CN103340643A - 应用多功能标准体模对ct关键技术指标进行检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种应用多功能标准体模应对CT关键技术指标进行检测的方法。本发明针对CT质量控制检测规范要求，选定相应的标准体模，拟定出具体的检测步骤和规范。采用Barracuda X射线分析仪；CT标准剂量体模以及美国模体实验室的Catphan500性能体模对CT关键参数进行质量控制检测，并收集数据，分析CT性能状况，为保证临床科室CT图像诊断的正确率提供保障。同时对数据分析总结后对现有CT质量控制检测规范进行可行性修正。通过建立一套全新的CT成像质量控制检测方法，完善现有CT质量控制的检测。将其推广到医院及其他卫生单位，为CT图像性能保障提供可靠的数据支持。

Description

应用多功能标准体模对CT关键技术指标进行检测的方法

技术领域

 本发明涉及一种应用多功能标准体模应对CT关键技术指标进行检测的方法。

背景技术

1.国际方面：1977年，AAPM发表了第1号报告:《用于CT机性能评价的体模及CT机质量保证》;1993年，AAPM发表了第39号报告《计算机断层扫描设备验收测试过程详述》;1982年，WHO公布《诊断放射学中的质量保证》;1989年，德国国家标准《放射线诊断工作中图像质量的保证X射线计算机断层摄影装置稳定性检测》（ DIN6868-6）正式生效。 1990年，德国国家标准《放射线诊断工作中图像质量的保证X射线计算机断层摄影装置验收和检测》（DIN6868-53）正式生效; 1989年，日本制定了《关于X射线CT装置性能评价的标准（草案）》，同时公布了日本工业标准《X射线CT扫描装置用体模》;1994年，国际电工委员会（IEC）公布了《关于X射线计算机断层成像设备的稳定性测试》（IEC1223-2-6）,这是对CT机稳定性较为科学、权威的新规定，是国际通用标准.

2．国内状况：八十年代中期，国内一些专家和学术组织积极宣传和推动大型医疗设备质量保证（QA）工作;九十年代以来，国内一些单位，陆续开展了CT质量保证检测的研究;1993年，长春第二计量监督局首先提出了CT机状态检测及分等级划分办法，制定了 规范;1995年，卫生部和国家医药管理局分别发布了卫生部第43号部长令;1997年，“全军大型医用设备应用质量检测研究中心”在广州正式成立。2006年，总后卫生部确立解放军总医院，北京军区总医院，南京军区南京总医院，成都军区昆明总医院四家医院为全军首批卫生装备质量控制试点单位，其中CT的质量控制正式成为18类高风险设备强制检测的范围之一。 

目前，医用X线CT是医院广泛使用的重要诊断设备。然而在整个CT的使用过程中，CT的一些重要性能指标如床运动精度、扫描层厚、空间分辨率、密度分辨率、射线均匀性、CT值等参数会发生变化。必须有一种有效便捷的手段来保证CT的图像质量和关键技术指标处于良好状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用多功能标准体模应对CT关键技术指标进行检测的方法，通过该CT成像质量控制检测方法，以完善现有CT质量控制检测。

本发明通过建立一套全新的CT成像质量控制检测方法，以完善现有CT质量控制的检测，针对CT质量控制检测规范要求，选定相应的标准体模，拟定出具体的检测步骤和规范。采用Barracuda  X射线分析仪；CT标准剂量体模以及美国模体实验室的Catphan500性能体模对CT关键参数进行质量控制检测，并收集数据，分析CT性能状况，为保证临床科室CT图像诊断的正确率提供保障。同时对数据分析总结后对现有CT质量控制检测规范进行可行性修正。

CT关键技术指标进行检测方法：

1．CT管电压的精度和重复性的测量

1）采用Barracuda X线检测仪，将管电压设置为60kV，再按照低、中、高的顺序分别设置三个mA值，该mA值应该是用此管电压正常检查时的典型值，对应每一个mA值，用该管电压进行5次曝光，得到三组数据，记录于表中；

2）再将管电压分别设置为80 kV、90 kV、100 kV、120 kV，重复步骤（1）中的操作，记录所得的数据；

3）计算出每一个kV值对应于每一个mA值的误差精度，取所得的误差精度的最大值作为该设备的管电压误差精度；

2.CT剂量指数CTDI的测量

使用工具：RADCAL剂量头模、体模；笔型电离室：RADCAL 2026-3CT，辐射剂量仪：RADCAL 2026C；

测量方法：

1）头模摆位；

2）将笔型电离室放入头模中心孔，保证电离室敏感中心置于断层中心；

3）选择标准头部扫描条件，步进为零，行单层扫描，记录读数，并重复三次；

4）改变不同的测量点，重复测量；

3. CT性能参数的测量

CT性能参数的测量采用美国实验室的Catphan^TM500型体模，包括四个检测模块：

CTP401：定位光精度、层厚、诊视床运动精度、CT值线性与对比度标度； 

CTP528：高对比度分辨力； 

CTP515：低对比度分辨力； 

CTP486：场均匀性和噪声；

分两个步骤--扫描获取图像和图像分析：

步骤一：扫描获取图像

1、定位光精度测量 

（1）摆位：将机架角度设置为零，将性能体模置于诊视床前端，利用水平仪调整体模水平，将体模送入机架扫描孔中心，利用定位灯和体模上各层的刻度，将诊视床定位于体模第一层的刻度处，并将床位清零；

（2）标准的扫描头部条件，层厚为10mm或 5mm，步进为零，既扫描条件同剂量测量，若不对称（正常一般是顺进逆退），再继续扫描并记录各次扫描的床位，直到对称，此时的进床或退床的大小即为定位光精度；

2、诊视床的运动精度测量：保持床位不变，改用层厚5mm对体模作单层扫描，记录此时图象号，进床5mm，其它条件不变再扫一层，记录图象号；退床5mm，其它条件不变再扫一层，记录图象号；

3、空间分辨率测量

（1）将体模前进到空间分辨率模块的中心（正常为32.5mm）；

（2）选择不同层厚序列，用标准算法对体模进行扫描，分别记录图象号；

（3）选择不同层厚序列，用SHARP算法对体模进行扫描，分别记录图象号；

4、密度分辨率测量：进床到密度分辨力模块中心（正常为40mm），选择标准头部扫描条件（层厚为10mm、标准算法），步进为零，对体模扫描三次，分别记录图象号；

5、图像均匀性测量：进床到场均匀性测试模块（正常为45mm），选择头部常规扫描条件对体模行单层扫描，记录图象号；

6、噪声测量：1）选择不同层厚序列，对体模进行扫描，分别记录图象号；2）层厚为10mm，选择不同mAs对体模进行扫描，分别记录图象号；

步骤二：图像分析方法

1、定位光精度测量：定位扫描完毕时，第一次扫描和最后一次扫描两床位的距离即是定位光精度；

2、层厚测量：调用诊视床定位图象，按下列步骤测量四条斜线像长度：

（1）用ROI测量斜线像邻域的CT值L1；

（2）窗宽调到最窄，逐渐调高窗位，找出四条斜线完全湮没时的窗位L2；

（3）求出测量窗位L=（L1+L2）/2；

（4）窗宽调到最窄，调整窗位到L，用测距功能测量四线的长度；

（5）平均后乘于0.42可得到实际层厚； 

3、诊视床运动精度测量：调用诊视床运动精度扫描的三幅图象，测量三幅图象中四线段的相对位移：

（1）用ROI测量斜线像邻域的CT值L1；

（2）窗宽调到最窄，逐渐调高窗位，找出四条斜线完全湮没时的窗位L2；

（3）求出测量窗位L=（L1+L2）/2；

（4）将三幅图象的窗宽调到最窄，窗位调到L，用坐标功能测量后两幅图象相对于第一幅图象的相对位移，再乘于放大系数0.42，即为步进精度和归位精度；

4、密度分辨力测量

（1）调用密度分辨力扫描图象，调整合适W（窗宽）和L（窗位），用ROI测量直径最大的低信号目标的CT值和SD（标准方差），再测量其邻域的CT值和SD；

（2）设置测量窗宽=CT_目标-CT_背景+5SD_MAX；

（3）设置窗位=（ CT_目标+CT_背景）/2；

（4）观察图象确定其最小分辨的目标，即为密度分辨力；

（5）分别测量三幅图象，取平均值；

5．空间分辨力：调用空间分辨力扫描图象，调整合适的W和L，目测能分辨最高一级的线对，正常是将窗宽调整到最小，提高窗位，直到能分辨最高线对； 

6．场均匀性：调用场均匀性扫描图象，测量体模图象中各个方向上的CT值：（1）用直径约为2cm的ROI（感兴趣区）圆域，分别测量图象中心与上、下、左、右五个位置的CT值，要求所取位置离体模图象边界有一定的距离；（2）求出各个方向上的CT值对中心CT值的最大偏差即为该设备在此扫描条件下的均匀性；

7．噪声：1）调用噪声图象，用直径约为2cm的ROI圆域，分别测量图象中心的标准偏差SD；2）则噪声=SD*0.1%。

以上7个性能指标已经涵盖了CT的重要质量指标，比国家计量标准对CT硬件质量指标的内容更丰富，操作更具体。用以上方法可以为医院提供更为科学，可靠地CT质量验收和质量控制标准。

本发明的CT质量控制测量方法通过完成标准模体的选型，制定完善CT质量控制检测规范。利用标准模体对目前医院在用CT进行质量控制检测，收集数据，分析CT性能状况，为临床科室CT图像诊断的正确率提供保障。同时对数据分析总结后对现有CT质量控制检测规范进行可行性修正，将其推广到医院及其他卫生单位，为CT图像性能保障提供可靠的数据支持。

附图说明

    图1是本发明的定位光精度测量示意图。

图2 （a）是扫描层厚测量示意图；（b）扫描层厚测量示意图。

图3（a）是床定位精度测量示意图（移动前）；（b）床定位精度测量示意图（移动后）。

图4是密度分辨率测量示意图。

图5是空间分辨率测量示意图。

图6是图像均匀性测量示意图。

图7是图像噪声测量示意图。

图8是Catphan^TM500型体模结构示意图。

具体实施方式

检测工具：

1、多功能X线分析仪：采用Barracuda  X射线分析仪。其主要工作原理是利用X射线照射多功能探头（MPD）中的电离室，使其中的物质电离，再测量电离电流并加以运算，得到相应的检测数据^[3]。Barracuda包含的主要部件有：一个或多个组件的主机，用于测量管电压，曝光时间，剂量和剂量率的多功能探头（MPD），QABrowser的掌上电脑和/或装有oRTIgo2002软件的计算机，其他测量探头，Barracuda可以测量的参数有kV，曝光时间，剂量，剂量率，剂量/脉冲，mA，mAs，波形等。Barracuda可以一次曝光将上述检测指标同时测量并显示出来。

2、CT标准剂量体模：一个16cm直径的有机玻璃圆柱体，其X线吸收系数接近人体的X线吸收系数。在长轴方向的中心与四周距边缘1cm处90度等分分别钻孔，测量时插入长杆电离室。

CT剂量指数（CTDI）和稳定性：CTDI定义为沿垂直于断层平面直线从-7T到+7T对剂量曲线积分，除以标称层厚与单次扫描产生断层数N的乘积，其表达式如下：

式中：T-标称层厚，N-单次扫描产生的断层数，d（z）-单次扫描沿着与扫描孔轴线平行的某一直线上一点的吸收剂量。

中心的CTDI计算：CTDI_{（100，c）}=CTDI_{（100，A）}

周边的CTDI计算：CTDI_{（100，p）}=[CTDI_{（100，B）}+CTDI_{（100，C）}+CTDI_{（100，D）}+CTDI_{（100，E）}]/4

权重CTDI计算：CTDI_{（100，w）}=1/3×CTDI_{（100，c）}+2/3×CTDI_{（100，p）}

3、CT标准性能体模：CT标准性能体模采用美国模体实验室的Catphan500体模，包括四个检测模块：CTP401：定位光精度、层厚、诊视床运动精度、CT值线性与对比度标度；CTP528：高对比度分辨力；CTP515：低对比度分辨力；CTP486：场均匀性和噪声。

CT剂量参数检测方法与步骤：

1．CT管电压的精度和重复性的测量

1）采用Barracuda X线检测仪，将管电压设置为60kV，再按照低、中、高的顺序分别设置三个mA值，该mA值应该是用此管电压正常检查时的典型值，对应每一个mA值，用该管电压进行5次曝光，得到三组数据，记录于表中；

2）再将管电压分别设置为80 kV、90 kV、100 kV、120 kV，重复步骤（1）中的操作，记录所得的数据；

3）计算出每一个kV值对应于每一个mA值的误差精度，取所得的误差精度的最大值作为该设备的管电压误差精度；

2.CT剂量指数CTDI的测量

使用工具：RADCAL剂量头模、体模；笔型电离室：RADCAL 2026-3CT，辐射剂量仪：RADCAL 2026C；

测量方法：

1）头模摆位；

2）将笔型电离室放入头模中心孔，保证电离室敏感中心置于断层中心；

3）选择标准头部扫描条件，步进为零，行单层扫描，记录读数，并重复三次；

4）改变不同的测量点，重复测量；

3. CT性能参数的测量

CT性能参数的测量采用美国实验室的Catphan^TM500型体模，其结构见图8所示，包括四个检测模块：

CTP401：定位光精度、层厚、诊视床运动精度、 CT值线性与对比度标度 

CTP528：高对比度分辨力 

CTP515：低对比度分辨力 

CTP486：场均匀性和噪声

分两个步骤--扫描获取图像和图像分析：

步骤一：扫描获取图像

1、定位光精度测量 

（1）摆位：将机架角度设置为零，将性能体模置于诊视床前端，利用水平仪调整体模水平，将体模送入机架扫描孔中心，利用定位灯和体模上各层的刻度，将诊视床定位于体模第一层的刻度处，并将床位清零；

（2）标准的扫描头部条件，层厚为10mm或 5mm，步进为零，既扫描条件同剂量测量，若不对称（正常一般是顺进逆退），再继续扫描并记录各次扫描的床位，直到对称，此时的进床或退床的大小即为定位光精度，扫描图像如图1所示；

2、诊视床的运动精度测量：保持床位不变，改用层厚5mm对体模作单层扫描，记录此时图象号，进床5mm，其它条件不变再扫一层，记录图象号；退床5mm，其它条件不变再扫一层，记录图象号；

3、空间分辨率测量

（1）将体模前进到空间分辨率模块的中心（正常为32.5mm）；

（2）选择不同层厚序列，用标准算法对体模进行扫描，分别记录图象号；

（3）选择不同层厚序列，用SHARP算法对体模进行扫描，分别记录图象号；

4、密度分辨率测量：进床到密度分辨力模块中心（正常为40mm），选择标准头部扫描条件（层厚为10mm、标准算法），步进为零，对体模扫描三次，分别记录图象号；

5、图像均匀性测量：进床到场均匀性测试模块（正常为45mm），选择头部常规扫描条件对体模行单层扫描，记录图象号；

6、噪声测量：1）选择不同层厚序列，对体模进行扫描，分别记录图象号；2）层厚为10mm，选择不同mAs对体模进行扫描，分别记录图象号；

步骤二：图像分析方法

1、定位光精度测量：定位扫描完毕时，第一次扫描和最后一次扫描两床位的距离即是定位光精度；

2、层厚测量：调用诊视床定位图象，按下列步骤测量四条斜线像长度：

（1）用ROI测量斜线像邻域的CT值L1；

（2）窗宽调到最窄，逐渐调高窗位，找出四条斜线完全湮没时的窗位L2；

（3）求出测量窗位L=（L1+L2）/2；

（4）窗宽调到最窄，调整窗位到L，用测距功能测量四线的长度；

（5）平均后乘于0.42可得到实际层厚；如图2所示。

3、诊视床运动精度测量：调用诊视床运动精度扫描的三幅图象，测量三幅图象中四线段的相对位移：

（1）用ROI测量斜线像邻域的CT值L1；

（2）窗宽调到最窄，逐渐调高窗位，找出四条斜线完全湮没时的窗位L2；

（3）求出测量窗位L=（L1+L2）/2；

（4）将三幅图象的窗宽调到最窄，窗位调到L，用坐标功能测量后两幅图象相对于第一幅图象的相对位移，再乘于放大系数0.42，即为步进精度和归位精度。如图3（a）、（b）所示；

4、密度分辨力测量

（1）调用密度分辨力扫描图象，调整合适W和L，用ROI测量直径最大的低信号目标的CT值和SD，再测量其邻域的CT值和SD；

（2）设置测量窗宽=CT_目标-CT_背景+5SD_MAX；

（3）设置窗位=（ CT_目标+CT_背景）/2；

（4）观察图象确定其最小分辨的目标，即为密度分辨力；

（5）分别测量三幅图象，取平均值，如图4所示；

5．空间分辨力：调用空间分辨力扫描图象，调整合适的W和L，目测能分辨最高一级的线对，正常是将窗宽调整到最小，提高窗位，直到能分辨最高线对，如图5所示； 

6．场均匀性：调用场均匀性扫描图象，测量体模图象中各个方向上的CT值：（1）用直径约为2cm的ROI圆域，分别测量图象中心与上、下、左、右五个位置的CT值，要求所取位置离体模图象边界有一定的距离；（2）求出各个方向上的CT值对中心CT值的最大偏差即为该设备在此扫描条件下的均匀性，如图6所示；

7．噪声：1）调用噪声图象，用直径约为2cm的ROI圆域，分别测量图象中心的标准偏差SD；2）则噪声=SD*0.1%，如图7所示。

以上7个性能指标已经涵盖了CT的重要质量指标，用以上方法可以为医院提供更为科学，可靠地CT质量验收和质量控制标准。

本发明采用美国模体实验室的Catphan^TM500型体模，包括四个检测模块：

1.CTP401：直径15cm，厚2.5cm，内嵌两组23°金属斜线（X方向、Y方向）内嵌四个密度不同的小圆柱体，用于测量定位光精度、层厚、CT值线性、诊视床运动精度等4项参数；

2.CTP528：直径15cm，厚4cm，21组高密度线对结构（放射状分布），用于测量空间分辨力，x轴、y轴和z轴的点扩展函数（PSF）和调制传输函数（MTF），测试到每厘米21线对）； 

3.CTP515：直径15cm，厚4cm，内外两组低密度孔径结构（放射状分布），内层孔阵：对比度0.3%、0.5%、1.0%；直径3、5、7、9mm，外层孔阵：对比度0.3%、0.5%、1.0%；直径2、3、4、5、6、7、8、9、15mm，用于测量密度分辨力低对比度分辨力；

4. CTP486：直径15cm，厚5cm，固体均匀材料，“固体水”，用于测量场均匀性、噪声等参数。

所采用Barracuda X线分析仪是一台功能强大的X射线分析仪器，它可以为医用诊断X射线装置的质量保证、高级维修提供便捷准确的测量手段。多功能探头（MPD）可用于拍片机，乳腺机，透视机，脉冲透视，点片，牙科机，全景牙科机和CT（不包括CT剂量）。Barracuda可以测量的参数有kV，曝光时间，剂量，剂量率，剂量/脉冲，mA，mAs，波形等。Barracuda可以一次曝光将上述检测指标同时测量并显示出来。

Claims (1)

1.一种应用多功能标准体模应对CT关键技术指标进行检测的方法，其特征在于按以下进行：

1）CT管电压的精度和重复性的测量

（1）采用Barracuda X线检测仪，将管电压设置为60kV，再按照低、中、高的顺序分别设置三个mA值，该mA值是用此管电压正常检查时的典型值，对应每一个mA值，用该管电压进行5次曝光，得到三组数据，记录于表中；

（2）再将管电压分别设置为80 kV、90 kV、100 kV、120 kV，重复步骤（1）中的操作，记录所得的数据；

（3）计算出每一个kV值对应于每一个mA值的误差精度，取所得的误差精度的最大值作为该设备的管电压误差精度；

2）CT剂量指数CTDI的测量

使用工具：RADCAL剂量头模、体模、笔型电离室：RADCAL 2026-3CT、辐射剂量仪：RADCAL 2026C；

测量方法：

（1）头模摆位；

（2）将笔型电离室放入头模中心孔，保证电离室敏感中心置于断层中心；

（3）选择标准头部扫描条件，步进为零，行单层扫描，记录读数，并重复三次；

（4）改变不同的测量点，重复测量；

3）CT性能参数的测量

CT性能参数的测量采用美国实验室的Catphan^TM500型体模，包括四个检测模块：

CTP401：定位光精度、层厚、诊视床运动精度、CT值线性与对比度标度； 

CTP528：高对比度分辨力； 

CTP515：低对比度分辨力； 

CTP486：场均匀性和噪声；

分两个步骤--扫描获取图像和图像分析：

步骤一：扫描获取图像

1）定位光精度测量 

（1）摆位：将机架角度设置为零，将性能体模置于诊视床前端，利用水平仪调整体模水平，将体模送入机架扫描孔中心，利用定位灯和体模上各层的刻度，将诊视床定位于体模第一层的刻度处，并将床位清零；

（2）标准的扫描头部条件，层厚为10mm或 5mm，步进为零，既扫描条件同剂量测量，若不对称，再继续扫描并记录各次扫描的床位，直到对称，此时的进床或退床的大小即为定位光精度；

2）诊视床的运动精度测量：保持床位不变，改用层厚5mm对体模作单层扫描，记录此时图象号，进床5mm，其它条件不变再扫一层，记录图象号；退床5mm，其它条件不变再扫一层，记录图象号；

3）空间分辨率测量

（1）将体模前进到空间分辨率模块的中心；

（2）选择不同层厚序列，用标准算法对体模进行扫描，分别记录图象号；

（3）选择不同层厚序列，用SHARP算法对体模进行扫描，分别记录图象号；

4）密度分辨率测量：进床到密度分辨力模块中心，选择标准头部扫描条件，层厚为10mm、标准算法，步进为零，对体模扫描三次，分别记录图象号；

5）图像均匀性测量：进床到场均匀性测试模块，选择头部常规扫描条件对体模行单层扫描，记录图象号；

6）噪声测量：1）选择不同层厚序列，对体模进行扫描，分别记录图象号；2）层厚为10mm，选择不同mAs对体模进行扫描，分别记录图象号；

步骤二：图像分析方法

1）定位光精度测量：定位扫描完毕时，第一次扫描和最后一次扫描两床位的距离即是定位光精度；

2）层厚测量：调用诊视床定位图象，按下列步骤测量四条斜线像长度：

（1）用ROI测量斜线像邻域的CT值L1；

（2）窗宽调到最窄，逐渐调高窗位，找出四条斜线完全湮没时的窗位L2；

（3）求出测量窗位L=（L1+L2）/2；

（4）窗宽调到最窄，调整窗位到L，用测距功能测量四线的长度；

（5）平均后乘于0.42可得到实际层厚； 

3）诊视床运动精度测量：调用诊视床运动精度扫描的三幅图象，测量三幅图象中四线段的相对位移：

（1）用ROI测量斜线像邻域的CT值L1；

（2）窗宽调到最窄，逐渐调高窗位，找出四条斜线完全湮没时的窗位L2；

（3）求出测量窗位L=（L1+L2）/2；

（4）将三幅图象的窗宽调到最窄，窗位调到L，用坐标功能测量后两幅图象相对于第一幅图象的相对位移，再乘于放大系数0.42，即为步进精度和归位精度；

4）密度分辨力测量

（1）调用密度分辨力扫描图象，调整合适窗宽W和窗位L，用ROI测量直径最大的低信号目标的CT值和标准方差SD，再测量其邻域的CT值和SD；

（2）设置测量窗宽=CT_目标-CT_背景+5SD_MAX；

（3）设置窗位=（ CT_目标+CT_背景）/2；

（4）观察图象确定其最小分辨的目标，即为密度分辨力；

（5）分别测量三幅图象，取平均值；

5）空间分辨力：调用空间分辨力扫描图象，调整合适的窗宽W和窗位L，目测能分辨最高一级的线对，正常是将窗宽调整到最小，提高窗位，直到能分辨最高线对； 

6）场均匀性：调用场均匀性扫描图象，测量体模图象中各个方向上的CT值：

（1）用直径约为2cm的ROI感兴趣区圆域，分别测量图象中心与上、下、左、右五个位置的CT值，要求所取位置离体模图象边界有一定的距离；

（2）求出各个方向上的CT值对中心CT值的最大偏差即为该设备在此扫描条件下的均匀性；

7）噪声：

1）调用噪声图象，用直径约为2cm的ROI圆域，分别测量图象中心的标准偏差SD；

2）则噪声=SD*0.1%。

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