Untersuchung von Bildqualität und Genauigkeit der Dosisberechnung bei cone-beam-CT-Aufnahmen mit reduziertem Projektionsdatensatz (half scan, half fan) im Hinblick auf die Verwendbarkeit für die adaptive Bestrahlungsplanung

ZusammenfassungGegenstand dieser Studie ist die Fragestellung, ob cone beam-CT-(CBCT)-Aufnahmen mit reduziertem Projektionsdatensatz für die Bestrahlungsplanung in der adaptiven Radiotherapie (ART) verwendet werden können. Dazu wurde einerseits die Bildqualität untersucht, andererseits der Einfluss der Bildgebung auf die Dosisberechnung analysiert. Als Verfahren mit reduziertem Projektionsdatensatz werden hier CBCT-Aufnahmen mit 200° Rotationswinkel zur Beschleunigung der Aufnahme (half scan), oder bei Einsatz eines asymmetrischen Strahlenkegels und verschobenen Detektors zur Vergrößerung des field-of-view (half fan) bezeichnet.MethodenFür drei verschiedene CBCT-Modi eines On-Board-Imaging-Systems (Varian Medical Systems) und ein konventionelles Multidetector-CT-Verfahren wurden die wesentlichen Bildqualitätsparameter untersucht. Zwei dieser CBCT-Verfahren arbeiten mit reduziertem Projektionsdatensatz. Zur Analyse der Dosisberechnung wurden Bestrahlungspläne an zwei Phantomen auf alle Datensätze übertragen und nachberechnet. Weiter wurden Dosismessungen für alle Aufnahmeverfahren durchgeführt.ErgebnisseDie Analyse der Bildqualitätsparameter ergab weitgehend einheitliche Ergebnisse für die drei CBCT-Verfahren, wobei sich zeigte, dass die Reduktion der Projektionsdaten nicht notwendigerweise mit einer Verschlechterung der Bildqualität in allen Parametern verbunden ist. Bei der Dosisberechnung basierend auf CBCT ist eine gute Übereinstimmung mit dem konventionellen System gegeben, die Abweichungen der mittleren Dosis in definierten Regionen erreichten maximal 1,1%. Die CT-Dosis liegt in einer Bandbreite von 2,5 cGy bzw. 2,9 cGy im Modus mit vergrößertem field-of-view bzw. beim Teilrotationsverfahren, bis zu 5,4 cGy beim 360°-full fan Modus.

Subject of this study is the question of whether cone beam CT (CBCT) images with reduced projection data are suitable for use in adaptive radiation therapy (ART) treatment planning. For this purpose image quality and dose calculation accuracy depending on imaging modality were analysed. In this context, two CBCT-methods will be indicated having reduced projection data sets: Scans acquired with 200° rotation angle in order to accelerate the CBCT process (half scan), or scans with an asymmetric cone beam and detector offset, used to enlarge the field-of-view (half fan).MethodsFor three different CBCT-modes (On-Board-Imaging, Varian Medical Systems), two of them based on reduced projection data, and a conventional multidetector CT system, the main image quality parameters were studied. Treatment plans for two phantoms were transferred to all datasets and re-computed to analyse dose calculation accuracy. Furthermore imaging dose was measured for all modalities.ResultsAll three CBCT-modes showed similar results with regard to image quality. It was found, that a reduction in projection data does not necessarily involve deterioration in image quality parameters. For dose calculation based on CBCT images, a good agreement with the reference plan was found, with a maximum deviation for the mean dose in regions of interest of 1.1%. Imaging dose was found to be 2.5 cGy and 2.9 cGy for the large-FOV mode and the partial rotation mode, respectively, and 5.4 cGy for the 360°-full fan mode.