《Annals of Biomedical Engineering》：Evaluating Image Quality of Cone Beam Computed Tomography Using HyperSight? on the Varian TrueBeam
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目的：该研究评估了配备HyperSight（TB-HS）的Varian TrueBeam直线加速器上锥形束计算机断层扫描（CBCT）系统的图像质量，并将其与标准TrueBeam系统（TB-S）进行比较。特别强调与离线自适应放疗（ART）相关的变化。
方法：使用
目的：该研究评估了配备HyperSight（TB-HS）的Varian TrueBeam直线加速器上锥形束计算机断层扫描（CBCT）系统的图像质量，并将其与标准TrueBeam系统（TB-S）进行比较。特别强调与离线自适应放疗（ART）相关的变化。
方法：使用Catphan 504模体在两台TB-HS和两台TB-S设备上评估图像质量。定量参数包括HU准确性、均匀性、对比噪声比（CNR）、调制传递函数（MTF）、低对比度可见性（LCV）和噪声功率谱（NPS）。在100 kV和125 kV下使用默认临床CBCT协议和重建算法进行测量。以匹配临床协议采集的计划CT图像作为参考值。分别使用配对线性混合模型（LMM）和McNemar检验对技术之间的图像质量参数进行统计比较，并评估其与国际推荐容差标准的一致性。此外，8名放射技师对HyperSight安装前后15例患者的CBCT图像进行了盲法主观图像质量评价。
结果：Catphan分析显示，TB-HS改善了高密度插入物的HU准确性，而均匀性和CNR显示出微小、大多无显著差异。空间分辨率、噪声特性和LCV保持不变。两种技术通常均符合容差标准，但TB-HS更一致地符合。主观图像质量评价显示总体上无偏好。
结论：HyperSight升级提供了轻微图像质量增强，但未显示出明确的临床优势。尽管如此，研究结果支持HyperSight用于离线ART的潜力。然而，需要进一步在基于患者的应用中进行研究，以确认其临床价值。
论文主体解读：
研究背景与问题：外照射放疗（EBRT）可精确靶向全身肿瘤，其效果依赖在给予治愈剂量的同时保护健康组织。图像引导放疗（IGRT）中，X射线成像或锥形束计算机断层扫描（CBCT）常用于最终位置调整和验证；CBCT因可提供高分辨率三维容积图像而广泛应用，并提高了EBRT准确性、减少治疗 margins、提高治疗比并减少副作用。离线自适应放疗（ART）利用患者定位CBCT图像更新放疗计划，以考虑治疗过程中患者和肿瘤解剖变化；与在线ART相比，离线ART更灵活、可扩展。CBCT可直接使用或用于生成合成CT。但放疗剂量计划依赖CT HU值推导的电子密度，要求足够图像均匀性和HU准确性。CBCT仍存在局限：大锥束几何增加散射、C臂直线加速器采集较CT慢、易产生运动伪影。已有改进包括探测器量子效率（DQE）和新重建算法，使新CBCT技术可能用于精确剂量计划。欧洲医学物理组织联合会（EFOMP）、欧洲放射肿瘤学会（ESTRO）和国际原子能机构（IAEA）建议剂量计划HU偏差最大为±50 HU；Davis et al. 指出软组织±20 HU、肺和骨±50 HU时剂量计算差异可小于1%。HyperSight
?于2017年推出，旨在提供与CT相当的HU准确性、更大视野（FOV）、改善图像质量和更新重建算法，最初用于O-ring型直线加速器，近期可用于更广泛的C臂直线加速器。既往O-ring研究显示图像质量相似或改善，但O-ring与C臂系统在成像框架、面板大小、采集速度等方面不同，C臂需每次扫描前展开成像臂，可能影响等中心稳定性和图像质量。Shiba et al. 显示扫描物体与成像等中心位移可负面影响图像质量；Price et al. 报告C臂直线加速器增加旋转速度对等中心位移影响很小；Mail et al. 显示增大FOV会降低图像质量并增加散射。因此，研究人员在Oulu University Hospital放疗科开展研究，评估C臂TrueBeam上HyperSight CBCT图像质量，假设TB-HS相比TB-S可改善HU准确性和均匀性。
主要关键技术方法：研究在Oulu University Hospital放疗科进行，纳入两台TB-HS和两台TB-S Varian TrueBeam直线加速器，并使用Siemens SOMATOM go.Open Pro计划CT。使用Catphan 504模体，在100 kV和125 kV下采用匹配默认临床CBCT协议及Brain、Brain 1 mm、Pelvis、Thorax CT协议。重建算法包括Feldkamp–Davis–Kress（FDK）反投影、迭代CBCT（iCBCT）和快速iCBCT（iCBCT fast）；金属伪影减少（MAR）仅TB-HS可用。量化分析HU准确性、均匀性、CNR、MTF、LCV和NPS，三个时间点共129层，取相邻三层平均。主观评价纳入HyperSight安装前后15例不同解剖部位患者CBCT图像，由8名放射技师盲法评价，采用Khan et al.流程，随机化并裁剪至TB-S FOV。统计采用配对线性混合模型（LMM）和McNemar检验。
研究结果：
HU准确性：Catphan 404模块分析显示，TB-S通常随材料密度增加HU偏差增大，而TB-HS在全密度范围内偏差更稳定。低密度材料多偏向TB-S，高密度材料多偏向TB-HS。100 kV下迭代重建时致密材料差异显著（p < 0.001）；125 kV下仅空气、PMP和Teflon插入物有差异。总体TB-HS偏差多在±50 HU内并更一致通过制造商容差，TB-S在某些协议和重建组合下超过±50 HU；McNemar检验仅第一测量点发现差异（p = 0.008）。
HU均匀性：Catphan 486模块分析显示，TB-HS跨重建算法更一致，100 kV协议下TB-S曾未满足±30 HU容差，而TB-HS仅在Brain 1 mm一个测量点超过容差；125 kV下两者均在容差内。配对LMM未发现统计学显著差异，效应量为小到大的|d| = 0.36–1.15；McNemar检验无差异。
CNR：Catphan 515模块分析显示，100 kV下TB-HS在两种ROI和所有重建算法中CNR较高，但仅7 mm ROI使用FDK时显著（p = 0.049）；125 kV下TB-HS略高，仅15 mm ROI使用FDK时显著（p = 0.016）。效应量在100 kV多较大，125 kV为小到大。两种技术均通过容差，McNemar检验无显著差异。
空间分辨率：Catphan 528模块MTF分析显示，100 kV下FDK重建时TB-HS可分辨稍小细节，迭代重建时TB-HS空间频率较低；仅FDK 80%对比水平显著（p = 0.019）。125 kV下TB-HS多数比较中空间频率较高，但iCBCT fast在30%和50%对比水平例外；仅iCBCT 80%对比水平显著（p = 0.002，d = 1.82）。TB-HS更新未影响容差通过情况。
NPS与LCV：NPS分析显示，FDK重建下TB-HS在两种能量下平均噪声功率高于TB-S（p < 0.001）；迭代重建下差异较小且多偏向TB-S，但无统计学显著性。FDK下效应量大（d = 16.44和2.71）。HyperSight更新未影响NPS容差符合性。LCV在TB-HS与TB-S之间无显著差异。
主观图像质量评价：各评价者对每例患者评分异质。按脑、头颈（H&N）、男性盆腔、女性盆腔和体部分区后，TB-HS在除体部外所有区域改善图像质量和配准准确性，体部则TB-S图像质量更受偏好。15例患者和8名评分者的总体平均等级为C，表明两种技术图像质量相似，对配准无一致影响。
讨论与结论：讨论指出，放疗计划几何和剂量准确性高度依赖高质量成像。HyperSight升级总体仅轻微改善若干图像质量参数，最明显为HU准确性，TB-HS表现更稳定并更一致满足容差；因HU准确性对剂量计算重要，结果支持HyperSight用于离线ART的潜力。其余参数大多不变，仅特定管电压和重建组合有轻微差异。HU准确性呈密度依赖：低密度插入物TB-HS偏差略大但仍在±50 HU内；高密度插入物TB-HS更接近CT，TB-S对最致密Teflon更常超出容差。原文认为这可能与新闪烁体材料提供更好信号检测和更线性响应有关。均匀性方面TB-HS偏差较小，100 kV差异较明显，125 kV更均衡，但LMM无统计学显著；TB-HS更一致满足容差。CNR在100 kV改善较明显，125 kV较均衡，显著差异仅见于特定FDK组合；McNemar未发现显著，可能与EFOMP–ESTRO–IAEA指南中CNR最大允许偏差40%有关。空间分辨率结果混合，100 kV迭代重建TB-S较高，FDK时TB-HS较高；125 kV多数TB-HS较高。原文认为小差异可能与FOV增大导致体素稍大和空间分辨率降低有关；高能量噪声较低时TB-HS可补偿。NPS差异主要在FDK，TB-HS平均噪声功率较高，迭代重建下差异明显减小，且部分由机器特异性造成。LCV无差异。主观评价总体接近C级，表明常规临床使用中未清晰检测到改善；但除体部外多数区域偏好TB-HS。原文提到人类观察者通常需较大图像质量差异才易察觉，且现状偏差（status quo bias）可能影响主观评价。局限性包括每组仅两台机器、单中心、三个测量时间点、配对切片数较少、机器特异性与CBCT技术效应重叠、使用默认Varian协议、未评估MAR、更快采集和运动伪影影响、主观评价裁剪FOV可能低估HyperSight大FOV优势，且未纳入肿瘤科医生。
研究结论（翻译）：研究人员开展了一项多维度、全面的图像质量分析，比较TB-HS技术提供的CBCT图像与TB-S CBCT系统，纳入定量和主观视角的潜在改善以及国际和制造商容差标准的符合情况。结果显示，TrueBeam系统的HyperSight升级提供轻微图像质量增强，主要在HU准确性。均匀性和CNR也呈现改善趋势，但这些差异无统计学显著性。空间分辨率、噪声特性和LCV基本不变。主观评价显示相似结果，HyperSight升级无明确临床优势。研究人员的研究未在预定义容差标准中明确发现TB-HS与TB-S之间统计学显著差异。这些发现提示，在所评估的放疗单位和本研究纳入系统中，HyperSight相比标准CBCT系统可能为离线ART提供轻微优势。然而，需要涉及多临床中心、更多TrueBeam系统和基于患者应用的进一步研究来确定这些发现的普遍性。
