CT空間分辨率和低對比度分辨率的檢測及其影響因素

李庚，高關(guān)心，夏慧琳

（內(nèi)蒙古自治區(qū)醫(yī)院 醫(yī)療設(shè)備處，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

X射線計算機(jī)斷層攝影裝置(computed tomography或computerized tomography)簡稱CT。它是X射線成像技術(shù)的一次革命，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。它采用高速多功能的電子計算機(jī)系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)代圖像理論，獲得人體橫斷面的高清晰度圖像。它在臨床應(yīng)用的范圍也在發(fā)生不斷變化，從第一代CT機(jī)主要用于頭顱疾病診斷到現(xiàn)在的全身疾病診斷，提高了臨床診斷效果和醫(yī)療質(zhì)量。

目前，我國對各類醫(yī)療設(shè)備的質(zhì)量控制越來越重視，CT機(jī)作為最重要的一種醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，對其進(jìn)行使用前、使用中的質(zhì)量控制是十分有必要的。其主要意義有如下幾點(diǎn)：①保障CT機(jī)的成像質(zhì)量，提高臨床診斷的正確性，準(zhǔn)確性；② 加強(qiáng)對CT機(jī)X射線的控制，在保證CT機(jī)在臨床所必須的輻射劑量的前提下，盡可能做到保證患者接受合理的低劑量，以維護(hù)病人、醫(yī)務(wù)工作人員的健康；③對新購入的CT機(jī)實(shí)施使用前的檢測，可以做到對新購入的CT機(jī)的質(zhì)量把關(guān)，維護(hù)使用單位的利益；④ 為CT機(jī)的日常維護(hù)與校準(zhǔn)提供有效的依據(jù)[1]。

在《醫(yī)用診斷螺旋計算機(jī)斷層攝影裝置（CT）X射線輻射源檢定規(guī)程》(JJG1026—2007)中，CT機(jī)主要的檢測項目有：CT劑量指數(shù)（CTDI）、水的CT值、均勻性、噪聲水平、層厚、空間分辨率和低對比分辨率[2]。在這些檢測項目中，空間分辨率和低對比分辨率是CT機(jī)的比較重要的兩項指標(biāo)，下面將對這兩項指標(biāo)的檢測方法及影響因素做一個論述。

檢測工具采用美國體模實(shí)驗室(The phantom laboratory)制造的CT性能檢測體Catphan 500（如圖1）。

圖1 CT性能檢測體Catphan 500

1 空間分辨率的檢測方法及影響因素

1.1 定義

空間分辨率（spatial resolution）又稱高對比度分辨率（high contrast resolution），它是衡量CT圖像質(zhì)量的一個重要參數(shù)，是測試一幅圖像的量化指標(biāo)，是指在高對比度（密度分辨率大于10%）的情況下鑒別細(xì)微的能力，即顯示最小體積病灶或結(jié)構(gòu)的能力。它的定義是在兩種物質(zhì)CT值相差100HU以上時，能分辨最小的圓形孔徑或是黑白相間（密度差相同）的線對數(shù)，單位是mm或lp/cm。

其換算關(guān)系為：5÷lp/cm=可分辨的最小物體的直徑(mm)。

1.2 檢測方法

目前常用的檢測CT空間分辨率的方法有以下幾種：

1.2.1 調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）的截止頻率法。如圖2，此函數(shù)將圖像中對比度描述為一個空間頻率的函數(shù)，而被照物中的對比度假定為100%，所以它描述了成像過程中對比度的降低，于是截止頻率決定了分辨率的極限。此種方法都內(nèi)置于CT機(jī)系統(tǒng)中，用于自檢。系統(tǒng)可以自動計算并畫出調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）曲線，由此得出MTF在百分?jǐn)?shù)多少的線對值。MTF的百分?jǐn)?shù)越低，線對數(shù)越高。有的廠家技術(shù)參數(shù)表中給出的是MTF=0%時的數(shù)據(jù)，即截止頻率的數(shù)據(jù)，以顯示較高的空間分辨率。但是截止頻率的線對數(shù)是沒有實(shí)際意義的，一般應(yīng)采用MTF=5%或MTF=10%來判斷機(jī)器的空間分辨率[3]。

圖2 截止頻率法

1.2.2 分辨成排圓孔大小法。如圖3，可分辨的一組圓孔的大小，每組圓孔按彼此間的中心距離等于該組圓孔直徑的2倍的方式排列。

圖3 分辨成排圓孔大小法

1.2.3 分辨線對數(shù)法。如圖4，可分辨的一組黑白相間的線對的間距尺寸。不同線對數(shù)的線對卡,對應(yīng)不同的空間分辨率。共有21組，即1～21 lp/cm。

圖4 分辨線對數(shù)法

2 檢測步驟

2.1 定位

將模體置于掃描野中心，并使模體軸線垂直于掃描層面。將CT定位線定位于空間分辨率模塊所在層的中心位置。

2.2 設(shè)置掃描條件

選取被測CT內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)頭部條件；層厚10mm，若被測CT最大層厚小于10mm，則選取其最大層厚；視野（FOV）為25cm；掃描方式為單層軸向掃描。

2.3 按設(shè)置好的條件進(jìn)行掃描

2.4 圖像分析

調(diào)出掃描出的圖像，將窗寬調(diào)至最小(一般為0或1)，再調(diào)整窗位，找出能分辨清楚的最高一級線對，要求線對中每條線不能有斷缺和粘連。從而得出空間分辨率，若低于5 lp/cm，則判斷此項為不合格。如圖5中所示的這臺CT機(jī)的空間分辨率為7lp/cm。

圖5 空間分辨率為7lp/cm的CT機(jī)

3 CT空間分辨率的影響因素

(1) 探測器孔徑的寬窄，孔徑越窄，孔徑轉(zhuǎn)移函數(shù)越寬，空間分辨率就越高。

(2) 焦點(diǎn)尺寸，因焦點(diǎn)小的X線管產(chǎn)生窄的X射線，可獲得較高的空間分辨率。

(3) 探測器之間的距離，它決定了采樣間隔，間隔越小空間分辨率越高。

(4) 在圖像重建中選用的卷積濾波器的形式不同，空間分辨率也不同。

(5) X射線劑量、矩陣、層厚、像素大小，掃描裝置噪聲等對空間分辨率均有影響。層厚越薄，空間分辨率越高；但層厚越薄，噪聲就越大，低對比分辨率就會降低。

4 低對比分辨率的檢測方法及影響因素

4.1 定義

低對比分辨率（lower contrast resolution）又稱密度分辨率（density resolution）。這也是影響CT圖像質(zhì)量的一個重要參數(shù)，其定義是：當(dāng)細(xì)節(jié)與背景之間具有低對比度時，將一定大小的細(xì)節(jié)從背景中鑒別出來的能力。也就是能夠分辨兩種低密度差的物質(zhì)(一般其CT值為相差3～5HU)構(gòu)成的圓孔的最小孔徑大小，即可分辨的最小密度值。低對比度分辨率與X線劑量有很大關(guān)系，當(dāng)劑量大時低對比度分辨率會有所提高，因此在評價低對比分辨率時一定要了解使用的劑量，并且要和測量CT劑量指數(shù)(CTDI)時的值一致。

4.2 檢測方法

目前常用的檢測CT低對比度分辨率的方法是通過分辨不同直徑、深度的內(nèi)充低密度溶液的圓孔來檢測。以密度差（%）和孔徑（mm）來表示。CT機(jī)有較高的低對比度分辨率，其典型值為0.5%～1.0%。如圖6。

圖6 CT機(jī)低對比度分辨率的典型值為0.5%～1.0%

4.3 檢測步驟

4.3.1 定位。將模體置于掃描野中心，并使模體軸線垂直于掃描層面。將CT定位線定位于低對比度分辨率模塊所在層的中心位置。

4.3.2 設(shè)置掃描條件。選取被測CT內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)頭部條件；層厚10mm，若被測CT最大層厚小于10mm，則選取其最大層厚；視野（FOV）為25cm；掃描方式為單層軸向掃描；同時掃描模體中心位置的輻射劑量應(yīng)不大于50mGy。

4.3.3 按設(shè)置好的條件進(jìn)行掃描。

4.3.4 圖像分析。調(diào)出掃描出的圖像，觀察低對比度為0.5%的系列圓孔。在15mm的圓孔中選取一個感興趣區(qū)（ROI），測量并記錄其平均CT值和標(biāo)準(zhǔn)偏差（sd）值；在圓孔外側(cè)選取一個感興趣區(qū)（ROI），測量并記錄其平均CT值和標(biāo)準(zhǔn)偏差（sd）值。之后，按公式(1)、(2)調(diào)整窗寬（WW）、窗位（WL）。

觀察調(diào)整后的圖像，選出能看清楚的最小直徑的0.5%圓孔，從而得出低對比度分辨率。若高于5 mm，則判斷此項為不合格。如圖7中所示的這臺CT的低對比度分辨率為4 mm。

圖7 低對比度分辨率為4 mm的CT

4.4 CT低對比度分辨率的影響因素

(1) 噪聲的限制。噪聲越大，圖像中的顆粒度就越大，低對比度分辨率下降。

(2) X線劑量的大小。X線劑量加大，探測器吸收的光子量增加，信噪比提高，噪聲下降，低對比度分辨率上升。

[1]徐子琴.醫(yī)用X射線計算機(jī)斷層攝影裝置(CT)計量檢定的技術(shù)意義[J].醫(yī)療裝備,2005(7):13.

[2]JJG1026—2007.醫(yī)用診斷螺旋計算機(jī)斷層攝影裝置(CT)X射線輻射源檢定規(guī)程[S].北京:中國計量出版社,2007.

[3]石明國.醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2008:269-361.

[4]郝濤,羅宏.CT探測器的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2008,23(1):55-57.

[5]占杰,余曉鍔.CT空間分辨率自動檢測的研究與實(shí)踐[J].CT理論與應(yīng)用研究,2006(2):45-48.