基于TotalSegmentator自动分割的放疗计划CT成像剂量与协议依从性质量保证研究

《Strahlentherapie und Onkologie》：Automated quality assurance of imaging dose and protocol adherence in computed tomography radiotherapy planning using TotalSegmentator-based segmentation

本研究针对放疗计划CT扫描中成像剂量管理和协议标准化的重要需求，开发了基于TotalSegmentator深度学习的自动化质量保证框架。研究人员通过回顾性分析10,107例CT剂量报告，系统评估了不同解剖部位协议的CTDIvol、DLP和有效剂量分布，并利用自动器官分割技术量化扫描长度与标准操作程序的偏差。结果显示头部协议CTDIvol最高(73±12mGy)，而脊柱和上腹部协议存在显著扫描边界偏差(分别达155±159mm和120±75mm)，证实通过优化管电流调制和规范扫描边界可实现剂量降低3-10倍，为放疗CT工作流程优化提供了重要依据。

　　

在精准放疗领域，计算机断层扫描（CT）如同治疗师的"眼睛"，为肿瘤靶区勾画和剂量计算提供至关重要的解剖学基础。然而这把"双刃剑"在照亮治疗路径的同时，其电离辐射带来的潜在风险也不容忽视。特别值得注意的是，与诊断CT受到严格剂量监管不同，放疗计划CT长期处于监管灰色地带，各机构协议差异显著，且缺乏统一的质控标准。更令人担忧的是，扫描过程中的微小偏差——如金属伪影、对比剂应用不当或扫描范围选择失准——都可能像多米诺骨牌一样影响后续整个治疗流程的精确性。

正是在这样的背景下，德国埃尔朗根-纽伦堡大学医院的研究团队在《Strahlentherapie und Onkologie》上发表了一项开创性研究，他们巧妙地将深度学习技术与临床质控需求相结合，开发了一套基于TotalSegmentator自动分割的放疗计划CT全面质控系统。这项研究不仅揭示了当前临床实践中存在的剂量差异和协议偏差，更为个性化、标准化的放疗CT扫描方案优化提供了数据驱动的决策支持。

研究人员主要采用了几个关键技术方法：利用DCM4CHE工具从图像归档和通信系统（PACS）中检索2021年4月至2024年12月期间的10,107份剂量报告；采用TotalSegmentator工具进行自动器官分割，评估标准操作程序（SOPs）依从性；建立椎体查询表（VB-LUT）估计扫描长度差异；并通过多种质控检查（对比剂应用、金属伪影减少、扫描长度匹配等）全面评估成像质量。

成像剂量指标分析

通过系统评估不同CT协议的辐射暴露水平，发现脑部协议的CTDI_vol最高（73±12 mGy），而头颈部协议因扫描长度较长（576±58 mm）导致DLP值最高（3212±757 mGy·cm）。4D肺部协议的有效剂量（23±9 mSv）显著高于标准肺部协议，反映了运动解析成像的更高剂量需求。2024年管电流调制（TCM）器官特性调整后，头颈部协议DLP降至856±121 mGy·cm，脊柱协议CTDI_vol降至8±3 mGy，证实了优化管电流调制设置对剂量管理的重要性。

解剖标志物检查

基于TotalSegmentator的自动分割分析显示，不同解剖区域的协议依从性存在显著差异。脑部、头颈部和胸部4D协议在颅侧边界（Δtop）偏差最小（9-17 mm），而脊柱协议表现出最大的边界变异（Δtop：-68±163 mm）。在尾侧边界（Δbot），上腹部（120±75 mm）和脊柱（155±159 mm）协议的过度扫描现象最为明显，揭示了临床实践中扫描范围确定的主观性和不一致性。

额外质控检查

质控检查发现金属伪影在头颈部（97%）和颅脑（93%）扫描中普遍存在，但迭代金属伪影减少（iMAR）技术的应用率差异较大（39% vs 93%）。18%的盆腔扫描和10%的肺部扫描存在拓扑图与容积扫描长度不匹配问题。膀胱充盈状态评估显示56%的盆腔扫描存在膀胱排空不当的情况，而3%的腹部扫描错误应用了胸部协议，凸显了协议执行过程中的培训和质量控制漏洞。

研究结论强调，放疗CT工作流程的优化既重要又可行。剂量和扫描长度分析表明，通过修订机构标准操作程序、优化X射线管调制和细化扫描边界，可显著改善成像质量并降低患者辐射暴露。尽管成像剂量仅占治疗剂量的约0.1%，但其优化对确保精准治疗计划具有重要意义。该研究建立的自动化质控框架为放疗中心实现持续质量改进提供了可行方案，特别是将深度学习分割技术整合到日常质控流程中，为个性化、标准化放疗CT扫描方案设立了新标准。未来工作可进一步探索患者特异性参数（如BMI、身高）对剂量优化的指导价值，并将该框架扩展至多中心验证，推动放疗CT质控的标准化进程。