洛约拉大学斯特里奇医学院、北伊利诺伊大学和Loma Linda大学的研究人员使用质子CT和X射线CT对复杂样本进行成像，质子CT成像使用ProtonVDA pRAD(一种临床质子成像系统原型)。他们将直接测量的质子RSP值与从X射线CT图像确定的值进行比较，研究结果发表于杂志Medical Physics。
关键比较
基于质子CT的RSP测量的准确性
为了验证基于质子CT的RSP测量的准确性，研究人员首先对包含八个不同组织等效插入物的圆柱体模进行了成像。将测得的RSP与已知值进行比较，发现除鼻窦插入物(其RSP极低，绝对差异仅为–0.008)外，所有材料的精度为1%或更高。
质子CT RSP与使用HU转换为RSP的差异
研究人员使用ProtonVDA pRAD和临床垂直X射线CT扫描仪对猪头、猪胸带、猪肋骨样本进行了成像。他们还使用水平CT在高剂量和低剂量设置下对头部进行扫描。确定直接测量的RSP与使用HU到RSP转换的X射线CT扫描值之间的差异。
图. 美国芝加哥质子治疗中心的ProtonVDA pRAD系统。
在胸带和肋骨样本中，研究人员发现所有软组织(包括肌肉和脂肪)的RSP差异为0.6%或更小。然而，他们发现肋骨小梁有1.9%的差异，而致密骨差异更大，为6.9%。对于猪的头部，他们检查了12个区域，在鼓室泡中观察到最大的RSP差异(高达41%)，鼓室泡由空气、软组织和骨骼组成。他们还注意到头骨(高达4.3%)和脑干(高达4.4%)的差异。在其他八种组织中，RSP差异范围为–2.5%至+2.1%，平均值为–0.4%。
结果表明，虽然测量和计算出的软组织RSP值相似，但X射线CT可能在致密骨或空泡区的治疗计划中不太准确。
研究团队还指出，质子CT提供的成像剂量(猪的头部为0.2～0.7 mGy)远低于X射线CT(用于低剂量和高剂量扫描的剂量为3.9 mGy和39 mGy)。虽然单次扫描带来的小辐射剂量不太可能造成危害。但研究人员指出，质子CT所赋予的剂量减少10到100倍意味着可以定期重复此类扫描。
一致性检查
质子成像系统(如ProtonVDA pRAD)也可用于在每次治疗前进行质子成像。将此类图像与来自计划CT的数字重建射线影像(DRR)进行比较，可以对X射线CT衍生的RSP图进行一致性检查，并揭示由于患者解剖结构或对准变化而导致的差异。
为了证实这一应用，研究人员获得了猪头部的质子射线成像和高剂量X射线CT成像。研究人员通过从质子射线成像中减去计算出的DRR创建水等效厚度(WET)差异图。在大多数软组织区域，包括大脑和头颈部肌肉，获得的和模拟的质子射线成像的WET值在1～2毫米内一致。当WET高达200毫米，相当于小于1%。在鼻窦区和鼓室泡中发现了最显着的差异。
结论及未来展望
研究人员得出结论，质子CT具有提供低剂量治疗计划、减少靶区外扩、每日治疗前射程验证的潜力。研究团队计划进行一系列研发，包括自动化数据采集、旋转光学跟踪以及与立式治疗系统的集成。他们还打算进行更多定量的剂量比较，并使用治疗束流进行测试。
研究团队还将着手正常组织并发症概率(NTCP)的研究，目标是通过质子成像和质子CT量化射程不确定性降低的潜在临床益处。原则上，射程不确定性的降低减少了临床靶区的外扩，从而减少对一些正常组织不必要的高剂量。这将带来多少获益，是未来研究的方向。
