通过减少静态成像来优化Elekta X射线体积成像：技术说明

《Journal of Radiotherapy in Practice》：Optimisation of Elekta X-ray volume imaging through minimisation of static imaging: a technical note

　　摘要
引言：锥形束CT（CBCT）成像用于放射治疗中患者的精确定位；然而，过多的帧数采集会不必要地增加患者的辐射剂量。先前的研究指出，乳腺成像受过多帧数的影响最大。
方法：通过比较所有协议，引入了一种修改措施，将机架起始角度调整±5度，以确保在加速后开始采集，旨在减少静态帧数并最小化不必要的辐射剂量。
结果：该协议优化措施平均减少了左右乳腺快速扫描协议中的帧数7帧，并将辐射剂量（mAs）降低了多达4%。使用PCXMC模拟软件，左乳腺协议的辐射剂量从3.0 mSv降至2.8 mSv，右乳腺协议的辐射剂量从2.9 mSv降至2.8 mSv，分别相当于14次和7次胸部X光检查的辐射量。来自Catphan 503模体的图像质量指标显示，图像的均匀性和对比度变化很小。
结论：这种优化技术减少了多余的CBCT帧数采集和辐射剂量，同时保持了图像质量。最大偏差从左乳腺快速S20协议的16.1%显著降低到8.5%，右乳腺快速S20协议的18.6%降低到12.1%。

引言：锥形束CT（CBCT）是放射治疗的一项进步，可确保患者的精确设置和治疗验证。使用CBCT会带来额外的辐射剂量，根据《电离辐射（医疗暴露）法规》（IR(ME)R），这种剂量必须保持在“尽可能低的合理水平”（ALARP）。本研究调查了Singleton医院之前工作中出现的问题，即Elekta X射线体积成像（XVI）系统中由于多余的CBCT帧数导致的辐射剂量不确定性，通过分析日志文件揭示了成像协议和设备性能的变化。

参考文献：Smakovs, Jenkins, Williams, Edwards and Lewis
研究结果表明，一些患者由于接受了超出标称值的额外成像帧数而接受了额外的辐射剂量，这可能增加对健康组织的潜在危害以及放射治疗患者的副作用风险。此外，研究还发现“快速”协议（机架旋转速度为每分钟360度）受影响最大。本研究将进一步发展之前的工作，特别关注乳腺成像协议，因为这些协议中多余的帧数最多。

方法：英国各地的放射技师首先发现了CBCT扫描过程中帧数超出预期的问题。当实际采集的帧数超过Elekta规定的10%容忍阈值时，会标记出这些情况，这可能会增加患者的辐射剂量。为了进一步调查，分析了Elekta XVI系统的日志文件，记录了帧数超过10%容忍阈值的情况。详细研究了这些文件，以确定多余的帧数的潜在原因。通过回顾性分析Elekta XVI系统的日志文件，发现当实际采集的帧数超过10%的容忍阈值时，系统会发出警告。对于乳腺成像协议，计划采集的帧数为181帧，因此当实际采集到199帧（超出10%）时系统会显示警告信息。图1展示了一个例子：左乳腺快速协议配置为在机架角度为90度时开始移动和图像采集，并逆时针旋转（起始角度偏差为1度）。日志文件中的“在线重建”条目对应于单个采集帧。该协议计划采集181帧，容忍范围为199帧。在这个例子中，实际采集了200帧，触发了警告信息。经审查，其中6帧（在线重建0002–0006）是在机架没有移动的情况下采集的，表明这是静态成像。由于患者呼吸暂停等原因导致的图像采集中断也被排除在分析之外。

优化后的XVI系统允许机架在图像采集开始前以5度的偏移量启动，从而减少扫描开始时的静态成像帧数。由于停止角度无法以相同方式调整，因此当机架减速时仍会出现多余的帧数。表1比较了优化前后的协议配置。通过将起始角度增加5度，并允许XVI在机架加速时开始采集。

使用PCXMC模拟软件（PC Program for X-ray Monte Carlo）估算了有效剂量，采集几何结构与CBCT乳腺协议相匹配，剂量根据XVI文件中的mAs和采集帧数进行缩放。每种协议版本（优化前后）使用Catphan 503模体重复进行了4次XVI扫描。使用模体的目的是通过XVI的平均像素值评估聚苯乙烯和LDPE材料插片的密度来计算对比度，并使用均匀性测试片评估图像均匀性，同时确保优化后的协议不会引入图像伪影。CBCT剂量测量使用了Radcal电离室和铅笔电离室，测量了优化前后空气中的CTDI值，以确保优化前后协议与PCXMC和调试程序的一致性。

结果：
表2总结了每种协议4次扫描的平均辐射剂量（mAs）值。百分比差异表示优化前后平均值的相对变化。优化后，左乳腺和右乳腺协议的mAs分别减少了4%和2.6%，表明帧数采集的一致性得到改善，通过XVI系统的辐射剂量也有所降低。表3显示了每种协议4次重复扫描的平均采集帧数，左乳腺协议减少了8帧，右乳腺协议减少了5帧，表明优化技术平均减少了7帧，表明系统效率提高，辐射剂量降低。

表4和表5通过Catphan模体总结了优化前后协议的均匀性和对比度，以确定图像质量的临床差异。优化后，均匀性和对比度值仍在临床可接受范围内，表明在减少mAs和采集帧数的同时，图像质量保持不变。表6使用PCXMC根据记录的mAs和XVI文件中的帧数进行了优化前后的有效剂量估算。优化后，左乳腺协议的辐射剂量减少了0.2 mSv，右乳腺协议的辐射剂量减少了0.1 mSv，分别相当于14次和7次胸部X光检查的辐射量。这符合ALARP原则，并加强了《电离辐射（医疗暴露）法规》（IR(ME)R）的合规性，同时在不影响图像质量的情况下最小化了患者的不必要的辐射暴露。

临床结果：图2显示了超出Elekta 10%容忍阈值的帧数分布直方图。结果的时间范围为（优化前=2025年1月2日至2025年3月31日；优化后=2025年4月7日至2025年2月6日）。这大约是优化前后的2个月对比。优化后的中位数偏差（红色）低于优化前（蓝色），高比例的异常值也减少了。左乳腺快速S20协议的最大偏差从16.1%显著降低到8.5%，右乳腺快速S20协议的最大偏差从18.6%降低到12.1%。分布向较低的异常值偏移，表明协议的一致性提高，不必要的辐射剂量减少。

结论：本研究证明，优化Elekta XVI系统的乳腺成像协议可以减少多余的CBCT帧数采集，同时保持临床图像质量。通过调整机架起始角度，减少了静态帧数，从而降低了辐射剂量和有效剂量。Catphan 503模体分析表明，对比度和均匀性几乎没有变化，说明优化没有影响图像质量。优化后的协议配置适用于其他快速和标准CBCT协议，这些协议也记录了类似的静态成像行为；这种方法可以应用于其他协议以减少辐射剂量。超出Elekta 10%容忍阈值的帧数临床发生情况减少，左乳腺快速S20协议的最大偏差从16.1%降低到8.5%，右乳腺快速S20协议的最大偏差从18.6%降低到12.1%。乳腺协议的辐射剂量分别减少了0.2 mSv和0.1 mSv，相当于14次和7次胸部X光检查的辐射量，符合ALARP原则。尽管多余的帧数对患者剂量的贡献较小，但它们的减少提高了整体系统效率、一致性和成像准确性。建议持续审计XVI系统的性能，以确保符合《电离辐射（医疗暴露）法规》（IR(ME)R，并支持图像引导放射治疗的持续质量改进。通过本报告中的临床审计和调试工作，优化后的协议已在临床中使用。

作者声明没有利益冲突。