Hounsfield units variations

PurposeDetermination of dose error margins in radiation therapy planning due to variations in Hounsfield Units (HU) values dependent on the use of different CT scanning protocols.Patients and methodsBased on a series of different CT scanning protocols used in clinical practice, conversion tables for radiation dose calculations were generated and subsequently tested on a phantom. These tables were then used to recalculate the radiation therapy plans of 28 real patients after an incorrect scanning protocol had inadvertently been used for these patients.ResultsDifferent CT parameter settings resulted in errors of HU values of up to 2.6 % for densities of < 1.1 g/cm3, but up to 25.6 % for densities of > 1.1 g/cm3. The largest errors were associated with changes in the tube voltage. Tests on a virtual water phantom with layers of variable thickness and density revealed a sawtooth-shaped curve for the increase of dose differences from 0.3 to 0.6 % and 1.5 % at layer thicknesses of 1, 3, and 7 cm, respectively. Use of a beam hardening filter resulted in a reference dose difference of 0.6 % in response to a density change of 5 %. The recalculation of data from 28 patients who received radiation therapy to the head revealed an overdose of 1.3 ± 0.4 % to the bone and 0.7 ± 0.1 % to brain tissue. On average, therefore, one monitor unit (range 0–3 MU) per 100 MU more than the correct dose had been given.ConclusionUse of different CT scanning protocols leads to variations of up to 20 % in the HU values. This can result in a mean systematic dose error of 1.5 %. Specific conversion tables and automatic CT scanning protocol recognition could reduce dose errors of these types.ZusammenfassungHintergrundBestimmung von Dosisunsicherheiten in der Bestrahlungsplanung durch Schwankungen der Hounsfield-Einheiten (HU) bei Verwendung unterschiedlicher CT-Protokolle.Patienten und MethodenAnhand unterschiedlicher klinisch verwendeter CT-Scan-Protokolle wurden Konversionstabellen zur Dosisberechnung erstellt und im Phantom getestet. Unter Zuhilfenahme dieser Tabellen wurden 28 reale Bestrahlungspläne nachgerechnet, nachdem bei diesen Patienten irrtümlich ein ungeeignetes Scan-Protokoll verwendet worden war.ErgebnisseUnterschiedliche CT-Einstellungsparameter zeigten für Dichten < 1,1 g/cm3 HU-Schwankungen bis zu 2,6 %, bei Dichten > 1,1 g/cm3 jedoch Abweichungen bis zu 25,6 %. Die größten Schwankungen traten bei Änderung der Röhrenspannung auf. Untersuchungen am virtuellen Wasserphantom mit Schichten unterschiedlicher Dicke und Dichte zeigten einen sägezahnartigen Anstieg der Dosisänderungen von 0,3%, 0,6% und 1,5 % bei Schichtstärken von 1, 3 und 7 cm. Bei Verwendung eines „Beam-hardening“-Filters resultierte bei einer Dichteänderung von 5 % eine Referenzdosisänderung von 0,6 %. Die Rekalkulation von 28 Patienten mit Bestrahlungen im Schädelbereich zeigte bei Verwendung der korrekten Konversionstabelle eine Überdosierung im Knochenbereich von 1,3 ± 0,4 % und im Bereich der Gehirnmasse von 0,7 ± 0,1 %. Im Mittel wurde somit zusätzlich eine Monitoreinheit (Spanne 0–3 MU) pro 100 MU verabreicht.SchlussfolgerungDie Verwendung verschiedener CT-Scan-Protokolle führt zu HU-Abweichungen von bis zu 20 %. Dies kann einen mittleren systematischen Dosisfehler von 1,5 % verursachen. Spezifische Konversionstabellen und automatische CT-Protokollerkennung könnten Dosisungenauigkeiten dieser Art reduzieren.