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電腦斷層影像品保、資訊整合與量化

張貼者:2016年6月18日 下午11:24MEPIP MEPIP   [ 已更新 2016年8月24日 下午11:14 ]
過去半個世紀游離輻射已廣泛應用於醫學領域上,以達到放射診斷與治療的目的,其中人體組織的物理參數以及光子與物質的作用機率,在醫學物理的相關應用扮演非常重要的角色;在近接放射治療中,我們需要知道核種所放出γ射線的能量、組織的能量吸收係數以及電子密度,以計算腫瘤的能量沉積 [1-4];在放射診斷方面,我們需要求得X光與組織的作用機率以及有效原子序,以求得組織器官的等價劑量與全身有效劑量 [5-7];在核子醫學方面,單光子電腦斷層與正子電腦斷層的影像必須進行衰減矯正,以正確顯示放射性示蹤劑的分布情形,而衰減矯正的過程中需要知道線性衰減係數的相關資訊 [8,9]。 隨著粒子加速器的發展,質子治療與重粒子治療亦逐漸普及,於2000年,利用醫療用粒子加速器的治療人數已超越了研究用加速器的治療人數 [10],並以每年10% 的趨勢成長。質子與物質的作用方式與光子不同,剛進入介質時僅沉積少量的動能,接著在特定深度會沉積大量的能量,稱為布拉格峰 [11]。在質子治療的劑量計算中,我們須要獲得特定能量質子的阻擋本領,以計算布拉格峰的位置與腫瘤劑量,因此,為了準確的計算輻射劑量,質子作用係數的評估至為關鍵。 為了獲得組織物理參數與輻射作用係數的相關資訊,常利用電腦斷層儀 (computed tomography, CT) 掃描組織等效材質,以建立CT值與組織物理參數的關聯性。廣泛使用的組織等效材質包括:以聚丙烯 (polypropylene, PP) 與聚甲基丙烯酸甲酯 (polymethyl methacrylate, PMMA) 模擬軟組織 [12,13]、以磷酸鉀水溶液 (potassium phosphate, K2HPO4) 模擬骨骼等 [14,15]。然而,這些等效材質多半針對高能光子所設計,材質的電子密度與人體組織接近,但元素組成則可能與人體組織有顯著的差異 [16-18],因此利用組織等效假體所建構的電子密度、輻射作用係數與CT值之間的關係便可能產生誤差。另一方面,製作與人體組織相同密度與元素組成相當的等效物質,仍是具有挑戰性的課題,若改變等效材質中碳、氫、氧、氮的比例,亦將導致電子密度的等效性消失 [17],製作上實有困難之處。 國際間亦有研究使用雙能CT (dual energy CT) [19,20]、能譜式CT (spectral CT) [21,22]、與相位對比式CT (phase contrast CT) [23],以計算人體組織的組成資訊與相關的作用係數。然而,使用雙能CT法會增加病人的吸收劑量、能譜式CT具有量子斑駁的問題 [24]、相位對比式CT僅處於實驗階段,尚無法於臨床應用。現今,電腦斷層掃描已廣泛應用於臨床診斷上,若可由一般的CT掃描儀準確地量化組織物理參數,將可大幅提升CT的臨床加值應用。然而,每一部CT所產生的X光能譜都不盡相同,因此必須克服光子能量的問題,才能提升組織參數量化的準確性,同時避免增加病人的輻射劑量與掃描時間。 本計畫提出一套由一般CT影像進行組織物理參數與輻射作用係數定量評估的方法,此方法可排除不同CT掃描儀之間能譜差異的影響,使不同的CT可在同樣的水平下進行量化比對。全程計畫預計分三年執行,第一年將建立能譜定性分析與CT掃描X光能譜重建技術,搭配已知的組織元素組成與密度,評估組織器官的標準CT值;第二年將建立CT值與組織物理參數之間的轉換函數,同時評估管電壓、管電流等因子對參數轉換的影響;本計畫第三年將利用組織參數搭配參數化物理模型,以建立CT值與光子作用係數、質子阻擋本領之關聯性。透過本計畫的執行將可建立一套CT影像轉換為多方位資訊的技術,藉以拓展電腦斷層在放射診斷、放射治療、核子醫學與劑量評估等臨床加值應用。

除此之外,電腦斷層掃描所造成的診斷劑量已躍居放射診斷劑量中的第一位,更是造成民眾集體劑量的主因之一。於「Radiation dose evaluation of dental cone beam computed tomography using an anthropomorphic adult head phantom」的研究中,我們利用電腦斷層影像建構成人頭頸部假體,用以評估牙科電腦斷層掃描的有效劑量,結果指出在65、75與85 kVp下的有效劑量分別為72、100與134 µSv。於「The Association between Leukemia and X-ray in Children – A Nationwide Study」的研究中,我們利用健保資料庫發現男童在接受診斷X光掃描後,會顯著的增加其罹患白血病的風險,因此建議減少兒童不必要的醫療曝露。我們亦使用KINECT動態量測身體的APD與LATD以作為病人專一化劑量的修正。


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