高華永，晁勇，劉帥，苗路瑞，董燦，帥萬鈞

中國人民解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院，北京 100048

CT設(shè)備的質(zhì)量控制分析與探討

高華永，晁勇，劉帥，苗路瑞，董燦，帥萬鈞

中國人民解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院，北京 100048

0 前言

X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）由于可以準(zhǔn)確地反映實(shí)質(zhì)性器官、組織的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及病變的組成成分，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床診斷。CT圖像質(zhì)量的優(yōu)劣是評判臨床醫(yī)療質(zhì)量的關(guān)鍵，而對CT機(jī)的質(zhì)量控制則是保證CT圖像質(zhì)量的重要手段。對CT圖像質(zhì)量進(jìn)行日常的質(zhì)量檢測有以下優(yōu)點(diǎn)：提高圖像質(zhì)量，保障臨床診斷的正確性；在保障圖像質(zhì)量的前提下，降低有害射線的劑量，保護(hù)醫(yī)護(hù)人員和患者的身體健康；在入院檢測中把關(guān)，保護(hù)院方的利益；提供CT機(jī)運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)，為工程師維修保養(yǎng)提供參考。

根據(jù)我國醫(yī)用診斷CT檢定規(guī)程及軍隊(duì)CT質(zhì)量檢測評審規(guī)定，質(zhì)控中CT 機(jī)主要的檢測項(xiàng)目可以分為4組11項(xiàng)[1]，分別為：

（1）劑量指數(shù)（CT Dose Index，簡稱CTDI）用來計(jì)算和控制掃描劑量（即病人所受照射劑量）。

（2）空間分辨率、密度分辨率（低對比度分辨率）、噪聲水平三項(xiàng)主要檢測CT對不同細(xì)小組織的分辨能力。

（3）水和空氣的CT 值、CT 值線性、CT場的均勻性主要用來保障CT對不同組織定性的準(zhǔn)確性。

（4）層厚偏差、定位光精度、床運(yùn)動(dòng)精度用來保證CT對病灶的定位精度。

1 CT質(zhì)控檢測設(shè)備及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 CT質(zhì)控檢測的設(shè)備

CT機(jī)質(zhì)量控制檢測所需要的設(shè)備主要有：Barracuda多功能X 線分析儀、QAbrower軟件、長桿電離室、CT劑量頭模、CT性能體模Catphan500、水平尺、直尺等。

其中，Barracuda多功能X 線分析儀可以通過連接電腦或掌上電腦測量多種參數(shù)，主要用來配合CT劑量頭模和長桿電離室測量加權(quán)劑量指數(shù)CTDIw。CT性能體模Catphan500為美國體模實(shí)驗(yàn)室制造的CT性能模體。它分為CTP401、CTP528、CTP515、CTP486四個(gè)部分組成。CTP401主要用于測量層厚、CT值線性和對比度標(biāo)度；CTP528主要用于測量空間分辨率；CTP515主要用于測量低對比度分辨率；CTP486用于測量場的均勻性和噪聲。

1.2 CT質(zhì)控的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

CT質(zhì)量控制主要依照下面三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：① 《醫(yī)用診斷螺旋計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置（CT）X 射線輻射源檢定規(guī)程》(JJG 1026-2007)；② 《醫(yī)用診斷計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置（CT）X射線輻射源檢定規(guī)程》（JJG 961-2001）；③ 總后衛(wèi)生部（2003.12）X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)應(yīng)用質(zhì)量檢測與評審規(guī)范。

2 質(zhì)控參數(shù)的檢測方法[2,3]

2.1 CTDIw的測量

首先將長桿電離室放置到CT劑量頭模相應(yīng)位置，調(diào)節(jié)模體水平，連接長桿電離室和X線測試儀，然后設(shè)置單層軸位，在CT頭部掃描標(biāo)準(zhǔn)條件下對模體進(jìn)行掃描。分別測量頭模上中心(C)、3、6、9、12 點(diǎn)方向的CTDI值，記錄數(shù)值，并使用以下兩組公式計(jì)算CTDIw。

2.2 床運(yùn)動(dòng)精度

首先在掃描床上做出標(biāo)記，設(shè)置病床進(jìn)入CT機(jī)架的行走距離X為300 mm，然后進(jìn)床。使用直尺測量實(shí)際運(yùn)動(dòng)值，利用下面公式計(jì)算進(jìn)床精度δ1-max。退床時(shí)采用相同方法計(jì)算退床精度δ2-max。

2.3 層厚的測量

把Catphan500體模放置在掃描床上，用水平尺調(diào)平，使用定位燈將CTP401定位在掃描區(qū)域的中間。在采用常規(guī)頭部掃描條件對體模進(jìn)行掃描，并記錄掃描條件和層厚。然后在掃描后的圖像中測量掃描圖像周斜線相鄰區(qū)域CT值L1及窗寬最小時(shí)四條斜線消失時(shí)的窗位值L2，令：

然后測量窗位調(diào)至L時(shí)四條斜線的X和Y的長度，得到四組數(shù)據(jù)，再利用公式：

計(jì)算出實(shí)際的層厚，然后更改層厚重復(fù)以上步驟兩至三次，求平均值并計(jì)算誤差。

2.4 水的CT值、噪聲及場均勻性的測量

同3.3，先擺放體模，再使用定位燈將CTP401定位在掃描區(qū)域的中間。采用常規(guī)頭部掃描條件對體模進(jìn)行掃描，記下掃描條件和層厚。采集圖像，測出中心點(diǎn)、3、6、9、12點(diǎn)方向五個(gè)點(diǎn)的CT值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，然后重復(fù)以上步驟求平均值。其中：

水的CT值為中心點(diǎn)CT值的平均值。

CT的噪聲設(shè)為N，設(shè)上述五個(gè)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差的最大值命名為￡，則有：

N =￡× 0.1%

CT的均勻性為中心點(diǎn)CT值與周邊四個(gè)點(diǎn)CT值的最大差值。

2.5 CT值線性

同3.3掃描體模，記錄圖像中四個(gè)不同圓柱體的CT值。其中各個(gè)材料的CT標(biāo)準(zhǔn)值為：

特氟?。?90（類似于骨頭）；

丙烯：120；

低密度聚乙烯：- 100；

空氣： - 1000；

體模中的水柱作為第五類，其標(biāo)準(zhǔn)值取為0。

根據(jù)下面的公式計(jì)算對比度標(biāo)度：

2.6 空間分辨率

同上述方法擺放體模，使用定位燈將CTP528定位至掃描區(qū)域的中間，然后掃描體模。調(diào)節(jié)獲取圖像的窗寬窗位直至能看到清晰的線對圖，然后記錄清晰看到的線對數(shù)。取能夠清晰看到線對的兩幅圖像，記錄其線對數(shù)最大值作為空間分辨率。

2.7 密度分辨率

使用定位燈將CTP515定位在掃描區(qū)域中間，選擇模組中密度差為0.5%的物體作為測量物，然后進(jìn)行掃描。調(diào)節(jié)窗寬，其中：

窗寬=[（測量物CT值-背景CT值）+max（測量物標(biāo)準(zhǔn)偏差），背景標(biāo)準(zhǔn)偏差]×5

窗位為測量物和背景CT值的平均值。將面積可辨識(shí)度大于80%的圓中，面積最小的圓的直徑值記錄下來作為密度分辨率。

3 質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)的對比及分析

3.1 日常質(zhì)控檢測及分析

由于CT的質(zhì)量控制對臨床有著非常重要的意義，因而對CT設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量控制應(yīng)常態(tài)化、日?；椭芷诨ＴO(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)通?？梢酝ㄟ^質(zhì)控檢測進(jìn)行檢查。

通過質(zhì)量控制并對結(jié)果加以分析，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的突出問題，為工程師的維修保養(yǎng)提供參考。表1為我院某臺(tái)CT的質(zhì)控結(jié)果：

表1 某CT在某次質(zhì)控檢測后的結(jié)果

由表1可以看出該CT的空間分辨率和密度分辨率符合要求，場的均勻性和噪聲都正常范圍內(nèi)，說明機(jī)器的圖像質(zhì)量保持在良好的范圍內(nèi)，但CTDI指標(biāo)接近劑量限值。這時(shí)的設(shè)備可以只做相應(yīng)的除塵保養(yǎng)，這樣避免了以前維修保養(yǎng)的盲目性，節(jié)省了人力物力。

3.2 周期性質(zhì)控檢測對比分析

根據(jù)日常質(zhì)控檢測周期性要求及設(shè)備的使用情況，我們對原先的質(zhì)控方案進(jìn)行優(yōu)化，即：每季度進(jìn)行質(zhì)量控制檢測一次，并在每半年進(jìn)行設(shè)備保養(yǎng)維修后對CT設(shè)備再進(jìn)行一次質(zhì)控分析。通過對同一臺(tái)設(shè)備的周期性監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)CT設(shè)備的不穩(wěn)定性因素和周期性的規(guī)律。我們對同一臺(tái)CT設(shè)備的質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行對比，認(rèn)清質(zhì)控指標(biāo)的意義。從一些數(shù)據(jù)的分析中發(fā)現(xiàn)其中影響圖像質(zhì)量的因素，例如我院某臺(tái)CT經(jīng)過我們一年的季度性周期檢測，其結(jié)果如表2所示：

在CT使用過程中，電子及機(jī)械部件的老化影響CT設(shè)備的表現(xiàn)，反映在質(zhì)量控制方面就是圖像質(zhì)量的下降、噪聲水平的增加以及密度分辨率的下降。例如在表2中，可以看到CT圖像中噪聲在增加，同時(shí)密度分辨率下降。此外在實(shí)際檢查中還發(fā)現(xiàn)，CT掃描床的運(yùn)動(dòng)精度等機(jī)械性能指標(biāo)也出現(xiàn)老化的癥狀。

3.3 保養(yǎng)前后質(zhì)控結(jié)果的對比分析

工程師基于周期性質(zhì)控檢測的結(jié)果，制定的維修保養(yǎng)計(jì)劃為：每半年對該CT進(jìn)行一次除塵清潔的保養(yǎng)行動(dòng)及一些機(jī)械運(yùn)動(dòng)及安全設(shè)施的檢查。除了進(jìn)行刪除多余病人圖像等軟件維護(hù)工作，還要進(jìn)行快速校準(zhǔn)（Fast Calibration），以此來保障CT的圖像質(zhì)量。表3為某次保養(yǎng)前后質(zhì)控結(jié)果的對比：

表2 某CT周期性檢測結(jié)果

表3 某CT保養(yǎng)前后質(zhì)控結(jié)果的對比

從表3中可以看出CT維護(hù)保養(yǎng)的重要性。此次保養(yǎng)后場的均勻性、水的CT值、密度分辨率等顯著提升，有利于臨床醫(yī)生從圖像中分辨出密度相近的病變組織。其中，密度分辨率受噪聲的影響很大。它是圖像細(xì)節(jié)和背景相差不大時(shí)，將一定大小的細(xì)節(jié)從背景中分辨出來的能力[4]。在圖像的噪聲收到抑制之后，密度分辨率就自然提高了。由于空間分辨率是在高對比度情況下體現(xiàn)細(xì)節(jié)的能力。它往往和X線束幾何尺寸、探測器單元的大小數(shù)目、取樣間隔以及X線管的焦點(diǎn)尺寸等因素有關(guān)[5]。因此，相同的測試條件下所得結(jié)果相差不大。在本次保養(yǎng)中對其提升并不是很明顯。

在年終的預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)中，我們發(fā)現(xiàn)了有一些值已經(jīng)接近了檢測的限值（如表二季度4記錄）。因此我們進(jìn)行了一次預(yù)防性維修，除了進(jìn)行保養(yǎng)以外，還對該設(shè)備做了一次細(xì)節(jié)校準(zhǔn)（Detail Calibration）。預(yù)防性維修之后，質(zhì)量控制檢測的數(shù)據(jù)如表4所示：

表4 某CT預(yù)防性維修前后質(zhì)控結(jié)果的對比

表4的對比表明CT進(jìn)行細(xì)節(jié)校準(zhǔn)后，場的均勻性、圖像噪聲、密度分辨率等值得到明顯改善。對比快速校正和細(xì)節(jié)校正，我們發(fā)現(xiàn)細(xì)節(jié)校正能夠降低系統(tǒng)的噪聲，保證圖像質(zhì)量。因?yàn)榧?xì)節(jié)校準(zhǔn)不僅修正了空氣校正表的數(shù)值和不同模體中的衰減系數(shù)，而且還能夠降低CT中電子器件因性能漂移而產(chǎn)生的噪聲，對圖像的改善更加徹底。但是由于細(xì)節(jié)校準(zhǔn)需要CT曝光量大，且耗時(shí)比較長，所以建議在年度保養(yǎng)或必要的維修環(huán)節(jié)中使用。

從質(zhì)控工作的經(jīng)驗(yàn)看，CT設(shè)備圖像質(zhì)量變差一般從圖像噪聲變大開始的。隨之而來的是密度分辨率的下降、CT值線性的變差，這就印證了密度分辨率和噪聲是密切相關(guān)的。影響空間分辨力主要因素有兩種：（1）CT機(jī)本身固有的：檢測器孔徑寬窄、卷積濾波函數(shù)、X射線管焦點(diǎn)尺寸、 機(jī)械準(zhǔn)直系統(tǒng)等；

（2） 使用不當(dāng)造成的：X射線劑量過大或過小，矩陣規(guī)格、掃描層厚選擇不當(dāng)[6-7]。

通過上面的數(shù)據(jù)對比及分析，我們可以看出CT圖像質(zhì)量主要影響因素為圖像噪聲逐漸加大，進(jìn)而密度分辨率變差，這給臨床對密度差別不大的組織之間的診斷帶來了困難。同時(shí)，隨著CT的使用，機(jī)架及掃描床等機(jī)械機(jī)構(gòu)之間由于長時(shí)間使用，不可避免有所磨損，也會(huì)影響CT檢查的精度。除此之外，工作負(fù)荷較重的CT出現(xiàn)故障的幾率會(huì)比較大。因此，工程師需要根據(jù)CT設(shè)備獨(dú)特的工作負(fù)荷和質(zhì)控結(jié)果來安排保養(yǎng)時(shí)間和項(xiàng)目。

4 總結(jié)

本文介紹了CT主要的質(zhì)控指標(biāo)及檢測方法，并通過對比日常質(zhì)控、周期性質(zhì)控和保養(yǎng)前后質(zhì)控的檢測數(shù)據(jù)，分析了影響CT圖像質(zhì)量的主要因素，并優(yōu)化了質(zhì)控方案，降低設(shè)備的故障率，保障醫(yī)療工作的正常進(jìn)行。

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[2] 亓恒濤,秦維昌,劉傳亞,等．CT機(jī)質(zhì)量控制檢測的探討[J]．醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志,2006,(9):89-92．

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Analysis and Discussion of CT Quality Control

GAO Hua-yong, CHAO Yong, LIU Shuai, MIAO Lu-rui, DONG Can, SHUAI Wan-jun

The First Affiliated Hospital of General Hospital of the PLA，Beijing 100048, China

本文闡述了CT設(shè)備質(zhì)量控制的主要指標(biāo)及檢測方法。通過對比日常質(zhì)控、周期性質(zhì)控和保養(yǎng)前后質(zhì)控的檢測數(shù)據(jù)，從中發(fā)現(xiàn)影響CT圖像質(zhì)量的因素，從而對CT設(shè)備的日常維修保養(yǎng)提供指導(dǎo)。

CT；質(zhì)量控制；圖像質(zhì)量

This paper introduces the primary indexes and test methods in CT quality control. Through comparing the data of daily quality control and periodic quality control, before and after the maintenance, we found the factors that infuence the image quality of CT, thus, daily maintenance could be guided.

CT; quality control; image quality

R197.39

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.06.003

1674-1633(2014)06-0008-03

2014-03-03

2014-03-28

全軍醫(yī)學(xué)科技青年培育項(xiàng)目(13QNP181)；軍事醫(yī)學(xué)計(jì)量專項(xiàng)(2011-JL3-013)。

本文作者：高華永，技師，主要研究方向?yàn)榇笮歪t(yī)學(xué)裝備管理、維護(hù)和計(jì)量檢測。

帥萬鈞，博士，高級(jí)工程師。

作者郵箱：gaohuayong@gmail．com