再谈TPS相对电子密度曲线

nanyangwang 2021-06-23

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治疗计划系统（Treatment Planning System, TPS）进行剂量计算依赖于CT影像中所包含的相对电子密度信息，该密度信息利用CT值转换得到，因此CT机应用于放疗计划时必须测量CT值及相对电子密度关系数据，并输入TPS,以提高校正非均匀组织照射剂量的准确性。

一、当新CT机应用于临床诊断前，一般由厂家或法定检测单位用水和空气模体测定,调整其CT值分别为0和-1000的标准值。但在TPS建模时重要的一步就是采用标准模体进行测定，把CT值和不同已知组织的电子密度或物理密度关联起来（图1），以确定两者的对应关系，用于剂量计算。

图1已知电子密度模体扫描

二、扫描方法：

1、CIRS062 CT电子密度模体：将16根人体组织替代材料棒按CT电子密度模体使用说明进行安放，8根在内层模体，8根在外层模体。

2、为减少高密度组织材料之间的相互影响，要求内层任意一根人体组织替代材料棒与外层的相同人体组织替代材料棒的反方向相距最远。

3、扫描完成后将固体水材料棒放入模体中心圆孔内，同一条件下再重新扫描一次图像。查看图像内圆形人体组织替代材料棒是否有变形或倾斜，如有需重新检查模体的摆位是否准确，修正后重新扫描。

4、在CT横断面中采集模体内圆形区域的CT值，对每个模体棒应在不同层面内采集3～5次，取平均数，将内层模体与外层模体的相同模体棒的平均值再求平均。

图2 各模块等效电子密度值.要根据计划系统的要求使用相应的密度值，Monaco 是 red（相对水的密度），eclipse 分别用red 和 mass.d，pinnacle是 mass.d（物理密度）.

图3 Monaco-setup修改更新CT-to-ED电子密度曲线

三、影响CT值的因素很多：其中管电压、重建算法、扫描床平面的高度等影响较大，重建FOV的大小对于靶区及部分危及器官的体积及剂量计算结果和治疗计划的评价也存在影响。影响CT电子密度转换曲线的主要因素是扫描条件和定位床板。

1、管电压的影响：多项研究显示，管电压对CT值影响较大。吴先想等报道：扫描电压为90、120kV的转换曲线之间的差异较大，尤其是在高物理密度或高电子密度组织区域。CT模拟机扫描层厚和扫描电流对转换曲线无明显影响。电子密度模体中模体棒的摆放顺序对CT值无明显影响。

图4管电压和扫描层厚对电子密度曲线的影响

2、不同扫描模式的影响：不同扫描模式下采集的CT值电子密度转换曲线对剂量计算有一定的影响。李克等研究表明对于头部与胸部肿瘤应该尽量选择各自扫描模式下的CT值电子密度转换曲线进行剂量计算，以保证治疗计划剂量计算的精度。

图5 相同扫描条件不同扫描模式相对电子密度曲线差异

3、CT床板对电子密度采集的影响：CT床板对HU值有一定的影响，主要表现在近床板的模体外层区域。高立权等研究同一组织密度模体近床侧与远床侧的HU值最大相差35HU。

4、扫描模体的影响：TM164CT性能模体和CIRS062 CT电子密度模体在120kV条件下扫描所得CT-RED 曲线见图6。冯国生等报道两种模体在小于水的原子序数材料范围内CT-RED曲线基本重合，差异可忽略不计。在大于水的原子序数材料范围内CT-RED曲线呈较大差异，在梁骨区域两条曲线开始分离，直至致密骨区域差异越来越大，最大相差约500HU。

图6 相同扫描条件不同模体相对电子密度曲线的差异

四、由CT密度转换错误导致的TPS剂量计算误差可能十分显著,不同的CT电子密度转换曲线其 MU 数值相差均<20%，调强放疗较大。CT 值电子密度转换曲线的错误可能导致的剂量计算相差3%以上。朱凤盈等研究显示：转换曲线引入正误差时计划剂量参数降低，引入负误差时计划剂量参数升高，引入的误差越大剂量变化越大。

图6同一调强放疗计划，其它各项参数都不变，引入不同电子密度曲线计算结果的DVH比较

最后要完善CT模拟机的QA标准：CT模拟定位机的QA被列为放射治疗QA的重要组成部分之一。《TG66 CT模拟定位机的QA》把此项内容列为年检或CT机更换主要部件时（比如更换球管）必检项目。

不同厂家的CT模拟机性能参数都不完全一样，各个放疗中心应该根据自己设备的情况建立CT-RED转换曲线，并且考察可能影响CT密度值的因素。由于不同部位扫描条件差异，可以分别建立头部、胸部、腹部三条相对电子密度曲线，在剂量计算时选择相应曲线。

参考文献

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{供稿：蒋社伟,杨思遥}

(The End)