瓦里安图像引导系统锥形束CT图像CT值稳定性分析.pdf

3医疗装备 2024 年 2 月第 37 卷第 3 期 Medical Equipment,February.2024,Vol.37,No.3瓦里安图像引导系统锥形束 CT 图像 CT 值稳定性分析罗丹，何健（通信作者），梁小芳，陈凤舞，彭黎明，曾佳宜春市人民医院（江西宜春336000）摘要目的连续监测瓦里安 Trilogy 直线加速器图像引导系统锥形束 CT 图像 CT 值，分析锥形束 CT 图像 CT 值的稳定性。方法2021 年 9 月至 2022 年 8 月期间通过包含 9 种不同密度插件的 Catphan604 模体，每月定期使用 Trilogy 直线加速器的 kV 级锥形束 CT（kV-CBCT）于临床常用的 4 种扫描协议（标准剂量头部 SDH、高质量头部 HQH、盆腔 Pelvis 和低密度胸部 LDT）下扫描获得图像，并对获得的 48 个 kV-CBCT 图像序列进行分析，基于 RadiAnt 软件获取 CT 值，记录 4 种协议下 Catphan604 模体中 9 种不同密度插件的平均 CT 值，并参照标准值进行数据分析。结果瓦里安 Trilogy 直线加速器图像引导系统锥形束 CT 图像 CT 值稳定性较好，CT 平均值比较，差异无统计学意义（P=0.204、0.170、0.113、0.140），CT 值-电子密度曲线重合度较高。结论瓦里安 Trilogy 直线加速器图像引导系统锥形束 CT 图像 CT值稳定，可考虑后期用于肿瘤自适应放射治疗（ART）中的剂量计算。关键词图像引导；锥形束 CT；CT 值；稳定性中图分类号R730.55 文献标识码B 文章编号1002-2376（2024）03-0003-05DOI10.3969/j.issn.1002-2376.2024.03.002基金项目：江西省卫生健康委科技计划项目（SKJP220219276）收稿日期：2023-04-17论著The Analysis of CT Value Stability in Cone-beam CT Images of Varian Image Guidance SystemLuo Dan,He Jian(Corresponding Author),Liang Xiaofang,Chen Fengwu,Peng Liming,Zeng Jia.Yichun Peoples Hospital,YiChun JiangXi 336000,China【Abstract】ObjectiveTo analyze the stability of CT values of cone-beam CT images,by continuously monitoring the CT values of cone beam CT images in the Varian Trilogy linear accelerator image guidance system.MethodsFrom September 2021 to August 2022,through the Catphan604 module containing nine plug-ins of different densities,images were obtained monthly using kV-cone-beam computed tomography(kV-CBCT)of Trilogy linear accelerator with four commonly used clinical scanning protocols(standard dose head SDH,high quality head HQH,pelvic Pelvis,and low density chest LDT).With the analysis of 48 kV-CBCT image sequences obtained,CT values were obtained using RadiAnt software.The average CT values of 9 different density plugins in the Catphan604 phantom with 4 protocols were recorded and analyzed according to the standard values.ResultsThe cone beam CT images of the Varian Trilogy linear accelerator image guidance system had good stability in CT values,and there were no statistically significant differences in the average CT values(P=0.204,0.170,0.113,0.140).The overlap between CT values and electron density curves was relatively high.ConclusionThe cone beam CT images of the Varian Trilogy linear accelerator image guidance system have stable CT values,which can be considered for dose calculation in tumor adaptive radiotherapy in the later stage.【Key words】Image guidance;Cone beam CT;CT value;Stability4医疗装备 2024 年 2 月第 37 卷第 3 期 Medical Equipment,February.2024,Vol.37,No.3瓦里安 Trilogy 直线加速器两侧安装有 kV 级锥形束 CT（kV-cone-beam computed tomography，kV-CBCT）设备。目前，kV-CBCT 图像引导技术已是各大医疗机构校准放射治疗摆位误差的常用技术。通过 kV-CBCT 获取患者治疗前、中的影像，可有效减少放射治疗摆位误差，提高照射精度和治疗增益比1。通过 kV-CBCT 图像，可以了解患者放射治疗过程中的体位变化及内部解剖结构的位移和变形2-3，为放疗后期计划的调整和优化提供参考。kV-CBCT 是一种非常有效的在线自适应放射治疗（adapting radiation therapy，ART）工具4-5。CBCT图像用于放射治疗计划剂量计算的结果准确、可靠，满足临床应用要求6。本研究通过监测瓦里安Trilogy 直线加速器图像引导系统锥形束 CT 图像 CT值，旨在分析锥形束 CT 图像 CT 值的稳定性，为后期锥形束 CT 图像用于肿瘤 ART 中的剂量计算提供依据。1 资料与方法1.1 一般资料美国模体实验室公司的 Catphan604 模体，在其第二扫描分区有 10 个圆柱形插件，包含 9 种不同密度的物质：空气（air）、多聚甲基乙烯（PMP）、低密度聚乙烯（low density polyethylene，LDPE）、聚苯乙烯（polystyrene，PS）、丙烯酸树脂（acrylic）、20%骨物质（bone20%）、聚甲醛（delrin）、50%骨物质（bone50%）、聚四氟乙烯（teflon）。9 种物质的相对电子密度分别为 0.00、0.83、0.92、1.03、1.18、1.14、1.42、1.40、2.16，标准CT值分别为-1000、-200、-100、-35、120、230、340、720、990 HU。扫描区剖面图如图 1 所示。注：air 为空气，PMP 为多聚甲基乙烯，LDPE 为低密度聚乙烯，PS 为聚苯乙烯，acrylic 为丙烯酸树脂，bone20%为 20%骨物质，delrin 为聚甲醛，bone50%为 50%骨物质，teflon 为聚四氟乙烯图 1Catphan604 模体第二扫描分区剖面图1.2 方法2021 年 9 月至 2022 年 8 月期间每月定期使用瓦里安 Trilogy 直线加速器的 kV-CBCT 在临床常用的 4 种扫描协议 标准剂量头部（SDH）、高质量头部（HQH）、盆腔（Pelvis）和低密度胸部（LDT）下扫描获得图像，扫描参数如表 1 所示。将获得的48 个 kV-CBCT 图像从 Eclipse 计划系统导出并通过RadiAnt 软件手动获取圆形感兴趣区域（约 0.35 cm2）测量 CT 值。表 14 种扫描协议的扫描参数扫描协议管电压（kV）管电流（mA）脉宽（cms）模式层厚（mm）SDH1002020Full_Fan2.5HQH1008025Full_Fan2.5Pelvis1258013Half_Fan2.5LDT1102020Half_Fan2.5注：SDH 为标准剂量头部，HQH 为高质量头部，Pelvis 为盆腔，LDT 为低密度胸部1.3 观察指标记录 4 种协议下模体中 9 种不同密度插件的CT 值（记为 X），同时记录标准值、最大值和最小值。为了解扫描获得的各密度插件 CT 值偏离标准值的程度，以 X 减去标准值，用 X 表示。并使用 Excel 函数横向分析每种密度插件 12 次的 X 和X 平均值、标准差和极差，并用 Xm和 Xm表示12 次的平均值。参照标准值，建立 CT 值-时间变化趋势图，采用重复测量方差分析法，纵向分析每次扫描插件 CT 值的总平均值，以此评估 kV-CBCT图像 CT 值的稳定性。2 结果2.1 9 种不同密度插件在 4 种协议下的 CT 值SDH 扫描协议的极差最大，HQH、Pelvis 和LDT 扫描协议的极差相对更小，见表 2。4 种协议下 bone 20%插件密度偏离更大。9 种不同密度插件在 4 种扫描协议下的 CT 值的变化情况如图 2 所示。9 种不同密度插件在 4 种扫描协议下的 CT 值相对稳定，其中air插件的CT值在4种协议下差别最小、最稳定，并接近标准值。LDT 协议下各插件的 CT值相对稳定，但明显高于标准值。2.2 4 种扫描协议下 CT 值-电子密度曲线根据 12 个月监测的 CT 值平均值，建立 CT 值-电子密度曲线，见图 3。在 CT 值 1 000 HU 范围内，4 种扫描协议下的 CT-电子密度曲线是相对重合的，SDH 和 Pelvis 协议下的 CT 值-电子密度曲线与标准曲线重合度较高。2.3 4 种扫描协议下9种不同密度插件的CT值平均值12 个月以来，4 种协议下 9 种不同密度插件平均CT值表现无差异，具有较好的稳定性（P0.05），见表 3。3 讨论kV-CBCT 图像是 CT 图像的一种，但其质控5医疗装备 2024 年 2 月第 37 卷第 3 期 Medical Equipment,February.2024,Vol.37,No.3表 29 种不同密度插件在 4 种扫描协议下的 CT 值（HU）参数标准值airPMPLDPEpolystyreneacrylicSDHXm-990.33-206.25-115.42-61.08 96.17标准差 15.02 30.88 31.51 36.31 37.61极差 68.73 140.00 153.00185.80178.55Xm 9.67 -6.25 -15.42-26.08-23.83HQHXm-998.92-202.33-101.58-38.58135.17标准差 1.47 16.8217.12 18.78 21.15极差 4.55 81.0082.64 92.55 93.67Xm 1.08 -2.33-1.58 -3.58 15.17PelvisXm-993.92-197.08-104.92-64.67 75.33标准差 8.02 10.4310.82 10.89 10.88极差 28.73 40.4541.73 41.27 41.00Xm 6.08 2.92-4.92-29.67-44.67LDTXm-995.75-169.17-71.58-7.08164.00标准差 6.56 11.0311.1511.62 12.63极差 26.18 45.9144.5547.09 50.55Xm 4.25 30.8328.4227.92 44.00参数标准值bone 20%delrinbone 50%teflonSDHXm273.33324.50803.50929.58标准差 37.78 33.02 36.03 32.89极差179.27163.17168.17162.58Xm 36.33-15.50 78.50-60.42HQHXm319.67383.08998.251151.75标准差 23.14 21.08 22.53 19.63极差110.00 95.64109.82 89.45Xm 82.67 43.08273.25161.75PelvisXm226.08302.67761.58923.92标准差 12.26 10.64 12.14 12.23极差 48.27 41.73 51.73 48.27Xm-10.92-37.33 36.58-66.08LDTXm325.67390.17982.08 1 113.75标准差 13.57 10.66 14.56 12.91极差 54.91 41.27 56.91 52.64Xm 88.67 50.17257.08 123.75注：SDH 为标准剂量头部，HQH 为高质量头部，Pelvis 为盆腔，LDT 为低密度胸部，air 为空气，PMP 为多聚甲基乙烯，LDPE 为低密度聚乙烯，PS 为聚苯乙烯，acrylic 为丙烯酸树脂，bone20%为 20%骨物质，delrin 为聚甲醛，bone50%为 50%骨物质，teflon 为聚四氟乙烯标准又不同于 CT 图像。对于 CT 模拟机的 CT 图像，均匀水模体 CT 值的测量值与标准值在 4 HU 内，各密度物质的 kV-CBCT 图像 CT 值的测量值与标准值在 40 HU 内7。临床需于每月、调整或维修后对直线加速器图像引导系统锥形束 CT 开展相关质控和质检工作，并对 kV-CBCT 图像的质控程序和方法进行研究和验证8-9。Yoo 等10建立了图像引导系统质控手册。本研究对瓦里安 Trilogy 直线加速器图像引导系统锥形束 CT 进行相关质控和质检工作，同时针对 kV-CBCT 图像 CT 值的稳定性进行监测和研究。本研究结果显示，瓦里安 Trilogy 直线加速器图像引导系统锥形束 CT 图像的 CT 值在监测期间相对变化较小，曲线平稳，具有一定的稳定性；通过建立 CT 值-电子密度曲线，发现在 CT 值 1 000 HU范围内 4 种扫描协议下的 CT 值-电子密度曲线是相对重合的；12个月以来，9种不同密度插件在4种扫描协议下的 CT 平均值方差分析无差异，具有较好的稳定性，与既往研究结果一致11-12。kV-CBCT图像的 CT 值测量值与标准值的允差为 40 HU。本研究监测到 air 插件在 4 种扫描协议下的 CT 值差异最小，SDH 和 Pelvis 扫描协议的 CT 测量值满足允差小于 40 HU。高密度物质如 bone20%、delrin、bone50%、teflon 在 HQH、LDT 扫描协议下CT 测量值偏差大于允差。因此，在开展 ART 获取kV-CBCT 图像时，应采用合适的扫描协议。而当需要通过 kV-CBCT 图像进行剂量计算时，可建立各扫描协议对应的 CT 值-电子密度曲线13-15。Hatton 等16通过对 kV-CBCT 图像进行为期 1 年的分析研究，发现多种密度物质的 CT 值具有较好的一致性，CT 值-电子密度曲线具有较好的稳定性。kV-CBCT 既能够有效地进行图像引导，又具有剂量引导优势，但需以 kV-CBCT 图像的 CT值稳定性进行质量保证作为前提。若将 kV-CBCT图像用于放射治疗计划的制定，则需采用标准电子密度模体 kV-CBCT 图像的 CT 值-电子密度曲线，因此 CT 值的稳定性对于 kV-CBCT 图像是否可直接用于剂量计算具有决定性意义17。Richter 等18研究表示锥形束的几何形状和相关散射会导致表 34 种扫描协议下不同时间的 CT 值平均值（HU）扫描协议2021 年2022 年FP9 月10 月11 月12 月1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月HQH182.00182.22180.78183.67185.00182.22181.89185.44181.67183.56182.56184.331.671 0.204SDH117.89116.78115.89117.33118.33115.89114.00118.33115.78120.00118.00117.111.665 0.170Pelvis103.89101.00103.44104.00102.33102.22104.22105.33102.44104.44103.00102.332.044 0.113LDT194.33190.78192.56193.44193.67192.44192.67192.22191.22194.00191.22190.891.881 0.1406医疗装备 2024 年 2 月第 37 卷第 3 期 Medical Equipment,February.2024,Vol.37,No.3kV-CBCT 图像 CT 值的变化，从而影响剂量计算的准确性，因此 CT 值的稳定性至关重要。保证 kV-CBCT 图像 CT 值的稳定性，能够为 kV-CBCT 图像用于 ART 中的剂量计算奠定基础19-20。注：SDH 为标准剂量头部，HQH 为高质量头部，Pelvis 为盆腔，LDT 为低密度胸部图 34 种扫描协议下 CT 值-相对电子密度曲线综上所述，瓦里安 Trilogy 直线加速器在 4 种扫描协议下获取的 kV-CBCT 图像 CT 值与标准值存在一定偏差，CT 值的长期稳定性是有保证的，有利于未来开展 ART 中的图像剂量计算。参考文献1 胡逸民.肿瘤放射物理学 M.北京：原子能出版社，19902 罗丹，庄小捷，余双，等.鼻咽癌容积旋转调强放疗期间腮腺动态变化规律的研究 J.中国医疗设备，2020（S01）：50-52.3 罗丹，程品晶，何健，等.KV-CBCT图像引导技术对肺癌放疗摆位误差影响的研究 J.医学信息，2020，33（19）：168-170.4 Ding GX,Duggan DM,Coffey CW,et al.A study on adaptive IMRT treatment planning using kV cone-beam CTJ.Radiother 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可提高患者的舒适感，不会影响患者的重要生命体征和氧合指数。氧气在水中的溶解度随温度的降低而增加，因此即使采用较低的温度，患者仍可以获得足够的氧气供应11。HFNC 时，氧气的吸入浓度通常较高，即使在较低的温度下，患者仍然可以获得足够的氧气浓度来维持其氧合指数10。较低温度带来的舒适感有利于患者情绪稳定，对其生命体征和整体状况也会产生积极有利的影响。本研究尚存在以下局限性：（1）舒适度并不是HFNC 最重要的结局指标，故舒适度无法代表 HFNC患者的最终获益；（2）观察时间较短，结果可能存在偏倚，后期应通过更广泛的监测加以证实。综上所述，较低气流温度可在不影响 HFNC 疗效的情况下，提高患者的舒适度。参考文献1 郑文娟，斯小水.经鼻高流量湿化氧疗优化预氧合在危重症患者气管插管前应用的临床研究 J.中国医师进修杂志，2021，44（4）：328-332.2 罗月，葛伟婷，张帅，等.ICU 经鼻高流量湿化氧疗患者舒适度评估及护理研究进展 J.中华急危重症护理杂志，2020，1（3）：273-276.3 陈红梅，刘利.经鼻高流量湿化氧疗对 AECOPD 患者血气分析、再插管率及舒适度的影响 J.昆明医科大学学报，2019，40（7）：116-119.4 张勇，周鹏，刘涛，等.不同 Borg 评分患者临床特征及 Borg 评分对呼吸系统疾病的预后价值 J.成都医学院学报，2021，16（4）：512-515.5 Huang F,Wang M,Chen H,et al.Analgesia and patient comfort after enhanced recovery after surgery in uvulopalatopharyngoplasty:a randomised controlled pilot studyJ.BMC Anesthesiol,2021,21(7):237.6 Maldonado CC,Navascues CM,Read ML,et al.The association of comfort and vision in soft toric contact lens wearJ.Cont Lens Anterior Eye,2021,44(7):101387.7 Pinto S,Caldeira S,Martins JC.A 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