CN110179484A - 用于自动管电流调制模式的ct性能检测模体及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于CT医学成像技术领域，具体为用于CT自动管电流调制模式的CT性能检测模体及其测试方法。本发明的CT性能检测模体，主体材料为聚甲基丙烯酸甲酯，其中包含有：CT值检测模块、高对比分辨力检测模块、低对比分辨力检测模块及场均匀性和噪声检测模块；可用于测量管电流调制模式下所有层面的均匀性和噪声。本发明解决了当前影像质量检测模体不适用于自动管电流调制模式扫描CT影像的问题，可自动分析自动管电流调制扫描序列所产生的影像质量评价参数（CT值线性、噪声、均匀性、高对比分辨力、低对比分辨力、纹理特征等），实现对CT新技术‑自动管电流调制技术的影像质量性能评估。
Description
技术领域
本发明属于CT医学成像技术领域，具体涉及一种用于CT自动管电流调制模式的CT性能检测模体及其测试方法。
背景技术
计算机断层扫描技术(Computed Tomography,CT)起源于20世纪60年代后期，并于1972年开始运用于临床。CT强大的诊断能力及其在医学成像上的创新突破，使之被认为是上个世纪临床图像发展的里程碑之一。当今X射线计算机断层扫描成像已成为医疗诊断最重要辅助手段之一，为了保证CT设备提供高质量的图像以满足临床诊断的需要，必须定期对CT设备进行检测。评价一台CT设备图像质量的性能标准主要有：高对比分辨力噪声、密度分辨力、CT值、线性和均匀性等，这些性能指标都需要利用CT性能(即图像质量)检测模体进行计量检测。
自初代CT扫描仪发展至今，更优质的图像质量就一直是CT的发展方向。新的CT技术不断涌现，如多层、电流调制、双能量等，带来了更好的空间分辨率以及更快的图像获取和重建算法。自动管电流调制(automatic tube current modulation,ATCM)技术，是已广泛应用于临床的降低受检者剂量的CT成像技术。ATCM是指CT系统依据受检者的体型大小、形状、密度自动在X、Y平面(同一断面内)或和沿着扫描方向(Z轴方向)按照一定数学算法以最优化的方式管理管电流，降低不必要的投影方向的X射线剂量，或者预先设定一定标准的图像质量，以最小的辐射剂量达到成像目的。目前国内外市场正在使用的CT图像质量检测模体难以用于评价自动毫安扫描时的图像质量的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于自动管电流调制模式的CT性能检测模体及其测试方法，以解决目前影像质量检测模体无法用于评价自动管电流调制模式扫描CT影像质量的问题。
本发明提供的用于自动管电流调制模式的CT性能检测模体，其主模体材料采用与人体三维方向等效衰减的聚甲基丙烯酸甲酯。
本发明中，所述聚甲基丙烯酸甲酯材料的密度范围在1.15-1.19g/cm3。
本发明所述的CT性能检测模体，其外观几何尺寸设计为对CT产生的X射线的衰减在X、Y、Z三个维度与人体等效。其长度至少为15cm，通常为15-25cm。
本发明中，人体等效衰减厚度数据表，见表1所示。
本发明所述的CT性能检测模体，其中包含有：CT值检测模块、高对比分辨力检测模块、低对比分辨力检测模块及场均匀性和噪声检测模块；其中，所述CT值检测模块和高对比分辨力检测模块均以所述聚甲基丙烯酸甲酯材料为本底；所述场均匀性和噪声检测模块是由所述聚甲基丙烯酸甲酯材料构成；其中：
所述CT值检测模块，其内容为三个以上(例如为3-6个，典型的为4个)小圆柱体测量材料，其长度与模体长度相同，贯穿于模体内，至少为15cm(通常为15-25cm)，直径为1.3-1.8cm(典型的为1.5cm)；这些材料圆心位置与模体的几何中心的距离相同，用于测量管电流调制模式下所有层面的不同材料CT值并将其与材料的标称CT值比较；
所述高对比分辨力检测模块，位于模体几何中心，为一根沿z轴方向布设的高质量密度金属丝(例如钨丝)，其直径为0.1-1.0mm，长度模体长度相同(至少为15cm)，用于测量管电流调制模式下所有层面的高对比分辨力，即检测当物体间衰减系数的差异与背景噪声相比足够大时(至少100HU)，在显示的CT图像中分辨不同物体的能力；
所述低对比分辨力检测模块，其包括至少1组低对比度材料(一般为1-4组，典型的为3组)，其长度与模体长度相同，用于测量管电流调制模式下所有层面CT图像中能识别对比的细节的最小尺寸；每组材料直径为1mm-10mm(1-10个)，典型的直径为2-5mm。这些材料与背景所成对比度在0.3％-2％(对比度的概念为材料的CT值减去背景材料的CT值的差除以1000)。一般地，1组的材料个数为3-5个，典型的为5个；
所述场均匀性和噪声检测模块，由均匀的甲基丙烯酸甲酯材料构成，其长度与模体长度相同，模块直径至少为模体图像直径的40％，用于评价整个扫描野内均匀物质影像的CT值的一致性和均匀物质影像中给定区域CT值对其平均值的变异。
本发明所述的CT性能检测模体，可以测量管电流调制模式下所有层面的均匀性和噪声。
本发明还涉及基于上述CT性能检测模体的测试方法，基本步骤为：
步骤1：将模体轴线与扫描层面垂直，并置于扫描野中心固定；
步骤2：采用临床常用的扫描条件对模体进行扫描；
步骤3：对各层面图像的高对比分辨力、低对比分辨力、标称材料CT值、均匀性、噪声进行测量，可在软件平台上对不同的影像质量模块进行快速计算，评价自动管电流调制影像质量水平。
本发明设计的用于自动管电流调制模式的CT性能检测模体，可以通过软件系统快速计算包括CT值线性、噪声、均匀性、高对比分辨力、密度分辨力等等在内的自动管电流调制扫描序列所产生的影像质量评价参数，实现对CT新技术-自动管电流调制的影像质量性能评估。
附图说明
图1为本发明提出的用于自动管电流调制模式的CT性能检测模体的结构示意图。
图2为CT性能检测模体密度分辨力检测模块剖面图。
图中标号：1为场均匀性和噪声检测模块，2为CT值检测模块，3为高对比分辨力检测模块，4低对比为度分辨力检测模块，5为模体支座，6为水平调节螺丝。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
参照图1-2，一种用于自动管电流调制模式的新型CT性能检测模体，其主模体材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
模体长度为15cm，
其中包含有：CT值检测模块、高对比分辨力检测模块、低对比分辨力检测模块及场均匀性和噪声检测模块；其中，所述CT值检测模块和高对比分辨力检测模块均以所述聚甲基丙烯酸甲酯材料为本底；所述场均匀性和噪声检测模块是由所述聚甲基丙烯酸甲酯材料构成；其中：
所述CT值检测模块，其内容为4个以上长度为15cm通孔，这些通孔的直径为1.5cm；这些通孔圆心位置与模体的几何中心的距离相同，用于放置不同密度的小圆柱体测量材料，这些测量材料用于测量管电流调制模式下所有层面的不同材料CT值并将其与材料的标称CT值比较；所述CT值检测模块中，不同密度材料的小圆柱体可以更换，其材料包括模拟人体肝脏、脾脏、肺部、皮质骨、肌肉CT值的等效组织射线衰减材料以及其他高分子材料，高分子材料可选自特氟龙、聚甲醛、丙烯酸、低密度聚乙烯、聚苯乙烯或PMP。这些圆柱材料的直径与上述通孔的直径匹配。
所述高对比分辨力检测模块，位于模体几何中心，为一根沿z轴方向布设的金属钨丝，其直径为0.1mm，长度为15cm，用于测量管电流调制模式下所有层面的高对比分辨力，即检测当物体间衰减系数的差异与背景噪声相比足够大时(至少100HU)，在显示的CT图像中分辨不同物体的能力。
所述低对比分辨力检测模块，包括3组低对比度材料，其长度与模体长度相同，用于测量管电流调制模式下所有层面CT图像中能识别对比的细节的最小尺寸；这些材料直径为2-5mm。这些材料与背景所成对比度在0.3％-2％。
所述场均匀性和噪声检测模块，由均匀的甲基丙烯酸甲酯材料构成，其长度与模体长度相同，模块直径至少为模体图像直径的40％，用于评价整个扫描野内均匀物质影像的CT值的一致性和均匀物质影像中给定区域CT值对其平均值的变异。
用于自动管电流调制模式的CT性能检测模体的测试方法，包括以下步骤：
步骤1：将模体轴线与扫描层面垂直，并置于扫描野中心固定，采用临床常用的扫描条件对模体进行扫描；
步骤2：在图像中心选取直径约为测试模体图像直径40％的感兴趣区域，测量该区域CT值的标准偏差SD，则噪声N＝SD*0.1％；
步骤3：在图像中心选取直径约为测试模体图像直径10％的感兴趣区域，另外在图像圆周相当于钟表时针3点、6点、9点、12点的方向，距模体影像边沿约10mm处，选取直径约为模体图像直径10％的感兴趣区域，分别测量这四个区域的平均CT值，其中与图像中心平均CT值的最大差值作为均匀性的测量指标；
其中，指模体边缘位置ROI内平均HU值，指图像中心区域ROI内平均HU值。
在所述对被扫描物体进行扫描之后，所述方法还包括：将相关的图像质量参数与剂量水平建立联系。
所述方法还包括：保持所述CT扫描过程中除管电流以外扫描参数不变。
实施例2
参照图1-2，一种用于自动管电流调制模式的CT性能检测模体，其主模体材料为聚甲基丙烯酸甲酯。结构同实施例1。
所述CT性能检测模体，在聚甲基丙烯酸甲酯材料内沿z轴方向上布有高密度金属钨丝，用于测量高对比分辨力。
用于自动管电流调制模式的CT性能检测模体的测试方法，包括以下步骤：
步骤1：将模体轴线与扫描层面垂直，并置于扫描野中心固定，采用临床常用的扫描条件对模体进行扫描；
步骤2：通过软件勾画模体几何中心的感兴趣区域ROI，区域内必须包括完整的金属丝截面，获得区域内HU值，逐行扣除本底HU值后进行高斯拟合，再进行调制解调函数计算；
步骤3：对z轴获取的不同图像上ROI区域计算点扩散函数，得到模体z轴方向高对比分辨力。
在对被扫描物体进行扫描之后，还包括：将相关的图像质量参数与剂量水平建立联系。
所述方法还包括：保持所述CT扫描过程中除管电流以外扫描参数不变。
实施例3
参照图1-2，一种用于自动管电流调制模式的新型CT性能检测模体，其主模体材料为聚甲基丙烯酸甲酯。结构同实施例1。
用于自动管电流调制模式的CT性能检测模体的测试方法，包括以下步骤：
步骤1：将模体轴线与扫描层面垂直，并置于扫描野中心固定，采用临床常用的扫描条件对模体进行扫描；
步骤2：通过软件查找靠近模体中心以及靠近长短轴边缘的感兴趣区域ROI，获得HU值；
步骤3：对ROI区域计算0°、45°、90°、135°方向上包括能量、熵值、惯性矩、逆差矩等各项纹理参数；
能量：
惯性矩：Ng＝|i-j|；
相关性：
μx，μy，σx和σy分别代表px和py的平均值和标准差；
熵：
其中p(i,j)表示像素(i,j)位置的HU值，Ng表示图像中像素横纵坐标差的绝对值。
在对被扫描物体进行扫描之后，还包括：将相关的图像质量参数与剂量水平建立联系；
所述方法还包括：保持所述CT扫描过程中除管电流以外扫描参数不变。
实施例4
参照图1-2，一种用于自动管电流调制模式的新型CT性能检测模体，其主模体材料为聚甲基丙烯酸甲酯。结构同实施例1。
所述的CT性能检测模体，其中可更换不同密度材料的小圆柱体，包括模拟人体肝脏、脾脏、肺部、皮质骨、肌肉CT值的等效组织射线衰减材料以及高分子材料，例如特氟龙、聚甲醛、丙烯酸、低密度聚乙烯、聚苯乙烯、PMP等材料，这些圆柱材料的直径统一为1.5cm。
用于CT自动管电流调制模式与人体等衰减的CT剂量模体的测试方法，包括以下步骤：
步骤1：将模体轴线与扫描层面垂直，并置于扫描野中心固定，采用临床常用的扫描条件对模体进行扫描，并在密度分辨力检测模块内替换不同密度材料的小圆柱体；
步骤2：对低对比分辨力检测模块不同小圆柱位置勾画感兴趣区域，在不同材料的中心选取直径约为该材料截面直径80％的感兴趣区域，测量其平均CT值；
步骤3：计算各材料的标称CT值与测量所得该材料的平均CT值之差，差值最大者作为CT值线性的评价参数。
在对被扫描物体进行扫描之后，还包括：将相关的图像质量参数与剂量水平建立联系；
所述方法还包括：保持所述CT扫描过程中除管电流以外扫描参数不变。
实施例5
参照图1-2，一种用于自动管电流调制模式的新型CT性能检测模体，其主模体材料为聚甲基丙烯酸甲酯。结构同实施例1。
所述的CT性能检测模体，在聚甲基丙烯酸甲酯材料内呈放射状分布有内外3组低密度孔径结构，用于测量密度分辨力。
其中，内层孔阵HU值与背景相差-3HU、-5HU、-10HU，直径分别为2mm,3mm,4mm和5mm，此模块本底材料在120kVp管电压条件下约为70HU。
用于CT自动管电流调制模式与人体等衰减的CT剂量模体的测试方法，包括以下步骤：
步骤1：将模体轴线与扫描层面垂直，并置于扫描野中心固定，采用临床常用的扫描条件对模体进行扫描；
步骤2：对每一层低对比分辨力模块进行CT值获取，勾画不同CT值孔径结构区域；
步骤3：将低对比度圆柱CT值与低对比分辨力检测模块背景CT值进行比较获得对比噪声比CNR，并且由人眼直接观测获得主观评价结果，对每一层图像的低对比分辨力模块进行客观值计算结果和主观评价结果比较。
表示低对比度圆柱区域的平均CT值，表示背景区域的平均CT值，σ(insert)表示低对比度圆柱区域CT值的标准差，σ(background)表示背景区域CT值的标准差。
在对被扫描物体进行扫描之后，还包括：将相关的图像质量参数与剂量水平建立联系；
所述方法还包括：保持所述CT扫描过程中除管电流以外扫描参数不变。
本发明中，结构简单，使用方便，提供用于自动管电流调制模式的新型CT性能检测模体，解决因目前影像质量检测模体无法用于评价自动管电流调制模式扫描CT影像质量的问题，可以快速计算包括CT值线性、噪声、均匀性、高对比分辨力、低对比分辨力、纹理特征等等在内的自动管电流调制扫描序列所产生的影像质量评价参数，实现对CT新技术-自动管电流调制技术的影像质量性能评估。
表1人体等效衰减厚度数据
(材料PMMA单位：cm)
Claims (5)
1.一种用于自动管电流调制模式的CT性能检测模体，其特征在于，主模体材料采用与人体三维方向等效衰减的聚甲基丙烯酸甲酯；
所述聚甲基丙烯酸甲酯材料的密度范围在1.15-1.19 g/cm3；
其外观几何尺寸设计为对CT产生的X射线的衰减在X、Y、Z三个维度与人体等效；
其长度至少为15cm。
2.根据权利要求1所述的CT性能检测模体，其特征在于，包含有：CT值检测模块、高对比分辨力检测模块、低对比分辨力检测模块及场均匀性和噪声检测模块；所述CT值检测模块和高对比分辨力检测模块均以所述聚甲基丙烯酸甲酯材料为本底；所述场均匀性和噪声检测模块是由所述聚甲基丙烯酸甲酯材料构成；其中：
所述CT值检测模块，其内容为三个以上小圆柱体测量材料，其长度与模体长度相同，贯穿于模体内，直径为1.3-1.8 cm；这些材料圆心位置与模体的几何中心的距离相同，用于测量管电流调制模式下所有层面的不同材料CT值并将其与材料的标称CT值比较；
所述高对比分辨力检测模块，位于模体几何中心，为一根沿z轴方向布设的高质量密度金属丝，其直径为0.1-1.0 mm，长度至少为15cm，用于测量管电流调制模式下所有层面的高对比分辨力，即检测当物体间衰减系数的差异与背景噪声相比足够大时，在显示的CT图像中分辨不同物体的能力；
所述低对比分辨力检测模块，其包括至少1组低对比度材料，其长度与模体长度相同，用于测量管电流调制模式下所有层面CT图像中能识别对比的细节的最小尺寸；每组材料直径为1 mm-10 mm；这些材料与背景所成对比度在0.3%-2%；
所述场均匀性和噪声检测模块，由均匀的甲基丙烯酸甲酯材料构成，其长度与模体长度相同，模块直径至少为模体图像直径的40%，用于评价整个扫描野内均匀物质影像的CT值的一致性和均匀物质影像中给定区域CT值对其平均值的变异。
3.根据权利要求2所述的CT性能检测模体，其特征在于，所述CT值检测模块中不同密度材料的小圆柱体可以更换，其材料包括模拟人体肝脏、脾脏、肺部、皮质骨、肌肉CT值的等效组织射线衰减材料或其他高分子材料，所述高分子材料选自特氟龙、聚甲醛、丙烯酸、低密度聚乙烯、聚苯乙烯或PMP。
4.根据权利要求2所述的CT性能检测模体，其特征在于，可以测量管电流调制模式下所有层面的均匀性和噪声。
5.基于权利要求1-4之一所的CT性能检测模体的测量方法，其特征在于，基本步骤为：
步骤1：将模体轴线与扫描层面垂直，并置于扫描野中心固定；
步骤2：采用临床常用的扫描条件对模体进行扫描；
步骤3：对各层面图像的高对比分辨力、低对比分辨力、标称材料CT值、均匀性、噪声进行测量，通过在软件平台上对不同的影像质量模块进行快速计算，评价自动管电流调制影像质量水平。
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