基于四维锥形束CT的质子剂量计算可行性研究：一项离体猪肺模体实验

摘要： 呼吸模式和患者解剖结构的分次间变化会导致质子治疗中的剂量不确定性。一种监测这些变化的方法是利用常规用于患者定位的锥形束CT（CBCT）扫描，将其重建为4DCBCT，并通过变形图像配准（DIR）结合诊断级4DCT的精确CT值与每日4DCBCT的几何结构生成"虚拟CT"（vCT）。本研究评估了不同的4DCBCT重建算法和DIR方法。为此，分别获取了具有663和2350个投影的移动离体猪肺模体的CBCT扫描，并配有额外的4DCT作为参考。使用阿姆斯特丹遮罩法将CBCT投影分为10个相位区间，首先采用重建工具包（RTK）的FDK算法，随后使用Gadgetron工具包实现的迭代重建算法进行逐相位重建。通过DIR对相应的4DCT相位进行校正，分别采用REGGUI的Morphons算法和Plastimatch的B样条变形，生成最终的4DvCT。通过目视检查和计算从模体表面到靶区远端边缘不同角度的水等效厚度（WET）图，将生成的4DvCT与4DCT进行比较。优化后的流程在输入相位不匹配的情况下以及在临床患者数据集上均成功重复。在4DvCT上模拟质子治疗计划，并通过伽马通过率分析将剂量分布与基于4DCT的参考值进行比较。迭代重建与Morphons DIR的组合产生了最准确的4DvCT，中位WET差异小于2 mm，各相位的3%/3 mm伽马通过率在89%至99%之间。这些结果表明，对迭代重建的4DCBCT进行图像校正，并结合计划CT的Morphons DIR，可能产生足够准确的4DvCT，用于每日时间分辨的质子剂量计算。