洛約拉大學(xué)斯特里奇醫(yī)學(xué)院、北伊利諾伊大學(xué)和Loma Linda大學(xué)的研究人員使用質(zhì)子CT和X射線CT對(duì)復(fù)雜樣本進(jìn)行成像，質(zhì)子CT成像使用ProtonVDA pRAD(一種臨床質(zhì)子成像系統(tǒng)原型)。他們將直接測量的質(zhì)子RSP值與從X射線CT圖像確定的值進(jìn)行比較，研究結(jié)果發(fā)表于雜志Medical Physics。
關(guān)鍵比較
基于質(zhì)子CT的RSP測量的準(zhǔn)確性
為了驗(yàn)證基于質(zhì)子CT的RSP測量的準(zhǔn)確性，研究人員首先對(duì)包含八個(gè)不同組織等效插入物的圓柱體模進(jìn)行了成像。將測得的RSP與已知值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)除鼻竇插入物(其RSP極低，絕對(duì)差異僅為–0.008)外，所有材料的精度為1%或更高。
質(zhì)子CT RSP與使用HU轉(zhuǎn)換為RSP的差異
研究人員使用ProtonVDA pRAD和臨床垂直X射線CT掃描儀對(duì)豬頭、豬胸帶、豬肋骨樣本進(jìn)行了成像。他們還使用水平CT在高劑量和低劑量設(shè)置下對(duì)頭部進(jìn)行掃描。確定直接測量的RSP與使用HU到RSP轉(zhuǎn)換的X射線CT掃描值之間的差異。
圖. 美國芝加哥質(zhì)子治療中心的ProtonVDA pRAD系統(tǒng)。
在胸帶和肋骨樣本中，研究人員發(fā)現(xiàn)所有軟組織(包括肌肉和脂肪)的RSP差異為0.6%或更小。然而，他們發(fā)現(xiàn)肋骨小梁有1.9%的差異，而致密骨差異更大，為6.9%。對(duì)于豬的頭部，他們檢查了12個(gè)區(qū)域，在鼓室泡中觀察到最大的RSP差異(高達(dá)41%)，鼓室泡由空氣、軟組織和骨骼組成。他們還注意到頭骨(高達(dá)4.3%)和腦干(高達(dá)4.4%)的差異。在其他八種組織中，RSP差異范圍為–2.5%至+2.1%，平均值為–0.4%。
結(jié)果表明，雖然測量和計(jì)算出的軟組織RSP值相似，但X射線CT可能在致密骨或空泡區(qū)的治療計(jì)劃中不太準(zhǔn)確。
研究團(tuán)隊(duì)還指出，質(zhì)子CT提供的成像劑量(豬的頭部為0.2～0.7 mGy)遠(yuǎn)低于X射線CT(用于低劑量和高劑量掃描的劑量為3.9 mGy和39 mGy)。雖然單次掃描帶來的小輻射劑量不太可能造成危害。但研究人員指出，質(zhì)子CT所賦予的劑量減少10到100倍意味著可以定期重復(fù)此類掃描。
一致性檢查
質(zhì)子成像系統(tǒng)(如ProtonVDA pRAD)也可用于在每次治療前進(jìn)行質(zhì)子成像。將此類圖像與來自計(jì)劃CT的數(shù)字重建射線影像(DRR)進(jìn)行比較，可以對(duì)X射線CT衍生的RSP圖進(jìn)行一致性檢查，并揭示由于患者解剖結(jié)構(gòu)或?qū)?zhǔn)變化而導(dǎo)致的差異。
為了證實(shí)這一應(yīng)用，研究人員獲得了豬頭部的質(zhì)子射線成像和高劑量X射線CT成像。研究人員通過從質(zhì)子射線成像中減去計(jì)算出的DRR創(chuàng)建水等效厚度(WET)差異圖。在大多數(shù)軟組織區(qū)域，包括大腦和頭頸部肌肉，獲得的和模擬的質(zhì)子射線成像的WET值在1～2毫米內(nèi)一致。當(dāng)WET高達(dá)200毫米，相當(dāng)于小于1%。在鼻竇區(qū)和鼓室泡中發(fā)現(xiàn)了最顯著的差異。
結(jié)論及未來展望
研究人員得出結(jié)論，質(zhì)子CT具有提供低劑量治療計(jì)劃、減少靶區(qū)外擴(kuò)、每日治療前射程驗(yàn)證的潛力。研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)行一系列研發(fā)，包括自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、旋轉(zhuǎn)光學(xué)跟蹤以及與立式治療系統(tǒng)的集成。他們還打算進(jìn)行更多定量的劑量比較，并使用治療束流進(jìn)行測試。
研究團(tuán)隊(duì)還將著手正常組織并發(fā)癥概率(NTCP)的研究，目標(biāo)是通過質(zhì)子成像和質(zhì)子CT量化射程不確定性降低的潛在臨床益處。原則上，射程不確定性的降低減少了臨床靶區(qū)的外擴(kuò)，從而減少對(duì)一些正常組織不必要的高劑量。這將帶來多少獲益，是未來研究的方向。
