呼吸运动对4D锥形束CT图像质量影响分析

目的 研究四维锥形束CT (4D-CBCT)的成像质量与呼吸运动特征参数间的关系。 方法 将Catphan500图像质量检测模体通过固定装置固定在Mapcheck XY运动平台之上,通过控制平台模拟静止以及19种呼吸运动状态,在各种运动状态下使用Synergy加速器对图像质量检测模块进行4D-CBCT扫描。通过分析重建图像的10个分时相下图像的几何精确性、空间分辨率、低对比可识别度、CT值均匀性以及运动位置准确性等指标,得到4D-CBCT的图像质量和运动方向、幅度和周期3个特征参数的关系。 结果 当静止或只有左右方向时,重建图像不正常,图像质量显著差于有头脚方向运动的情况。对比度噪声比随运动周期增加而降低,当周期从2 s增加为6 s时,对比度噪声比从3.33降低到1.72(P<0.01),几何精确度、空间分辨率和矢状位受呼吸运动影响不显著。 结论 4D-CBCT图像质量中对比度噪声比、水平和垂直方向的几何精确性以及运动位置精确性受呼吸运动影响显著,图像空间分辨率和矢状位几何精确性受呼吸运动影响不显著,4D-CBCT需要周期性的SI方向的运动介入,过于平缓或者无周期性规律的运动会影响图像质量甚至导致图像不能正确重建。4D-CBCT图像重建需要SI方向的周期性运动介入,图像质量同时受呼吸运动振幅和周期的影响,4D-CBCT扫描推荐患者呼吸周期<6 s,振幅>0.75 cm。     

加速器附加锥形束CT图像质量评价

目的评价瓦里安23EX加速器附加kV X线锥形束CT的图像质量。方法应用安装在直线加速器上的锥形束CT系统,重复扫描Catphan 504体模,用图像分析软件评价获取图像的质量;并用电离室测量扫描体模时等中心点的辐射剂量;并扫描5例头颈部肿瘤患者,进行临床评价。结果图像均一性较好,大部分测量点的CT值偏差在±3 HU以内,图像边缘均一性略差,最大偏差值16 HU;空间分辨率达0．63 mm;体模锥形束CT图像的CT值具有较好的准确性和稳定性,实测值与标称值的最大差值为22 HU;空间线性距离的标称值和实测值的最大差别为0．4%,几何精度较高;低对比度分辨率为1．0%的对比度为4 mm,0．5%的对比度为5 mm;扫描体模时等中心焦点的辐射剂量为（2．97±0．19）cGy。5例头颈部肿瘤患者的锥形束CT图像结果显示,鼻咽部肿瘤和脑膜瘤显示清晰,颅内高分化胶质瘤显示清晰度欠佳。结论瓦里安23EX加速器附加kV X线锥形束CT图像均匀性好,有较准确而稳定的CT值,几何精度高,辐射剂量低,但低对比度分辨率欠佳。锥形束CT可以实现肿瘤和软组织成像,是图像引导放疗的有效工具。     

兆伏级锥形束CT的低剂量旋转出束成像的剂量特性

目的 了解西门子带兆伏级锥形束CT直线加速器用低跳数(MU)方式旋转成像时的输出剂量以确保治疗质量.方法 测量加速器照射7 MU下的输出剂量5次,开机6 h后再测量7MU下输出剂量5次,了解输出剂量稳定性.结果 5～20 MU之间,输出剂量呈线性.7 MU前5次输出剂量为(5.74±0.01)cGy,开机6 h后的输出剂量为(5.76±0.01)cGy.两个均值间的差异为0.41%,说明MV-CBCT低剂量旋转成像照射的出束剂量是稳定的.结论 兆伏级锥形束CT成像的剂量特性符合临床使用要求.     

快速锥形束CT成像模式研究

目的 评价快速锥形束CT (CBCT)扫描模式对图像质量和配准结果的影响,并以此为基础建立适合快速CBCT的扫描预设。方法 分别使用常规和两种快速扫描模式在CBCT模体上进行检测,定量评价不同扫描模式下的配准精度和图像质量;随后使用33例临床肿瘤患者278组CBCT数据进一步验证不同扫描模式在临床环境下测量结果的相关性和一致性。结果 模体3种扫描模式测量结果与标准值最大偏差0.70mm (平均偏差0.51mm),同一部位各扫描模式间的测量结果一致(偏差0.00mm);常规模式的均匀度结果最好(平均值为3.62%),快速1模式次之(平均值为3.90%),快速2模式最低(平均值为4.84%);常规模式的噪声结果最好(平均值15.69),快速2模式次之(平均值17.23),快速1模式结果(平均值21.74)最低;3种扫描模式的高对比度分辨率测量结果一致(至少可以分辨3个线对);快速1模式的低对比度分辨率结果最好(1.69),常规模式次之(2.10),快速2模式结果最低(2.31);3种扫描模式的几何精度测量结果与标准值的最大偏差基本一致(平均偏差0.05mm)。临床病例常规和快速1扫描模式测量结果的相关性最好(R²>0.90,P<0.01),测量结果具有一致性(95%一致性限度均<1mm界值)。结论 快速1扫描模式拥有与常规模式接近图像质量和一致的配准结果,而且拥有更快的扫描速度、更低的扫描剂量,故推荐使用快速1扫描模式作为临床扫描方式。     

IGRT锥形束CT图像的CT值与物理密度关系的研究

目的 通过比较标准物理密度参考模体在IGRT锥形束CT（CBCT）和常规扇形束CT（FBCT）扫描图像的CT值，讨论影响CBCT中密度与CT值对应关系的主要因素。方法 将一种可拆分的带有人体组织等效密度插件的参考模体在IGRT-CBCT和FBCT中选择多档能量、不同视野（FOV）进行扫描，对得到的各密度插件CT值进行比较。结果 IGRT-CBCT获取图像的密度与CT值对应关系受密度体插件的空间位置、模体大小、扫描孔径范围及能量影响明显大于FBCT。在CBCT中，FOV、模体的大小对CT值影响很大。能量越高，CT值受空间位置、FOV大小及不同大小模体的影响越小，能量越高密度对比度越差。结论 由于目前厂家未对CBCT的CT值进行校正，CBCT的CT值不是真正意义上的HU值，不能用于治疗计划系统中的剂量计算。     

机载锥形束CT的质量控制

机载锥形束CT主要通过放疗在线获得图象,并根据在线与计划参考图象对比,校正位置误差和离线分析肿瘤及器官运动,以辅助提高和确保精度放疗的效果。因此同样需要规范的质量控制,并定期执行。文章简要介绍目前形成的较为合理规范的机载锥形束CT质量控制内容、基准和执行频度。     

乳腺癌放疗中扇形束CT和锥形束CT图像引导放疗的比较研究

目的 比较乳腺癌保乳术后放疗过程中应用扇形束CT(fan beam CT,FBCT)和锥形束CT(cone beam CT,CBCT)图像引导放疗（image-guided radiation therapy,IGRT）方式的摆位误差、时间效率及患者满意度,探索临床更优图像引导方式。方法 按照治疗时间顺序顺位选取河南省人民医院2021年5月至2022年2月20例采用配备FBCT图像验证系统的联影加速器（FBCT组：左乳10例,右乳10例）和20例采用医科达加速器（CBCT组：左乳10例,右乳10例）行乳腺癌保乳术后调强放疗的患者。利用2种位置验证方式对患者进行图像引导,由2名主管技师共同配准后,记录配准误差及图像引导所需时间后进行治疗。回收分析两组患者的满意度调查问卷。结果 FBCT组（133次FBCT扫描）图像引导配准后,左右、头脚和腹背方向的摆位误差分别为（-0.065±0.265）mm、（-0.007±0.263）mm和（-0.119±0.266）mm,CBCT组左右、头脚和腹背方向的摆位误差分别为（-0.033±0.312）mm、（0.083±0.344）mm和（-0.183±...     

基于4D-CT和4D-CBCT扫描研究呼吸运动对模体成像体积的影响

目的:应用运动模体研究呼吸运动对四维CT(four-dimensional computed tomography,4D-CT)和四维锥形束CT(four-dimensional cone beam compated tomography,4D-CBCT)成像结果的影响.方法:利用QUASAR运动模体模拟16种呼吸模式...     

用PrecisePLAN系统分析锥形束CT图像体积精度

目的建立检测SynergyTM锥形束CT图像体积精度的方法。方法分别将QUASARTM模体中心置于SynergyTM系统CBCT的中心及沿加速器头脚方向偏离等中心5、8、10 cm处进行扫描,在三维重建图像中测量不同模体的体积,并与FBCT结果和原标称值进行对比,从而检验CBCT的体积精度,并用Precise PLAN系统进行分析。结果中球在中心处与偏中心5、8 cm处测量的平均值与标称值相差1.5%。小球在中心处与偏中心5、8、10 cm处测量的平均值与标称值相差8.1%。大立方体在中心处与偏中心5、8、10 cm处测量的平均值与标称值相差0.8%。小立方体在中心处与偏中心5、8、10 cm处测量的平均值与标称值相差2.9%。结论在SynergyTM锥形束CT有效扫描重建范围内,重建体积精度满足临床要求,并且与偏离锥形束CT中心的距离无关。     

Bowtie滤线器对加速器锥形束CT图像质量影响

目的 评价Bowtie滤线器对加速器锥形束CT图像质量的影响.方法 利用安装在直线加速器上的锥形束CT系统,使用和不使用Bowtie滤线器情况下选择多种扫描条件重复扫描Catphan 500体模.扫描条件为电压120、100、80 kV,电流25、40、64 mA,曝光时间40ms,准直器M20、L20,358°旋转扫描.将所得数据传入飞利浦Pinnacle 8.0治疗计划系统,评价图像质量变化情况.结果 使用和不使用Bowtie滤线器情况下空间直线距离标称值和实测值在横断、垂自、矢状方向上最大差别分别为0.50%和0.56%(t=0.44,P＞0.05)、0.44%和0.48%(t=1.01,P＞0.05)、0.50%和0.56%(t=1.06,P＞0.05),空间分辨率无改变为0.167 cm.使用比不使用Bowtie滤线器下采用M20、L20准直器整体不均匀度分别下降了28.0%～76.0%(t=2.53,P＜0.05)、2.8%～50.0%(t=3.02,P＜0.01),对比度噪声比分别提升了4.0%～41. 6%(t=2.70,P＜0.05)、4.0%～50.0%(t=2.14,P＜0.05).使用Bowtie滤线器后能更好显示扫描体模边缘,改善了图像边缘CT值下降问题,使CT值线性度也有改善.结论 使用Bowtie滤线器后图像均匀度有明显提高,边缘伪影问题明显改善,提高了CT值的精确性和线性度,低对比度分辨率提高.     

前列腺癌图像引导放疗中骨骼对锥形束CT校准的影响研究

目的 利用前列腺癌患者治疗前锥形束CT(CBCT)获取的内植标记物位移信息,量化盆腔区域骨骼对图像引导放疗(IGRT)造成的影响.方法 对10例内植标记物前列腺癌患者进行治疗前CBCT扫描,记录标记物于左右(LR)、头脚(SI)、前后(AP)3个方向上的位移,利用算法量化盆腔区域骨骼对CBCT校准的影响.结果 标记物于...     

间歇式屏气CBCT图像采集优选模式研究

目的 旨在建立一种实用型间歇式屏气CBCT图像采集优选模式。方法 利用自制呼吸运动模型模拟肿瘤患者膈肌附近肿块在屏气和自由呼吸状态下的运动情况并行CBCT扫描。扫描模式有常规屏气CBCT扫描(主要分为屏气间隙暂停扫描、进行自由呼吸、自由呼吸不计入扫描过程)及间歇式屏气CBCT扫描Ⅰ型和Ⅱ型(主要分为若干个屏气和自由呼吸时段,以近3∶1比例作间歇式调配并一次完成扫描),将常规屏气CBCT扫描作为标准技术,与2种间歇式屏气CBCT扫描就图像质量及使用该图像实现三维配准的精度进行量化比较分析。间歇式屏气CBCT图像质量参数与常规屏气CBCT图像行配对t检验。结果 2种间歇式屏气CBCT图像均产生运动伪影,其重建像素值与常规扫描相比较为一致(P>0.05),均匀性无明显改变(P=0.02、0.53),但图像信噪比分别减少30%和60%(P<0.05)。图像配准误差除上下方向最大为0.4 cm以外,其余均在0.1 cm以内。结论 在体模研究阶段,间歇式屏气CBCT扫描图像采集模式并未明显降低图像质量和配准精度,其实际临床的可行性还需在大量患者身上进一步得到验证。     

On-line cone beam CT image guidance for vocal cord tumor targeting

Background and purpose

We are developing a technique for highly focused vocal cord irradiation in early glottic carcinoma to optimally treat a target volume confined to a single cord. This technique, in contrast with the conventional methods, aims at sparing the healthy vocal cord. As such a technique requires sub-mm daily targeting accuracy to be effective, we investigate the accuracy achievable with on-line kV-cone beam CT (CBCT) corrections.

Materials and methods

CBCT scans were obtained in 10 early glottic cancer patients in each treatment fraction. The grey value registration available in X-ray volume imaging (XVI) software (Elekta, Synergy) was applied to a volume of interest encompassing the thyroid cartilage. After application of the thus derived corrections, residue displacements with respect to the planning CT scan were measured at clearly identifiable relevant landmarks. The intra- and inter-observer variations were also measured.

Results

While before correction the systematic displacements of the vocal cords were as large as 2.4 ± 3.3 mm (cranial-caudal population mean ± SD Σ), daily CBCT registration and correction reduced these values to less than 0.2 ± 0.5 mm in all directions. Random positioning errors (SD σ) were reduced to less than 1 mm. Correcting only for translations and not for rotations did not appreciably affect this accuracy. The residue random displacements partly stem from intra-observer variations (SD = 0.2-0.6 mm).

Conclusion

The use of CBCT for daily image guidance in combination with standard mask fixation reduced systematic and random set-up errors of the vocal cords to <1 mm prior to the delivery of each fraction dose. Thus, this facilitates the high targeting precision required for a single vocal cord irradiation.     

使用领结式过滤器和水校准方法改善锥形束CT图像质量研究

目的 评价领结式过滤器和水校准方法对锥形柬CT图像质量的改善程度.方法 首先用铝校准方法校准加速器锥形束CT成像系统的探测板,分别采集使用F_0过滤器和F_1过滤器时CATPHAN503模体的CT图像;然后用水校准方法重新校准探测板,重新采集使用两种过滤器时的CT图像.观察使用领结式过滤器和水标准方法前后图像质量指标的变化.观察的指标包括低对比度分辨率、空间均匀度、环状伪影、空间分辨率和几何准确度.结果 与F_0过滤器结合铝校准方法相比领结式过滤器结合水校准方法图像低对比度分辨率改善13.71%,空间均匀度改善54.42%.虽然水校准可以有效消除环状伪影,但都不能改善空间分辨率和几何准确度.结论 领结式过滤器结合水标准方法可有效改善CBCT图像质量,有助于提高锥形束CT图像与定位CT图像的配准精确度.     

PET用于勾画生物靶区的呼吸运动体模研究

目的测量不同运动频率和不同运动幅度下,用PET影像勾画GTV的大小,探讨不同运动状态对PET影像中病灶体积的影响。方法使用自行研制的二维运动平台系统及体模,模拟不同频率及幅度的呼吸运动,在不同运动状态下对体模进行PET-CT扫描,利用PET图像勾画GTV并计算其大小。结果静止状态下GTV(GTV0)为(7.90±0.21)cm3,运动频率为16次/min、18次/min及20次/min状态下GTV分别为(11.56±2.62)cm3(GTV16)、(12.51±3.57)cm3(GTV18)及(11.86±3.27)cm3(GTV20)。GTV0、GTV16、GTV18及GTV20之间差异有统计学意义,P均<0.01。z轴方向运动幅度为1.0、1.5及2.0cm状态下GTV分别为(11.44±3.68)cm3(GTVz-1.0)、(11.64±3.47)cm3(GTVz-1.5)、(12.83±2.02)cm3(GTVz-2.0)。x轴方向运动幅度为0.5、1.0及1.5cm状态下GTV分别为(9.68±2.32)cm3(GTVx-0.5)、(14.41±3.19)cm3(GTVx-1.0)、(11.83±1.92)cm3(GTVx-1.5)。在z轴和x轴运动方向上,各GTV差异有统计学意义。结论不同呼吸频率和运动幅度对PET图像勾画靶区均会产生较大影响,在采用PET影像制定放疗计划时建议采取门控技术等有效措施尽量减少这种影响,使得到的生物靶区尽可能地接近靶区的实际情况。     

千伏级锥形束CT图像质量和稳定性及三维影像体积重建精度研究

目的 定量评价瓦里安加速器机载千伏级锥形束CT (CBCT)的图像质量、稳定性及三维影像体积重建精度。方法 应用CBCT系统分别采用全扇形扫描和半扇形扫描方式重复扫描Catphan600模体,用治疗计划系统评价图像质量参数(低对比度分辨率、空间分辨率、均匀性及噪声)及体积重建精度;并以常规大孔径模拟CT (FBCT)图像为基准做定量比较,观察其长期稳定性。结果 CBCT空间分辨率与FBCT无差别(6 lp/cm∶6 lp/cm,T=18.00,P>0.05)。CBCT_Full-Fan与CBCT_Half-Fan低对比度分辨率均高于FBCT (1.65%与1.74%∶1.03%,T=6.00,P<0.05),其均匀性也高于FBCT (0.005与0.033∶0.003,T=6.00,P<0.05),各项对比度-噪声比也都低于FBCT (T=30.00,P<0.05)。在有效扫描范围内CBCT体积重建精度较高且长期稳定性较好。结论 千伏级CBCT图像质量差于常规FBCT,但仍可实现肿瘤和软组织成像且稳定性好和三维影像体积重建精度高。     

基于锥光束乳腺CT测量乳腺密度的可靠性研究

  目的  探讨基于锥光束乳腺CT（cone beam breast CT,CBBCT）的阈值分割法测量乳腺密度的准确性,及其对乳腺腺体分类和乳腺癌筛查的意义。  方法  回顾性分析2012年5月至2013年9月于天津医科大学肿瘤医院行乳腺X线检查（mammography,MG）及CBBCT检查的195例患者的影像学资料,其中64例患者的64侧乳腺符合入组条件。依据BI-RADS中乳腺构成的分类标准对其进行分类并得到多数报告;基于其CBBCT图像进行阈值分割法测量乳腺密度,并得到手动修正后乳腺密度。1个月后重复上述步骤。采用组内相关系数（intraclass correlation coefficient,ICC）比较观察者内、观察者间、阈值分割法测量与手动修正、非致密类及致密类乳腺测量结果之间的一致性。  结果  阈值分割法测量乳腺密度的观察者内和观察者间ICC值分别为0.9624（95% CI:0.9388~0.9770）和0.9666（95%CI:0.9500~0.9785）;手动修正测量观察者内和观察者间ICC值分别为0.9750（95%CI:0.9592~ 0.9847）和0.9775（95%CI:0.9661~0.9855）;阈值分割法与手动修正测量之间ICC值为0.9962（95%CI:0.9983~0.9977）;非致密类和致密类乳腺阈值分割法与手动修正之间ICC值分别为0.9497（95%CI:0.7072~0.9914）和0.9983（95%CI:0.9971~0.9990）。 结论 基于CBBCT图像的阈值分割法是一种较为稳定且准确的计算机辅助测量乳腺密度的方法,未来有望应用于大规模乳腺癌筛查,并为乳腺癌风险的预测提供更多信息。