利用不同放射治療計劃系統分析掃描參數造成螺旋狀電腦斷層掃描之體積重組誤差的因素

利用不同放射治療計劃系統分析掃描參數造成螺旋狀電腦斷層掃描之體積重組誤差的因素

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利用不同放射治療計劃系統分析掃描參數造成螺旋狀電腦斷層掃描之體積重組誤差的因素

宋國強

1,2

李財福

3

廖宗義

1,2

阮國榮

1

方富民

1,4

陳文平

2 1_{高雄長庚放射腫瘤科} 2 高雄應用科技大學 電機工程系 3 高雄應用科技大學 電子工程系 4_{長庚大學 醫學院}

摘 要

本研究是要探討評估螺旋狀電腦斷層掃描儀，在不同的治療計劃系統中造成重組體積誤差的因素。我 們將假體在不同的電腦斷層掃瞄條件下逐一進行掃描，並將得到的影像資訊分別傳輸至不同治療計劃系 統，驗證不同的治療計劃系統其重組出來的體積是否相同。在實驗中我們使用的電腦斷層掃描儀為 GE LIGHTSPEED RT16，假體形狀為球體，其中球體直徑分別為 20 mm、50 mm、100 mm 三種，實驗所使用 的治療計劃系統有三種：(一)搭配 GE 電腦斷層掃描儀所使用的 Advanced Workstation(AW)軟體； (二)BrainLab 公司所出的 iPLAN 軟體；(三)Philip 公司所生產的 Pinnacle 軟體。研究結果可以發現真正影響 到重組體積誤差的掃描條件為切面厚度和掃描物體的體積大小，切片重疊因子和治療計劃系統的不同對於 重組體積的影響並不明顯，我們發現在三種治療計劃系統裡體積較大的假體不管使用何種切面厚度或切片 重疊因子其重組體積的誤差大都在 3%上下，但在體積小的假體時其重組體積不管在使用何種切面厚度或 切片重疊因子其誤差都較大，如果使用的切面厚度為 5 mm 時，誤差甚至可以高達 12%，因此我們發現在 體積較小的掃描物體時使用較大的切片厚度，會使其重組體積產生較大誤差。而在不同的治療計劃系統 中，每套治療計劃系統所描繪和讀取出來的假體體積彼此間雖然有差異但並不明顯，而造成不同治療計劃 系統所評估出來的體積差異，主要是因為在物體邊緣的部分體積效應所造成的 HU 值判斷上的誤差。 關鍵詞：電腦斷層、切片重疊因子、切面厚度、治療計劃系統

前 言

近年來因為醫學影像及電子科技的快速發展，而醫學 影像在放射治療中的三度空間影像重組等技術的應用，在 現今的癌症放射治療裡扮演不可或缺的角色[1, 2]，而其中 在電腦斷層影像中，因為所提供高解析度橫切面影像，可 以藉由治療計畫系統(Treatment Planning System)中影像 重組演算功能，以取得器官與腫瘤的三維體積，主要是用 來精確定位出腫瘤位置、及評估腫瘤劑量包覆性和危急器 官接受劑量等的主要工具[3]。近年來各項放射治療新科技 的發展，對醫學影像品質精確度要求已不斷提升，而在國 外文獻探討中曾針對電腦斷層掃描使用不同掃描模式 下，對體積重組後，體積的差異做比較，並且指出螺旋式 (Spiral scan)掃描的體積重組準確度約有 90%以上[4]，此 結果是可接受並運用於放射治療的掃描方式。但現今對影 像體積準確度要求的提高，電腦斷層掃描儀也日益改進， 過去所使用的切片厚度和重疊因子，對於現在來說已不適 宜而有重新評估的必要。並且由於使用不同治療技術與設 備的需求，一個完整的放射治療部門，同時有一套以上的 治療計畫系統已逐漸普及化，但少有研究針對相同影像使 用不同治療計畫系統對重組的體積是否會造成差異做探 討。 由於多切面的螺旋狀掃描方式除了可以提供較快的 掃瞄速度和影像品質外[5]，同時病人也會接受較少的劑量 [6]，因此現今放射治療所使用的電腦斷層攝影定位儀(CT simulator)掃描方式多可進行多切面(multi-slices)螺旋式掃 描，切片厚度(slice thickness)最小可達 1.25 mm，切面重 疊因子(pitch)也因多切面的掃描模式而可使用小於或大於 1 的條件掃描。醫學影像在疾病診斷上，主要應用於疾病 鑑別上，但對放射治療而言，量化數據的準確與否，重組 中華放射線技術學雜誌 C J Radiologic Tech 2012; 36(1): 9-14 通訊作者：宋國強 聯絡地址：83301 高雄縣鳥松鄉大埤路 123 號 高雄長庚紀念醫院 放射腫瘤科 聯絡電話：(07) 7317123 轉 2687 E-mail：tomisme6@hotmail.com

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由實驗數據我們也可發現切片重疊因子和不同的治 療計劃系統對於重組體積的誤差影響上並不明顯，但是 仔細從數據上來看可以發現由 AW 治療計劃系統所描繪 重組出來的體積誤差較小，但三者間差異其實並不大。

討 論

在現今的放射治療不論是利用三度空間順形治療， 還是強度調控放射治療我們所要求的精準度越來越提 高，而電腦斷層影像提供了我們有良好的縱軸切面可以 去描繪腫瘤和正常器官，而其重組出來的影像體積，在 定義腫瘤的大小和評估危及器官的劑量上都提供了很大 的幫助，因此重組體積所造成的誤差會影響到整個治療 的最終結果和治療品質，在本實驗中我們發現切面的厚 度和被掃描的物體體積大小是影響整個重組體積誤差的 最大因素，而切面重疊因子和治療計劃系統的選擇影響 並不明顯，因此在面對不同體積大小的器官和腫瘤時， 我們在選擇切面厚度時需要多加的注意，例如在評估較 大的器官或腫瘤，例如肝臟或肺臟時使用切面的厚度大 小對於重組體積並不會造成太大的影響，誤差在 3%左 右，但是在體積較小的腫瘤，例如頭部的腫瘤大部分體 積都較小[8]，這時所選擇的切面厚度就很重要，其中的 誤差可能高達 10%以上。 現在的電腦斷層機可以提供將不同的切片厚度影像 重組在一起，因此我們建議在使用電腦斷層來掃瞄腫瘤 時，根據不同部位的需要來選擇則切片厚度以達到較好 的影像重組體積，進而減少在整個治療流程中的誤差。 在選擇治療計劃系統方面，每個治療計劃系統所描 繪重組出來的體積出現的誤差都相差不遠，因此在治療 計劃系統的選擇上有相當大的靈活度。治療計畫系統間 的差異也是因為部分體積效應[9, 10]造成各系統間對於 受測物體邊緣的 HU 值判對不同所造成如圖 2 所示。 而造成重組體積產生誤差的原因應該是受測物體邊 緣部分體積效應的影響和切片間線性內差[11]的結果所 造成，受測物體的體積越小其所受到部分體績效應的體 積比例就越大，而切片間線性內插的誤差在使用較大切 片厚度(5 mm)時也比切片厚度小(1.25 mm)來得大，因此 實驗結果較小的受測物體和使用較大的切片厚度會產生 較大的重組體積誤差。 根據實驗結果真正影響重組體積物差的因素是切片 厚度和受測物體的大小，因此在臨床的處理更應針對不 同的病灶和部位而加以審慎的考量，而在不同的治療計 畫系統影響並不顯著的情形下選擇更適合病人的治療模 式和方法有更大的彈性。

致 謝

感謝長庚醫療財團法人高雄長庚紀念醫院研究計畫 〝CMRPG890062〞贊助部分研究之經費。 圖 2：在小假體掃描條件為 pitch0.562、slice thickness1.25 mm 下，三種治療計劃系統所描繪出的輪廓，最外側為 AW 治療計劃系統，中間為 PINNCLE，最內側為 IPLAN 治療計劃系統

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