(P≤0.036)，肺部和心臟的受照射劑量無明顯差異。在腹部危及器官中，兩種計劃患側(cè)腎的Dmean有顯著差異，應(yīng)用90 kV的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線計算的計劃(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)換曲線計劃(Plan2)中略大(P≤0.03)，其他危及器官受量如膀胱、直腸無顯著差異(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劃劑量計算的精準性為前提。在治療計劃設(shè)計之前，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)及危及器官的準確勾畫，同時為治療計劃的評估提供空間體積信息，為劑量計算提供基礎(chǔ)。由于人體的解剖結(jié)構(gòu)非常復雜，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，人體組織結(jié)構(gòu)具有組織不均勻性。在劑量計算中，計劃系統(tǒng)根據(jù)從CT影像中得到的相對電子密度，使用不均勻組織校正算法對組織電子密度進行校正，依據(jù)蒙卡劑量算法精確計算出患者體內(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，使用錯誤的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線進行劑量計算，計算得到的劑量比正常值分別高出20.1%、14.9%。因此準確獲取病人的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劃計算的精確度，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，最終導致治療計劃系統(tǒng)中相對電子密度改變而對劑量計算過程造成的影響。由于CT 模擬定位機在不同工作電壓下，X線球管發(fā)射出的X光能量會發(fā)生變化，不同能量的X光在和物質(zhì)作用時產(chǎn)生的光電效應(yīng)強度會發(fā)生變化，光電效應(yīng)在高電子密度組織中差異較大，正如本次實驗中，不同掃描電壓下，在相對較低的電子密度組織中CT值差異較小，在相對較高的電子密度組織中CT值差異較大。在所選取的病例中，治療計劃的靶區(qū)劑量具有顯著差異，在解剖結(jié)構(gòu)較復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)無顯著差異，頭頸部空腔中點劑量差異具有顯著性。應(yīng)用90 kV 的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線的計劃中計算的劑量比應(yīng)用120 kV的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線的計劃中計算的劑量偏高，原因在于不同的治療計劃系統(tǒng)盡管算法不同，但最終的劑量計算都是基于組織的電子密度，不準確的HU-RED 轉(zhuǎn)換曲線會導致劑量計算產(chǎn)生誤差，VMAT計劃中進行通量和子野優(yōu)化后，分別調(diào)用90和120 kV的相對電子密度轉(zhuǎn)換曲線進行劑量計算，組織的CT 值相同時，90 kV 的相對電子密度轉(zhuǎn)換曲線轉(zhuǎn)換得到的相對電子密度偏低，對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)換曲線計算的計劃劑量計算結(jié)果偏高。當歸一到處方劑量時，使用90 kV的HU-RED轉(zhuǎn)換曲線計算的PTV 實際受量將會不足，對于靠近靶區(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，將不能夠準確地評估所受的照射劑量。因此需要保證CT 模擬定位時掃描電壓和劑量計算使用的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)代較為復雜的調(diào)強技術(shù)，雖然具有技術(shù)優(yōu)勢，但不能忽略多種因素對劑量計算本身的影響。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 號報告，腫瘤靶區(qū)劑量精確性應(yīng)好于5%。但劑量實施過程中多葉光柵到位精度會受到重力的影響，治療床板及延長板會對射線產(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的劑量計算誤差不能夠忽略。 綜上所述，在放射治療中，保證治療計劃系統(tǒng)中HU-RED轉(zhuǎn)換曲線的精確性非常重要，物理師在設(shè)計治療計劃時，使用的HU-RED 轉(zhuǎn)換曲線需要與患者的CT模擬定位時掃描電壓相一致，掃描電壓不能因為掃描部位的不同而隨意改變，確保劑量計算用的相對電子密度信息與患者體內(nèi)相對電子密度相一致是劑量計算的基礎(chǔ)。