การประเมินผลการใช้อัลกอริทึม iterative metal artifact reduction (iMAR) และการขยายสเกลของตัวเลข CT ต่อการกระจายรังสีในแผนการรักษาเทคนิคVMAT ส่วนศีรษะและลำคอ (ศึกษาในหุ่นจำลอง)

Abstract

Evaluation of the Iterative Metal Artifact Reduction (iMAR) Algorithm and an Extended CT Number Scale on Dosimetry of Head and Neck VMAT Treatment Planning

(Phantom Study)

Adcharee Seenukhroah

Department of Radiology, Maharat Nakhon Ratchasima Hospital, Thailand

หลักการและวัตถุประสงค์: สิ่งแปลกปลอมจากอะมัลกัมในภาพเอกซเรย์ซีที ทำให้ตัวเลขซีที และการคำนวณแผนการฉายรังสีแบบปรับความเข้มเชิงปริมาตรของโรคมะเร็งศีรษะและลำคอไม่ถูกต้อง จึงทำการศึกษาเพื่อประเมินผลการแก้ไขโดยใช้อัลกอริทึม iterative Metal Artifact Reduction (iMAR) และขยายสเกลซีที ในเครื่องซีทีจำลองการรักษา ร่วมกับการขยายเส้นโค้งสอบเทียบซีทีในระบบวางแผนการรักษา

วิธีการศึกษา: สร้างและขยายเส้นโค้งสอบเทียบซีทีในระบบวางแผนการรักษา จากนั้น ประเมินผลการใช้ iMAR และการขยายสเกลซีที เพื่อแก้ไขตัวเลขซีที แล้วประเมินผลการใช้ iMAR และการขยายสเกลซีที ร่วมกับการขยายเส้นโค้งสอบเทียบซีที ต่อความถูกต้องของแผนการฉายรังสีแบบปรับความเข้มเชิงปริมาตร โดยศึกษาย้อนหลังแผนการฉายรังสีแบบปรับความเข้มเชิงปริมาตรของโรคมะเร็งศีรษะและลำคอ ที่มีสิ่งแปลกปลอมในภาพ ของโรงพยาบาลมหาราชนครราชสีมา ระหว่างเดือนตุลาคม 2564 ถึงมีนาคม 2565 กลุ่มตัวอย่าง 11 ราย แล้วคัดลอกตำแหน่งอะมัลกัม เป้าหมาย และวิธีคำนวณของแต่ละราย มาศึกษาในหุ่นจำลองระหว่างเดือนมิถุนายน ถึงกันยายน 2565

ผลการศึกษา: ในบริเวณสิ่งแปลกปลอม iMAR แก้ไขตัวเลขซีทีของเนื้อเยื่อเท่านั้น ในขณะที่ การขยายสเกลซีทีแก้ไขตัวเลขซีทีของโลหะเท่านั้น แผนการฉายรังสีแบบปรับความเข้มเชิงปริมาตรที่ศึกษาในหุ่นจำลอง ผ่านเกณฑ์ประเมินของระบบพอร์ทัล โดซิมิทรี (ร้อยละ 3, 3 มม.) ทั้งหมด ผลการวัดด้วยเทอร์โมลูมิเนสเซนต์ โดซิมิเตอร์ (ทีแอลดี)  ไม่แตกต่างจากระบบวางแผนการรักษาอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (p = 0.129)

สรุป: iMAR แก้ไขตัวเลขซีทีของเนื้อเยื่อในบริเวณสิ่งแปลกปลอม ในขณะที่ การขยายสเกลซีทีแก้ไขตัวเลขซีทีของโลหะ จึงควรใช้ทั้ง iMAR และการขยายสเกลซีทีในเครื่องซีทีจำลองการรักษา ร่วมกับการขยายเส้นโค้งสอบเทียบซีทีในระบบวางแผนการรักษา เพื่อให้การคำนวณแผนการฉายรังสีแบบปรับความเข้มเชิงปริมาตรของโรคมะเร็งศีรษะและลำคอ ที่มีสิ่งแปลกปลอมจากโลหะถูกต้องยิ่งขึ้น

คำสำคัญ: สิ่งแปลกปลอม, การขยายสเกลซีที, อัลกอริทึม iMAR

Background and Objective: Artifacts caused by amalgam in CT (Computed Tomography) images induce incorrect CT number reconstructions and inaccurate dosimetric calculations of volumetric modulated arc therapy (VMAT) plans for head and neck (H&N) cancers. This study aimed to evaluate the potential of artifact correction using iterative metal artifact reduction (iMAR) algorithm and extended CT scale in CT simulator and extended CT calibration curve in treatment planning system (TPS).

Methods: Created and extended the CT calibration curve in TPS then evaluated the efficiency of iMAR and extended CT scale for CT number corrections and evaluated the efficiency of iMAR and extended CT scale combined with extended CT calibration curve for dosimetric acuracy of VMAT calculations, respectively. The VMAT plans for H&N cancers which contained artifacts and treated in Maharat Nakhon Ratchasima Hospital during October 2021 to March 2022 (n = 11) were studied retrospectively. The locations of amalgam, targets and calculation methods of each patient were duplicated to phantom and studied in June to September 2022.

Results: The errors of CT number representations of tissue in artifacts were improved only by iMAR applications whereas of metallic materials were improved only by extended CT scale applications. All of calculated VMAT plans in phantom passed criteria of Portal Dosimetry system (3%, 3 mm). There was no significant dosimetric difference between thermoluminescent dosimeter (TLD) measurements and TPS calculations (p = 0.129).   

Conclusion: The CT number discrepancies in artifacts are corrected by iMAR whereas of metallic materials are corrected by extended CT scale. Therefore the images which contained metal artifacts should be corrected by both iMAR and extended CT scale applications in CT simulator also with extension of CT calibration curve in TPS to improve the dosimetric accuracy of VMAT plans for H&N cancers.

Key words: artifact, extended CT scale, iMAR algorithm