CN108553117A - 一种能谱ct图像质量检测的体模 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于能谱CT图像质量检测的体模，设置有圆柱壳体、上下两层的试管安装座、各种浓度的碘溶液试管和封盖。原型体模整体为低密度的亚克力材料(有机玻璃)制成，两层的试管安装座的32个圆孔垂直匹配对应，安装座与圆柱壳体内壁固定。体模可以根据实验要求，在试管安装座上放置各种浓度的碘溶液试管以及外直径和长度均与试管一致的特氟龙圆柱体和金属材料，根据需求在实验进行中更换试管和调换试管的位置。能谱CT对体模进行扫描后，通过计算机能谱分析软件处理，可以识别出不同浓度的碘试剂试管，从而精确检验能谱CT的物质定量分析能力，评价能谱CT图像质量。该体模具有测试精度高，使用灵活方便的特点。
Description
技术领域
本发明属于大型医疗设备图像质量检测技术领域，适用于能谱CT图像质量检测。
背景技术
CT的能谱成像技术是利用物质在不同能量级的X线照射通过时的衰减系数进行投影重建，转变为相应的图像。常规CT扫描时，球管产生混合能量的x线，由于物质对不同能量级x线的吸收具有选择性，穿过物质后，高能量的x线通常多于低能量的x线，低能量的x线会被物质吸收得更多，因此具有混合能量的x线通过物体后就被硬化效应了，所以我们获得的图像“CT值”并不是准确的CT值，而是这种混合x线的平均CT值，这个“CT值”会影响临床的各种定量诊断。与传统CT相比，能谱CT成像的优势在于能够获得基物质密度值及其分布图像，还能获得不同keV水平下的单能量图像，可以显示人体组织和病变部位随X线能量水平(keV)的变化衰减系数，从而产生反映人体组织和不同病变部位的能谱曲线，同时根据所得的能谱曲线计算出该组织和病变部位的有效原子序数(Effective-Z)。随着能谱CT近年来已经开始普及使用，能够快速、客观、准确地评价能谱CT的图像性能质量的检测技术是亟需解决的关键性问题。
评价能谱CT的图像质量合格与否主要依靠检验其物质定量分析能力，根据这个条件，我们选择碘和水作为基物质，设计了一个可以精确评价能谱CT图像质量的原型体模，通过原型体模对目前临床上常用的能谱CT进行客观检测评价。
发明内容
本发明专利一种能谱CT图像质量检测的体模包括：圆柱壳体、上下两层的试管安装座、各种浓度的碘溶液试管和封盖。圆柱体壳体为亚克力材料(有机玻璃)制作的，高：195mm、外径：200mm、内径：194mm，内部分别放置上下两层32孔的试管安装座，试管安装座为圆形，亚克力材料制作，整体直径为194mm，下层试管安装座距离圆柱壳体底部80mm，上层试管安装座距离下层试管安装座60mm，两层的试管安装座的32个圆孔垂直对应匹配，安装座利用亚克力粘合剂和环氧树脂与圆柱壳体内壁固定。32个圆孔的孔径相同，均为20mm，可分别放置32个外径为20mm，长为160mm，容量为30ml的亚克力试管或圆柱体测试材料，试管里面分别封装了各种浓度的碘溶液。体模的设计原理利用能谱技术的定量分析能力，我们选择水和碘作为基物质组合，由于不同浓度的碘试剂可以包含了医学中常见的人体组织的CT值范围，能谱CT对原型体模进行扫描后，通过计算机后处理软件可以识别出不同浓度的碘试剂试管，从而精确评价能谱CT图像质量。通过能谱技术，我们可以直观地看到在不同能量条件下，各个不同浓度碘试管的CT值变化。另外，在设计能谱技术去金属伪影实验时，体模可以随时加入特氟龙圆柱体和骨钉。该原型体模的优势在于可以根据实验要求，随意更换试管和调换试管的测试位置，测试精度高，使用方便。
附图说明
图1体模整体
图2圆柱壳体
图3试管安装座
图4试管
图5封盖
部件列表(见图1)
①封盖
②上层试管安装座
③下层试管安装座
④圆柱壳体
⑤试管
具体实施方案
本发明专利一种能谱CT图像质量检测的体模(见图1所示)包括：封盖①、上层试管安装座②、下层试管安装座③、圆柱壳体④、碘溶液试管⑤。具体实施如下：
1.原型体模整体均为低密度的亚克力材料(有机玻璃)制成，可以避免CT扫描时出现伪影，影响图像质量。圆柱体壳体高：195mm、外径：200mm、内径：194mm(见图2)，内部分别放置两层的32孔圆形试管安装座(见图3)，直径为194mm，与圆柱体壳体内径相匹配。下层试管安装座距离圆柱壳体底部80mm，上层试管安装座距离下层试管安装座60mm，所有试管安装座上的圆孔直径均相同，为20mm，上下两层的试管安装座的32个圆孔垂直对应匹配，试管安装座的边缘与圆柱壳体内壁匹配，用亚克力粘合剂和环氧树脂固定。
2.试管的外径为20mm，长为160mm，容量为30ml(见图4)，为低密度的亚克力材料制成。根据各种检验能谱技术的实验要求，我们在实验室用浓度为320mgI/ml的非离子型X线造影剂碘帕醇为基准原材料，用量杯装盛一定量(＜20ml)的纯净电离水，用实验移液器等精准器材分别加入合适量碘帕醇320造影剂，并保持量杯的溶液总量为30ml，把配置好的碘溶液封装到实验试管里面。根据能谱检测需求，我们配制了0.5、0.8、1.0、2.0、5.0、10、12、20、30、50、100(mgI/ml)等多种浓度的碘溶液试管进行封装，另外配置一个纯净电离水(CT值接近标准值0)的试管放置于试管安装座的中间位置，作为参考标准值。另外，根据实验需要，体模可以加入外径同样为20mm，长160mm的特氟龙圆柱体测试材料模拟骨头(特氟龙和骨头的CT值相近)。
3.封装完成的碘试管根据能谱检测需要，按浓度大小顺序放置于试管安装座，试管外径与两层试管安装座圆孔内径相匹配。试管放置完毕后，用封盖(见图5)压紧试管，以免试管在扫描检测时松动。封盖中心位置留有一个直径为20mm的圆孔，需要更换或添加碘试管时，操作人员的手指可以插入该圆孔，方便打开封盖。
4.利用原型体模对西门子公司的最新双源CT(型号：SOMATOM Definition Force)和GE公司的宝石能谱CT(型号：Discovery CT750)两种临床最具有代表性的能谱CT进行定量分析实验。
能谱CT扫描方案和参数：
4.1采用西门子公司最新推出的双源CT(SOMATOM Definition Force)对体模进行能量扫描，其扫描条件如下：
(1)A球管管电压值为80kv，Eff.mAs为221；B球管的电压值为140kv，Eff.mAs为221；
(2)FOV＝250mm，层厚为5mm，层间距为5mm；
(3)扫描序列选用：A+B+M，球管旋转速度为0.5s/r。
4.2采用GE公司最新型号的宝石CT(Discovery 750HD)对原型体模继续进行定量分析实验，其扫描条件如下：
(1)单源瞬时kvp切换能谱CT进行扫描；
(2)FOV＝250mm，层厚为5mm，层间距为5mm，螺距为1.375∶1，球管旋转速度为0.5s/r，
(3)采用能谱采集扫描模式(管电压为80kvp/140kvp管电压瞬时切换)，
(4)毫安自动设置为400mA。
4.3实验图像利用各自的能量分析软件处理，在图像中，我们选定相同层面，选择相同大小的感兴趣区(regions of interest，ROI)，ROI＝20mm2，测量其CT值(每个试管测量5次，取平均值作为该试管的CT值)，对于同一试管，测量5次，取平均值作为该浓度碘溶液的CT值。
4.4我们对西门子force和GE 750这两款能谱CT在70kev单能量下的扫描数据对比，可见这两款能谱CT在这个临床最常用的单能量模式对于原型体模碘溶液试管的CT值检测结果非常接近，两组CT值数据均能精确地反映碘溶液物质密度的变化。根据《中华人民共和国计量检定规程》(JJG 1026-2007)《医用诊断螺旋计算机断层摄影装置(CT)X射线辐射源》关于CT值的要求，剂量指数(CTDI)不大于40mGy时，CT值应符合下列的要求：空气：(-1000±30)HU；水：(0±4)HU。本次实验，西门子force CT的剂量指数CTDI为25.32mGy，GE750 CT的剂量指数CTDI为38.42mGy，两款能谱CT在70kev能量下各浓度试管的CT值见下表。
GE750能谱CT和西门子force双源CT 70kev能量下各种碘溶液对应的CT值(HU)
| (mgI/ml) | 0 | 0.5 | 0.8 | 1 | 2 | 5 | 10 | 20 | 30 |
| GE750 | -1.72±3.9 | 8.3±2.5 | 12.4±2.2 | 24.3±2.5 | 46.44±2.6 | 118.02±3.2 | 223.81±2.9 | 456.1±4.0 | 720.3±4.5 |
| 西门子forces | -0.7±2.1 | 10.0±2.0 | 20.4±2.0 | 25.8±2.0 | 56.9±1.6 | 125.3±1.2 | 238.3±1.7 | 475.8±3.0 | 743.9±2.0 |
利用GE750 CT的GSI Viewer能量分析软件对实验图像进行处理，从计算物质的等效原子序数、分析水基和碘基含量、CT值随X射线能量变化的谱线图三个角度，GE750的GSI成像都能够准确区分不同碘含量的溶液。在能谱曲线上，我们可以清晰地得到300、190、90、46、17、9、7、5、0(100ug/cm3)的碘基含量数值和标称值30、20、10、5、2、1、0.8、0.5、0(mgI/ml)非常相近，从另一方面证明原型模体碘溶液试管的浓度配制得相当准确。在等效原子序数直方图的模块中，我们得到水的波峰值为7.8，接近水的等效原子序数的真实值7.4。由此可见，原型模体适合对CT的能谱技术成像进行图像质量检测。
Claims (6)
1.一种能谱CT图像质量检测的体模，其特征包括：封盖、上层试管安装座、下层试管安装座、圆柱壳体、各种浓度的碘溶液试管。所述的上、下层试管座装配于圆柱壳体内部；所述的各种浓度的碘溶液试管装配于上、下两层试管安装座上；所述的封盖装配于圆柱壳体内部，上层试管安装架的上面，用于压紧碘试管，以免松动。
2.根据权利要求1所述的能谱CT图像质量检测体模，其特征在于圆柱壳体内部分别放置上、下两层的32孔圆形试管安装座。下层试管安装座距离圆柱壳体底部80mm，上层试管安装座距离下层试管安装座60mm，所有试管安装座上的圆孔直径均为20mm，上、下两层的试管安装座的32个圆孔垂直对应匹配，试管安装座用亚克力粘合剂和环氧树脂与圆柱壳体内壁固定。
3.根据权利要求1所述的能谱CT图像质量检测体模，其特征在于封盖中心位置留有一个直径为20mm的圆孔，需要更换或添加碘试管时，操作人员的手指可以插入该圆孔，方便打开封盖。
4.根据权利要求2所述的能谱CT图像质量检测体模，其特征在于配备了各种浓度的碘溶液试管。所述的碘溶液试管分别有0、0.5、0.8、1.0、2.0、5.0、10、12、20、30、50、100(mgI/ml)等多种浓度。所述浓度为0(CT值接近0)的试管放置于试管安装座的中间位置，作为参考对照值。
5.根据权利要求2所述的能谱CT图像质量检测体模，其特征在于配备了外径和长度均与试管数据一致的特氟龙圆柱体和金属材料，可以在实验需要时安放于试管安装座上面。
6.根据权利要求3所述的能谱CT图像质量检测体模，其特征在于配备了多种浓度的碘试剂试管，可以根据实验要求，随意更换试管和调换试管的测试位置。
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