【摘要】：X(γ)射線放療中的CT成像,除了腫瘤靶區(qū)和周圍危及器官的定位,還要提供后續(xù)劑量計(jì)算所需的組織參數(shù),實(shí)現(xiàn)組織不均勻校正,常規(guī)采用化學(xué)當(dāng)量校準(zhǔn)法,即通過(guò)電子密度體模建立CT值-電子密度映射關(guān)系。物質(zhì)的線性衰減系數(shù)同時(shí)取決于電子密度(electron density,ρ_e)和有效原子序數(shù)(effective atomic number,Zeff),所以CT值與ρ_e之間不存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。研究表明,化學(xué)當(dāng)量校準(zhǔn)法引起的劑量計(jì)算誤差在頭頸部復(fù)雜部位甚至超過(guò)40%。理論上,同時(shí)采集兩套投影數(shù)據(jù)的雙能CT(dual-energy computed tomography,DECT)可以準(zhǔn)確測(cè)量電子密度。近年來(lái),隨著DECT技術(shù)的發(fā)展,基于臨床用DECT的放療模擬研究取得了突破,ρ_e的測(cè)量誤差低于10%。未來(lái)的DECT模擬,體模的作用發(fā)生根本改變,即確定DECT-ρ_e方程(模型)的系數(shù)。但從目前的研究來(lái)看,實(shí)驗(yàn)普遍采用組織等效體模,比如CIRS 062和Gammex467。所以本文的目的就是提出專用于DECT模擬的體模,并按照體模研究的規(guī)律初步研制原型,為進(jìn)一步探索提高DECT-ρ_e轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確性,逐步實(shí)現(xiàn)精確模擬奠定基礎(chǔ)。在正文的第一部分,比較了診斷CT機(jī)、大孔徑CT機(jī)以及Hi-ART螺旋斷層放療系統(tǒng)的MVCT機(jī)用于測(cè)量電子密度的性能差異。根據(jù)X射線與物質(zhì)的相互作用規(guī)律推導(dǎo)得到3.5 MV的X射線衰減系數(shù)隨電子密度變化的一元線性模型。采用CIRS 062體模在Hi-ART螺旋斷層放療系統(tǒng)的MVCT機(jī)、GE Light Speed 16排診斷CT機(jī)和Siemens SOMATOM Sensation Open型大孔徑CT機(jī)上分別進(jìn)行掃描實(shí)驗(yàn)。對(duì)MVCT值與電子密度做線性擬合,根據(jù)擬合方程計(jì)算電子密度并分析誤差;對(duì)診斷CT機(jī)、大孔徑CT機(jī)的kVCT圖像根據(jù)常規(guī)化學(xué)當(dāng)量校準(zhǔn)法建立CT值-電子密度轉(zhuǎn)換曲線。結(jié)果顯示MVCT值與電子密度線性擬合的可決系數(shù)r2=0.9988。除肺組織等效材料(-7.16%)之外,根據(jù)擬合方程得到的電子密度測(cè)量值相對(duì)誤差均在±2%以內(nèi)。k VCT圖像的CT值總體上隨ρ_e的增大而增大,呈現(xiàn)分段線性關(guān)系。當(dāng)ρ_e1.1時(shí),對(duì)應(yīng)的CT值差別不大;而當(dāng)ρ_e1.1時(shí),大孔徑CT圖像的CT值逐漸大于診斷CT圖像的。尤其是對(duì)于CT值大的物質(zhì),如密質(zhì)骨的CT值相差在100 HU以上。采用大孔徑CT與診斷CT獲得的CT值-ρ_e轉(zhuǎn)換曲線本質(zhì)上沒有區(qū)別。根據(jù)MVCT值-電子密度的單線性關(guān)系可準(zhǔn)確獲得電子密度測(cè)量值,可用于放療劑量計(jì)算。但采用MVCT無(wú)法直接從MVCT圖像獲得組織的Zeff。在正文的第二部分,提出了DECT模擬體模原型。根據(jù)DECT模擬的特點(diǎn)以碘為光電吸收基質(zhì),水和乙醇為康普頓散射基質(zhì),研制了DECT模擬體模原型,它的組織參數(shù)和元素組成與體內(nèi)組織無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系。在Siemens SOMATOM Definition Flash上掃描體模原型和常用的組織等效體模CIRS 062,采用Saito提出的ΔHU-ρ_e模型,對(duì)比分析二者測(cè)量ρ_e的差異。結(jié)果顯示,體模原型的ΔHU-ρ_e之間同樣存在線性關(guān)系(r2=0.9962,w=-0.428)。模型系數(shù)a=0.972,b=0.995,與理論值相符。ρ_e測(cè)量誤差、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差均比CIRS 062的低,Bland-Altman圖顯示二者的ρ_e測(cè)量值均未出現(xiàn)異常點(diǎn)。體模原型同樣可以達(dá)到確定Saito提出的ΔHU-ρ_e模型系數(shù)的目的,體�？尚行缘玫匠醪津�(yàn)證。在正文的第三部分,根據(jù)基質(zhì)分析原理實(shí)現(xiàn)體模,使其電子密度和有效原子序數(shù)與人體組織的范圍相一致,以實(shí)現(xiàn)DECT模擬體模的輻射等效性,并評(píng)價(jià)DECT測(cè)量電子密度的性能。采用組成元素的原子序數(shù)在10以上的多種無(wú)機(jī)物為光電吸收基質(zhì),組成元素的原子序數(shù)在10以下的多種有機(jī)溶劑和水為康普頓散射基質(zhì),自制了一種DECT模擬體模。在Siemens SOMATOM Definition Flash上掃描DECT模擬體模,分析ρ_e測(cè)量誤差。自制DECT模擬體模的ρ_e和Zeff分別在0.8~1.3和6.4~13.1之間,一定程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體組織參數(shù)的輻射等效。體模的ΔHU與ρ_e之間的線性關(guān)系成立(r2=0.9690,α=0.489)。a、b分別為0.942、0.986,與理論值相符。采用自制DECT模擬體模評(píng)價(jià)DECT測(cè)量電子密度,結(jié)果顯示ρ_e測(cè)量誤差在10%范圍內(nèi),并非文獻(xiàn)報(bào)道的1%。DECT測(cè)量電子密度的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提高。在正文的第四部分,從射束硬化效應(yīng)的角度探討了體模輪廓尺寸的變化對(duì)CT值和ρ_e測(cè)量的影響。按體重過(guò)低、正常和超重以上分三組收集西南醫(yī)院常規(guī)上腹部DECT檢查患者的圖像資料。分析不同體型的患者的CT值差異。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一款圓臺(tái)形水模,其橫截面直徑為22~30 cm。內(nèi)嵌一圓盤,在內(nèi)外兩環(huán)(距離中心分別為4.5、9.0 cm)處開孔用于放置插件。選擇乙醇、水、乙二醇、丙三醇、氯化鈣溶液(3g/5 m L)五種物質(zhì)作為體模插件。在Siemens SOMATOM Definition Flash掃描儀上先后執(zhí)行SECT掃描和DECT掃描。SECT掃描電壓選擇100、120 kVp;DECT掃描A、B球管電壓分別為80/140Sn、80/140、100/140Sn k Vp。結(jié)果顯示,密度比水小的物質(zhì)CT值隨體模直徑增大而增大;密度比水大的物質(zhì)CT值隨體模直徑增大而減小。在內(nèi)、外環(huán)處CT值的變化不同,內(nèi)環(huán)處變化更明顯,約為外環(huán)處的2倍。不同物質(zhì)的CT值變化與Zeff呈比例。體模在不同直徑處,所確定的模型系數(shù)α=0.482、0.485、0.476、0.494、0.492,α表現(xiàn)出隨體模直徑增大而增大的趨勢(shì)。體模直徑與α相對(duì)應(yīng)時(shí),ρ_e測(cè)量誤差均在±0.5%范圍內(nèi)。如果α取值不當(dāng),則會(huì)造成ρ_e測(cè)量誤差增大。體模尺寸越大、物質(zhì)的原子序數(shù)越大,對(duì)CT值的影響越大。體模尺寸的變化會(huì)影響DECT測(cè)量ρ_e模型系數(shù)的確定。不同體型的人應(yīng)有對(duì)應(yīng)的體模與之相匹配。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：第三軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：R730.55

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 高立權(quán);孫小U，

本文編號(hào)：2315199