碳纤维平板对CT图像均匀性影响的研究

沈恩龙，柏正璐，时飞跃

南京医科大学附属南京医院（南京市第一医院）a.肿瘤放疗中心；b.医疗设备处，江苏 南京 210006

引言

随着放射治疗的发展，精确放射治疗越来越普及，CT模拟定位机是现代精确放射治疗的一个重要组成部分，其图像的优劣程度直接关系到医生勾画肿瘤靶区的精确性[1]。西门子公司的SOMATOM Sensation Open大孔径CT模拟定位机在放疗领域得到了广泛的应用[2-3]。CT图像均匀性是评价其成像质量的重要指标之一，是日常质量控制中的一项重要工作[4]。放疗物理师需要定期对CT模拟定位机做质量保证和质量控制检验来满足临床图像质量要求[5]。水模体一般用来测量水的CT值及图像的均匀性和噪声水平，操作方便简单。但使用水模体进行质控时，要注意水模体的摆放位置。虽然碳纤维CT平板床和固定底板对射线透过率高，但扫描时仍会对CT图像的质量产生影响[6]。本工作通过实验研究了CIVIO碳纤维CT平板床和ORFIT AIO碳纤维固定底板对Sensation Open CT模拟机的CT图像均匀性的影响。

1 实验材料与方法

1.1 材料

采用西门子公司SOMATOM Sensation Open CT模拟机，随机配备的质量保证水模体和碳纤维平板（包括1块CIVCO碳纤维CT平板床和3块ORFIT AIO碳纤维固定底板）进行研究。Sensation Open CT模拟机的机架孔径82 cm，配备的CT平板床宽度为53 cm，厚度为3.2 cm。AIO固定底板宽度为54 cm，厚度为3.0 cm。水模体为西门子提供的用于CT质控模体组的一部分，呈圆柱形。通过模体支架，可将该质控模体组安装在检查床的头端，使水模体悬空[6]。

1.2 实验方法

为了研究碳纤维平板对CT图像均匀性的影响，设计如下5种情形的实验：A，利用支架，将水模体悬空放置；B，将水模体置于CT平板床上；C，在水模体与CT平板床之间添加1块固定底板；D，在水模体与CT平板床之间添加2块固定底板；E，在水模体与CT平板床之间添加3块固定底板。情形A中，利用支架使水模体悬空放置，水模体中心点与断层图像中心点重合，符合检测标准要求。并且，以上所有情形中水模体中心点均与断层图像中心点重合。在具体实验时，通过使用激光线准确确定水模体的摆放高度，将CT的扫描中心对准圆柱形水模体的几何中心。

对上述每种水模体摆放情形都采用以下6种放疗扫描协议进行扫描来获取CT图像：放疗头部（RT_Head）、放疗颈部（RT_Neck）、放疗胸部（RT_Thorax）、放疗乳腺（RT_Breast）、放疗腹部（RT_Abdomen）、放疗盆腔（RT_Pelvis）。这6种扫描协议的参数数值，见表1。射线能量均采用120 kV，视野大小为500 mm，层厚均为10 mm。

表1 6种放疗扫描协议的参数

对扫描得到的每张CT图像的3、6、9、12点钟方向距离中心0、5.0、7.5 cm处分别勾画面积为2.34 cm2，像素点数为245的9个感兴趣区域（Region of Interest，ROI）。将距离中心点5.0 cm和7.5 cm处的ROI两种位置勾画情形分别记为内环ROI与外环ROI，分别计算每个ROI内平均CT值及内外环两种位置情况下的图像均匀性。其中与中心区域平均CT值（记中心ROI的平均CT值为X）的最大偏差的绝对值（记为）即为图像均匀性[7]。

2 结果

在6种不同放疗扫描协议下，ROI处于内环和外环两种位置情况时，图像均匀性随碳纤维平板增加的变化趋势，见图1。结果显示，不论哪种位置勾画ROI，碳纤维平板对图像的均匀性均有一定影响，且可明显的看出，碳纤维平板对使用外环勾画ROI的图像均匀性影响更大。

图1 6种扫描协议下，5种情形中内外环勾画位置下图像均匀性的测量结果

增加碳纤维固定底板后，在6种放疗扫描协议下，水模体图像中变化最大的方位，即导致图像均匀性结果计算变化的方位（表2）。表中列出了基于内外环两种位置的ROI的勾画方式和6种放疗扫描协议下，不同情形中变化最大的时钟方位出现的次数（有可能多个方位变化相同且最大）。由表2可见，在水模图像的下方，即6点钟方向上，受碳纤维平板的影响最大。

表2 不同情形下，内环（外环）中在各方位出现的次数（次）

表2 不同情形下，内环（外环）中在各方位出现的次数（次）

情形 3点钟 6点钟 9点钟 12点钟内环 外环 内环 外环 内环 外环 内环 外环A 2 2 3 3 1 1 1 2 B 1 0 1 5 3 1 1 0 C 1 1 2 4 1 2 3 0 D 0 0 4 4 0 1 2 2 E 0 0 4 6 0 0 2 0

在内外环两种情况下，B、C、D、E四种情形与情形A图像均匀性检测结果的配对t检验，见表3。由表3可见，除内环D组外，P值均＜0.05，显示有统计学差异。这与图1中显示的结果一致，说明D组内环情形中，在水模体和CT平板床之间摆放2块固定底板时，削弱了对CT图像均匀性的影响。

表3 内外环的B、C、D、E组与A组图像均匀性数据的t检验P值

3 讨论

对于CT模拟定位机，若不定期对CT图像质量进行检测，就无法保证CT模拟定位机的性能，进而影响图像质量和放疗剂量[8]。图像均匀性指整个扫描野中，匀质体各局部在CT图像上显示出CT值的一致性，是CT图像质量保证的重要一部分[9-11]。GB 17589-2011规范中建议CT图像均匀性的测试频率为每月检测，以保证图像质量。本研究在基于之前碳纤维平板对水的CT值影响[6]的研究基础上，进一步探讨了碳纤维平板对图像均匀性的影响，并且使用多方位内外环ROI勾画，由原来的5个增至9个，使得对整个图像均匀性的评价更为客观。

当水模悬空放置时，即情形A，由图1可知，除采用头部放疗扫描协议外，内环和外环两种ROI位置的图像均匀性差别不大，而当增加碳纤维平板后，内外环ROI两种勾画位置下的图像均匀性都变差，且对ROI外环位置下的图像均匀性结果的影响明显大于内环位置下ROI时的结果。尤其是在情形E，添加3块定位底板时，两者间有显著差异。此外，由图1b～f可见，当水模悬空放置时，使用外环勾画ROI时，CT图像均匀性优于内环勾画ROI，而增加了碳纤维平板后，结果却相反。这说明在评价CT图像均匀性时，只考虑图像的中心与内环或中心与外环是不够的，因为图像的CT值从视野（Field of View，FOV）的中心向外并非单调变化的，应该在圆周的各个方位多勾画几个ROI，综合评价CT图像的均匀性，用一种更加全面、客观的新方法来评价整个FOV的图像质量[12]。

此外，表2也说明碳纤维平板对FOV的中心向外同样尺寸的ROI的CT值均值的影响程度并非一样。比如实验E中，添加3块平板时，内环对应的ROI有4次在6点钟方位，2次在12点钟方位，外环对应的ROI全部在6点钟方位。而当不添加平板，水模悬空放置时，对应的ROI在各时钟方位出现的次数差别不大。这说明增加碳纤维平板后，对水模CT图像均匀性的影响主要是图像的下方，即6点钟方位。

由图1可知，不同的扫描条件下，CT图像的均匀性并不相同[13]。当使用头部放疗扫描协议时，内外环位置的均匀性有显著差异，说明在这种扫描协议下，CT图像靠近边缘处的外环ROI的平均CT值有明显的升高，图像均匀性很差。CT图像均匀性受很多因素的影响，靶材料，探测器等硬件及重建算法等软件，还有扫描时的剂量都会影响CT图像的均匀性[14]。此外，所使用的水模体里水量是否充足，或是否含有杂质等也会影响图像均匀性的检测。CT图像均匀性是保证图像质量的重要参数，是CT设备质量控制的重要一环，物理师应该要定期测试图像均匀性这一参数[15-16]。当使用水模体进行质控时，不仅要注意水模的摆放位置，还要注意排空水模内的空气。本工作的研究结果为物理师使用水模体进行CT模拟机的质控检测提供了有益的参考。