CN208031220U - Ct性能检测模体 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种CT性能检测模体，包括裸模，所述裸模包括圆筒和设置在所述圆筒内的检测模块，其特征在于，所述检测模块包括组合模(5)，所述组合模(5)包括设置在其中的钨丝(2)和钨珠(43)。该CT性能检测模体还可以包括密度分辨率模(6)，该密度分辨率模(6)与所述圆筒的筒盖之间的腔体用于形成水模(11)，所述水模(11)沿轴向的长度大于80mm。该CT性能检测模体还可以包括扫描剂量测试用防水套管(7)，该防水套管(7)插入所述圆筒的筒盖中设置的螺纹孔。该CT性能检测模体还可以包括能够安装在所述裸模外部的一个或多个外套部件。根据本实用新型的CT性能检测模体能够更全面适应CBCT性能检测。

Description

CT性能检测模体

技术领域

本实用新型涉及医疗设备检测技术领域。更具体地，涉及用于对医用计算机断层扫描系统(CT)的性能进行检测的检测模体。

背景技术

医用计算机断层扫描系统(CT)现在已是常规的医疗检查设备。CT技术已从单排探测器扇形束扫描迅速发展为多排探测器锥形束CT扫描系统(英文简称CBCT)。在扫描人体时X射线管球绕人体照射一圈，单排探测器扇形束扫描照射人体最大宽度只有10mm，东芝公司的320排或其他公司的256排探测器的锥形束扫描(CBCT/容积CT)宽度已达到160mm。目前医疗机构装备最多的CBCT是16排和64排探测器扫描系统。64排 CBCT X射线管绕病人转一圈，轴向扫描最大宽度为40mm。

为了CT扫描影像质量保证(QA)和质量控制(QC)的目的，需要用合适的模体对CT性能进行检测。目前中国的技术服务机构使用的CT性能检测模体95％以上是美国 PhantomLaboratory公司生产的Catphan500/600/700模体。该Catphan模体包括封装在塑料圆筒内的多个检测模块，包括：用于检测层厚和CT值线性的模块；空间分辨率 (又称高对比度分辨率)模块，密度分辨率(又称低对比度分辨率)模块和用于检测图像均匀性、噪声和伪影的固体水模块。随着CT技术的进步和CBCT的普及，Catphan 模体显现出一些不适用的缺点。例如，空间分辨率模块是线对组结构，其结构层在轴向上只有2mm长，不适应容积CT锥形束多层扫描同时采集；又如，密度分辨率模块长 40mm，Catphan700加了40mm钨丝，检测64排(40mm)锥形束多层扫描同时采集重建图像质量时，难以判定两边缘层的图像模糊是设备性能问题还是检测用模体的尺寸不合适；还有，密度分辨率模块的扫描图像质量的裸眼阅读评价的主观性和软件分析评价的置信度都难以接受；另外，固体水模的水当量性不好，只能做图像均匀性测量，而不能用于检测评价水的CT值准确性；再就是，模体外径为200mm，介于人体的头与体之间，没有颅骨模拟层，到达模体测量模块的X射线线质(穿透力)和剂量值与临床病人实际扫描值会有明显差异。因此，模体测得的图像噪声水平、密度分辨率的准确性和图像均匀性值得怀疑。

本申请人在第201621032933.X号中国专利申请中提出一种CT性能检测模体，部分地解决了上述Catphan模体的问题。将该专利的全文引入到本申请中作为参考。但该CT性能检测模体仍不能完全适应CBCT系统性能测试。例如，该CT性能检测模体中，作为MTF (调制传递函数)模的钨珠只能适用于单层图像扫描，而不适用于锥形束多层图像扫描。又如，圆柱形模体的外径及内部结构需进一步改进才能适应当前国际上已形成的技术管理应用现状，也才能与中国人的头、体临床扫描图像质量实际相吻合，检测结果才能更有助于临床医学影像质量保证和质量控制目的和辐射防护最优化(受照辐射剂量最小，影像质量最好)的实现。

实用新型内容

本实用新型旨在提出一种能够部分或全部地解决上述技术问题，使得更全面适应CBCT性能检测的CT检测模体。

本实用新型提供一种CT性能检测模体，包括裸模，所述裸模包括圆筒和设置在所述圆筒内的检测模块，其特征在于，所述检测模块包括组合模(5)，所述组合模(5) 包括设置在其中的钨丝(2)和钨珠(43)。

可选地，所述组合模(5)包括第一模架(21)、第二模架(22)、和第三模架(23)，所述钨丝(2)设置在沿轴向贯穿所述第一模架(21)、第二模架(22)、和第三模架 (23)的钨丝支撑杆(29)中，所述钨珠(43)设置在所述第一模架(21)与第二模架(22)的交界面处。

可选地，所述CT性能检测模体还包括密度分辨率模(6)，该密度分辨率模(6) 与所述圆筒的筒盖之间的腔体用于形成水模(11)，所述水模(11)沿轴向的长度大于80mm。

可选地，所述CT性能检测模体还包括扫描剂量测试用防水套管(7)，该扫描剂量测试用防水套管(7)插入所述圆筒的筒盖中设置的螺纹孔。

可选地，所述第一模架(21)、第二模架(22)、和第三模架(23)中沿着轴向开设了多个圆柱形通孔(34)，其中嵌入了由不同材料制成的CT值线性模(24)。

可选地，所述CT性能检测模体还包括能够安装在所述裸模外部的外套部件。

可选地，所述外套部件包括以下至少一个：

由聚四氟乙烯制成的颅骨模拟外套(60)；

由高密度聚乙烯制成的头皮质层模拟外套(70)；

由有机玻璃或高密度聚乙烯制成的大外套(80)；和

由有机玻璃制成的体模外套(90)，该体模外套(90)的外壁和内壁之间形成用于注水的腔体(91)，并且该体模外套(90)包括由聚四氟乙烯制成的脊椎模拟层(92)。

可选地，所述组合模(5)的轴向长度大于40mm，所述钨丝(2)的长度大于40mm。

可选地，所述组合模(5)的轴向长度大于80mm，所述钨丝(2)的长度大于80mm。

根据本实用新型的CT性能检测模体具有以下优点中的一个或多个，因而能够更全面适应CBCT性能检测：通过采用钨丝和钨珠，能够适应锥形束一圈扫描多层采集以及扇形束或锥形束单层扫描采集从而计算MTF；通过将裸模与不同外径、形状和材质的外套，能构成适用于不同用途的CT性能检测模体；借助从模体筒盖中心的螺旋孔插入防水套管可方便检测水模中心轴位扫描剂量，轴向剂量测量范围大于80mm。

附图说明

为了更好地理解本实用新型的上述特征及优点，在附图中示出了本实用新型的实施例。

图1A和图1B是根据本实用新型实施例的CT性能检测模体的裸模的示意图。

图2A和图2B是组合模的示意图。

图3A-3C是第二模架、即组合模中段的示意图。

图4A-4C是第一模架、即组合模上段的示意图。

图5A-5B是第三模架、即组合模下段的示意图。

图6-9是可以装在裸模外面的各种外套的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图，对本实用新型的优选实施例进行详细描述，其中相同或相似的附图标记表示相同或相似的部件。需要指出的是，实施例中提到了各种部件的数量、尺寸、材料、相对位置、连接方式等等，是为了帮助本领域技术人员更好地理解和实施本实用新型，而并非用来限制。实际应用中，可以根据检测的要求和能够实现的加工工艺对其进行修改。

图1A和图1B从总体上示出了根据本实用新型优选实施例的CT性能检测模体的裸模部分(下文中有时简称为“裸模”)，其中图1B是沿图1A中A-A线的剖视图。

该CT性能检测模体的裸模部分包括一个圆筒。该圆筒包括例如由有机玻璃制成的筒底1、筒壁3和筒盖8。在筒盖8上开设了注水口，为了提高模体的水模段的防漏能力(漏水/进气)，用密封部件对该注水口进行密封。该密封部件优选地包括由有机玻璃制成的空心塞9和空心堵头10，空心堵头10与筒盖8的锥形面接触，由空心塞9 压紧。空心堵头10的端部包覆了一层具有高弹性的薄膜，例如橡胶膜。该橡胶膜有助于降低由于水的热胀冷缩而导致的筒内外压差，减少泄露或进气现象。

进行CT性能检测时，模体储运箱放在检查床上，箱壁外侧与检查床头边沿平齐，用挂块13将模体悬挂在模体储运箱壁外侧箱口上，箱盖翻向床尾(病人脚方向)作为平衡体。模体随检查床上下、前后移动至扫描野中心位。筒盖8的外表面上，在注水口18下方，设置了调节螺钉，用以调节悬挂在储运箱壁外侧的模体轴线水平状态。

图1B还示出了圆筒内设置的多个检测模块：组合模5，密度分辨率模6，设置在组合模5外周的螺旋线珠模4。

密度分辨率模6的上模板的边缘加工成凸台形状，与筒壁3的内壁上的台阶形状相吻合。该上模板同时起到固定和密封的作用，把模体内部分隔为无水和有水两个部分。在使用中，密度分辨率模6和筒盖8之间的腔体内充满水形成水模11，用于对水的CT值、图像均匀性、噪声、密度分辨率(模块法)进行检测,并利用客观检测方法 (统计法)检测评估低对比可检测能力。

锥形束扫描出现后，原来定义测量扇形束的CTDI(CT剂量指数，用于评估CT扫描受检者剂量的模拟测量量)的准确性和实用性受到质疑。为给扫描剂量优化研究提供方便，如图1A和图1B所示，在筒盖8的中心位置开设一个螺纹孔。在测量水模中心轴位扫描剂量时，在该螺纹孔中插入扫描剂量测试用防水套管7(其中放置剂量探测器)。在不需要测量水模中心轴位扫描剂量时，该螺纹孔用于水模排气补水。根据一个实施例，所述水模(11)沿轴向的长度大于80mm，轴向剂量测量范围大于80mm。

图2A和图2B示出了图1B中的组合模5的具体结构，其中图2B是沿图2A中A-A 线的剖视图。

该组合模5为圆柱形，包括模架以及插在模架中的空间分辨率模25和横板26。图2A示出的该空间分辨率模25为孔模。孔模25和横板26可以用有机玻璃制成。孔模 25中设置了多组沿Z轴方向(图2A中垂直于纸面的方向)延伸的不同尺寸的细长槽，细长槽的横截面为方形孔。本领域技术人员可以理解，该空间分辨率模25也可以为线对模。

如图2B所示，模架优选地包括第一模架21、第二模架22和第三模架23。第一模架21对应于组合模5的上段，即靠近水模11。第三模架23对应于组合模5的下段，即靠近筒底1。该第一模架21、第二模架22和第三模架23可以用对X射线的吸收与人肌体组织相近的有机材质，如尼龙或其他固体材料制成。

组合模5沿轴向的长度可以根据预期要检测的CT扫描系统的类型来确定。例如，针对目前医疗机构广泛使用的具有64排探测器、一圈扫描宽度为40mm的CT扫描系统，可以将组合模5的轴向长度设计为大于40mm。为了保证排除“检测64排探测器锥形束扫描时形成边缘层成像缺陷”的缘自模体方面原因，最好留出一些裕量，例如大于128 排CBCT扫描轴向长度80mm。作为一个具体例子，图2B中的组合模5的轴向长度为94 mm。

围绕组合模5的Z轴，均匀地设置了沿轴向贯穿第一模架21、第二模架22和第三模架23的8个通孔，每个通孔中分别设置一个CT值线性模24。这些CT值线性模24 是长度为94mm、直径为15mm的圆柱，由CT值为-1000HU到+1400HU的不同材料构成，例如可以用空气、肺组织模拟材料、低密度聚乙烯、聚苯乙烯、有机玻璃、尼龙、聚四氟乙烯、含钙塑料构成。

在组合模5中，还设置了一个直径为15mm的通孔，该通孔与上述8个通孔一样贯穿组合模5的第一模架21、第二模架22和第三模架23。在该通孔中插入例如由有机玻璃制成的钨丝支撑杆29，该钨丝支撑杆29中嵌入长度大于90mm、直径为0.05-0.1mm 的钨丝2。该钨丝2适合用来测量锥形束多层图像的MTF。

在第一模架21与第二模架22的交界面上还设置一粒钨珠43，用于检测扇形束或锥形束单层图像的MTF。后文将进一步描述该钨珠43。

图2B中还示出了位于第二模架22与第三模架23对接表面处的多个有机玻璃半球28中的一个。这些有机玻璃半球28用作扫描系统成像的容积效应检验模。

图2A中还示出在四个小通孔中的一个小孔内插一根聚四氟乙烯定位柱27。该定位柱27沿轴向贯穿第一到第三模架21-23，用于检验系统断层扫描重建图像的X Y平面几何形变。

图3A-3C示出了第二模架(即组合模中段)22的结构，其中图3B是沿图3A中A-A 线的剖视图，图3C是图3A中“B”区域的放大视图。该第二模架22通过在例如尼龙材料制成的扁圆柱体模块上开设空间分辨率模槽、圆柱形通孔、以及半球形凹槽形成。

具体地，沿第二模架22的周边均匀设置了八个空间分辨率模槽36，用于在其中插入空间分辨率模(孔模或线对模)25和横板26。在沿径向位于空间分辨率模槽36内侧的位置，均匀设置了八个圆柱形通孔34，用于在其中插入CT值线性模24。相邻两个圆柱形通孔34的中心连线平行于邻近的空间分辨率模槽36的底面。第二模架22中还设置了用于插入钨丝支撑杆29的通孔35。

在第二模架22的中心区域，在下表面(即靠近筒底1的表面)上围绕Z轴开设了八个半球形的凹槽33。图3C更清楚地示出了半球形凹槽33的示例性分布，其直径例如分别可以为1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm和8mm，依次排列在以Z轴为中心的圆周上。凹槽33用于放置相应尺寸的有机玻璃或其他有机材料半球，用作扫描系统成像的容积效应检验模。相比于球形，半球形状的图像质量对容积效应的影响更“敏感”，更接近临床实际。

图4A-4C是第一模架(即组合模上段)21的示意图，其中图4B是沿图4A中A-A 线的剖视图。图4A示出该第一模架21的上表面，即靠近水模11的表面；图4B示出该第一模架21的下表面，即远离水模11的表面。在第一模架21的上表面41的中心位置，设置了一个凹槽40，与密度分辨率模6的上模板中心孔密封圆板对应。在第一模架21的下表面42，X轴上、距Z轴30mm处设置一粒直径为例如为0.3mm左右的钨珠43，用来测量扇形束图像MTF。该钨珠43也可以设置在例如第二模架22的上表面上。

本实用新型实施例之所以既设钨丝又设钨珠，是为适应CT产品高对比分辨力(空间分辨率)指标源自MTF计算的两种“脉冲点源”之一，钨丝或钨珠。采用钨丝2(适应锥形束一圈扫描多层采集)和钨珠43(适用于扇形束或锥形束单层扫描采集)作脉冲点源，使用软件计算MTF,给出各层图像三种对比度下(50％，10％，2％)的Lp/cm数。

另外，与第二模架22类似，第一模架21中设置了空间分辨率模槽，和分别用于插入CT值线性模24和钨丝支撑杆29的圆柱形通孔，此处不再赘述。

图5A-5B是第三模架(即组合模下段)23的示意图。与第一模架21和第二模架 22类似，第三模架23中设置了空间分辨率模槽，和分别用于插入CT值线性模24和钨丝支撑杆29的圆柱形通孔，此处不再赘述。

根据一些实施例，在上述CT性能检测模体的裸模外面加上不同外径、形状和材质的外套，构成不同用途的CT性能检测模体。

图6-9示出了4种外套零件的示意图。

图6A和6B示出了例如由聚四氟乙烯制成的外套60的示意图，其中图6B是沿图 6A中A-A线的剖视图。在使用中，可以将该聚四氟乙烯外套60安装在筒壁3的外周，用来模拟人的头颅骨，从而与临床扫描真人头颅时的X射线线质和剂量更相近。相比之下，Catphan模体中没有头颅中颅骨的模拟物，与临床扫描真人头颅时的X射线线质和剂量不一样，会对图像均匀性、噪声和低对比可探测能力等性能指标有影响。

图7A和7B示出了例如由高密度聚乙烯制成的外套70的示意图，其中图7B是沿图7A中A-A线的剖视图。在使用中，可以将该高密度聚乙烯外套70安装在上述聚四氟乙烯外套60的外周，用来模拟人头的皮质层，从而进一步提高与临床扫描真人头部时的X射线线质和剂量的相似度。

作为一个具体例子，CT性能检测模体的裸模的直径为150-155mm、厚度为3/5mm 有机玻璃，用作1.5岁以下婴幼儿的头模。在裸模外部加装直径为160mm、厚度为2.5mm 的聚四氟乙烯(PTFE)颅骨模拟外套60，外形尺寸与1.5岁到7岁内儿童头围相近，作为儿童头模。

作为另一个具体例子，CT性能检测模体的裸模的直径为170mm，其中水模直径为160mm。在该裸模外部加装直径为180mm、厚度为5mm的聚四氟乙烯颅骨模拟外套60，和直径为186mm、厚度为3mm的高密度聚乙烯头皮质层模拟外套70，从而构成中国成人的头模。

图8A和8B示出了例如由有机玻璃或高密度聚乙烯制成的大外套80的示意图，其中图8B是沿图8A中A-A线的剖视图。为了适应目前以CATPHAN模体定标的CT扫描系统的检测，可以在直径为170mm裸模外部加装外径为200mm、厚度为15mm的有机玻璃或高密度聚乙烯大外套80。

图9A和9B示出了例如由有机玻璃制成的体模外套90的示意图，其中图9B是沿图9A中A-A线的剖视图。该体模外套90参照I EC和NEMA的核医学质控检测腹部模体的外形设计。该体模外套90的外壁和内壁之间形成用于注水的腔体91。该体模外套 90内部还设置了厚度为例如7mm的聚四氟乙烯脊椎模拟层92。使用时，将直径为170mm 的裸模插入该体模外套90中,组成人体腹部模，用于检测CT系统扫描腹部的成像性能。

本实用新型实施例的CT性能检测模体能够检测以下性能参数：

1、扫描几何量：(1)检查床定位精度，(2)定位光精度，(3)机架倾角偏差， (4)重建图像层厚偏差，(5)扫描重建图像几何形变；

2、图像质量：(6)水的CT值，(7)均匀性，(8)噪声，(9)CT值线性，(10) 伪影，(11)高对比分辨力，包含客观计算钨丝或珠点图像MTF判定和目测孔模(线对模)图像，(12)低对比可探测能力，包含客观“统计法”计算水模图像噪声统计正态分布判定和目测四个对比度模块；

3、其它：(13)扫描轮廓线，(14)容积效应对重建图像分辨力的影响；

4、模体中心轴位(水模段)扫描剂量。

以上参考附图描述了本实用新型的优选实施例。这些实施例仅仅是示例性的，而并非旨在对本实用新型的范围进行限制。本领域技术人员可以在不偏离本实用新型的精神和原则的情况下对这些实施例做出各种修改、等同替换和改进。本实用新型的保护范围仅由后附的权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种CT性能检测模体，包括裸模，所述裸模包括圆筒和设置在所述圆筒内的检测模块，

其特征在于，所述检测模块包括组合模(5)，所述组合模(5)包括设置在其中的钨丝(2)和钨珠(43)。

2.根据权利要求1所述的CT性能检测模体，其特征在于，所述组合模(5)包括第一模架(21)、第二模架(22)、和第三模架(23)，所述钨丝(2)设置在沿轴向贯穿所述第一模架(21)、第二模架(22)、和第三模架(23)的钨丝支撑杆(29)中，所述钨珠(43)设置在所述第一模架(21)与第二模架(22)的交界面处。

3.根据权利要求1所述的CT性能检测模体，其特征在于，还包括密度分辨率模(6)，该密度分辨率模(6)与所述圆筒的筒盖之间的腔体用于形成水模(11)，所述水模(11)沿轴向的长度大于80mm。

4.根据权利要求3所述的CT性能检测模体，其特征在于，还包括扫描剂量测试用防水套管(7)，该扫描剂量测试用防水套管(7)插入所述圆筒的筒盖中设置的螺纹孔。

5.根据权利要求2所述的CT性能检测模体，其特征在于，所述第一模架(21)、第二模架(22)、和第三模架(23)中沿着轴向开设了多个圆柱形通孔(34)，其中嵌入了由不同材料制成的CT值线性模(24)。

6.根据权利要求1所述的CT性能检测模体，其特征在于，还包括能够安装在所述裸模外部的外套部件。

7.根据权利要求6所述的CT性能检测模体，其特征在于，所述外套部件包括以下至少一个：

由聚四氟乙烯制成的颅骨模拟外套(60)；

由高密度聚乙烯制成的头皮质层模拟外套(70)；

由有机玻璃或高密度聚乙烯制成的大外套(80)；和

由有机玻璃制成的体模外套(90)，该体模外套(90)的外壁和内壁之间形成用于注水的腔体(91)，并且该体模外套(90)包括由聚四氟乙烯制成的脊椎模拟层(92)。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的CT性能检测模体，其特征在于，所述组合模(5)的轴向长度大于40mm，所述钨丝(2)的长度大于40mm。

9.根据权利要求8所述的CT性能检测模体，其特征在于，所述组合模(5)的轴向长度大于80mm，所述钨丝(2)的长度大于80mm。