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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

[摘要]目的研究碳纤维平板对CT图像均匀性的影响。方法使用水模体和碳纤维平板（CIVCO CT平板床和ORFIT AIO固定底板）对5种摆放情形进行研究：情形A，水模体悬空放置；情形B，将水模体置于碳纤维CT平板床上；情形C，在水模体与CT平板床之间有1块固定底板；情形D，在水模体与CT平板床之间有2块固定底板；情形E，在水模体与CT平板床之间有3块固定底板。采用6种放疗扫描协议，对上述5种情形扫描获得CT图像，在每张CT图像的3、6、9、12点钟方向距离中心0、5.0（内环）、7.5 cm（外环）处勾画面积为2.34 cm2的圆形感兴趣区域（ROI），得到ROI中平均CT值，计算内外环两种位置情况下的图像均匀性。结果在水模下加入碳纤维平板后，CT图像的均匀性变差；内外环相比，对外环ROI（即图像边缘处）的图像均匀性影响更大，边缘处ROI的平均CT值的影响以图像下方（即6点钟方向）为主。结论碳纤维平板对CT图像的均匀性存在影响，物理师在进行质控时应注意水模体的摆放位置。

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

注：a.放疗头部（RT_Head）；b.放疗颈部（RT_Neck）；c.放疗胸部（RT_Thorax）；d.放疗乳腺（RT_Breast）；e.放疗腹部（RT_Abdomen）；f.放疗盆腔（RT_Pelvis）。

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）

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。

[1] 廖雄飞,黎杰,王培.CT模拟定位机的扫描参数对放疗计划系统剂量计算的影响[J].肿瘤预防与治疗,2015,28(1):49-51.

[2] 黄胜建.西门子Somatom Volume Access CT故障检修一例[J].中国医疗设备,2016,31(1):179.

[3] 程光惠,施丹,国贺,等.乳腺癌改良根治术后CT模拟定位与模拟机定位的剂量学比较[J].中国肿瘤临床与康复,2012,19(1):34-38.

[4] 张峰,陈宇导,谢良骏,等.Hawkeye SPECT/CT日常控制中的均匀性校准与分析[J].中国医疗设备,2016,31(9):116-118.

[5] 刘菁.CT图像质量主要参数的检测[J].医疗装备,2017,30(7):25-26.

[6] 时飞跃,秦伟,陈飞,等.碳纤维平板对水的CT值影响的研究[J].中国医疗设备,2013,28(3):69-70.

[8] 高文超,王军良,周振山,等.PHILIPS大孔径CT模拟定位机影像质量控制方法研究[J].生物医学工程与临床,2016,20(5):468-471.

[9] 卜羽,高关心.CT图像均匀性数据的质量管理[J].中国医疗设备,2017,32(2):47-49.

[10] 司丽芳.64层螺旋CT在冠状动脉图像质量控制及心功能测定中的应用[D].北京:首都医科大学,2007.

[11] 梁子威.仿真人体模型PET/CT辐射剂量与CT图像质量的研究[D].北京:北京协和医学院,2016.

[12] 曾茜,杨克柽,吴向阳.CT噪声和场均匀性的新检测方法[J].医疗卫生装备,2003,24(7):9-10.

[13] 李庚,高关心,夏慧琳.CT空间分辨力和低对比度分辨力的检测及其影响因素[J].中国医疗设备,2010,25(1):7-9.

[14] 张连宇,梁子威,耿建华,等.不同采集条件对PET/CT中CT线性影响的研究[J].中国医学装备,2015,12(6):54-56.

[15] 徐子森,王敏.CT系统的质量控制[J].中国医疗设备,2013,(8):26-28.

[16] 卜羽,高关心.CT图像均匀性数据的质量管理[J].中国医疗设备,2017,32(2):47-49.

SHEN Enlonga, BAI Zhenglub, SHI Feiyuea
a.Radiation Therapy Center; b.Department of Medical Equipment, Nanjing First Hospital, Nanjing Medical University, Nanjing Jiangsu 210006, China

Abstract: ObjectiveTo investigate the influence of carbon fibre flat plates (including a CIVCO carbon fibre CT flat tabletop and ORFIT AIO carbon fibre immobilization base plates) on CT image uniformity.MethodsThe following experimental methods including 5 kinds of water phantom position were utilized to carry out the work. A situation: the water phantom was suspended in the air. B situation: the water phantom was placed on the CT flat tabletop. C situation: a base plate was positioned between the water phantom and the CT flat tabletop. D situation: two base plates were positioned between the water phantom and the CT flat tabletop.E situation: three base plates were positioned between the water phantom and the CT flat tabletop. Six radiotherapeutic scanning protocols had been used to acquire CT images. Nine circular regions of interest (ROIs), each with area of 2.34 cm2, were selected at the spots that were 0 cm, 5.0 cm (inner ring) and 7.5 cm (outer ring) away from the centroid at 3, 6, 9 and 12 o’clock positions to calculate the CT mean value and image uniformity in two ROI cases.ResultsThe CT image uniformity deteriorated when placing the carbon fibre flat plates under the water phantom. The influence of carbon fibre flat plates on CT image uniformity was greater for ROIs of outer ring than for those of inner ring. The influence on CT mean value of outer ring focused mainly on the bottom part(6 o’clock direction).ConclusionCarbon fibre flat plates have influence on CT image uniformity. It should be paid attention to the correct position of water phantom when carrying out quality control tests for CT devices.

Key words:carbon fibre; CT flat tabletop; immobilization base plate; CT image uniformity; water phantom

碳纤维平板对CT图像均匀性影响的研究

引言

1 实验材料与方法

1.1 材料

1.2 实验方法

2 结果

3 讨论