不同CT性能模體低對比分辨力檢測結(jié)果探討

尤 良

1 目的

根據(jù)1999年6月實(shí)施的中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17589-1998《X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置影像質(zhì)量保證檢測規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)規(guī)定，可通過在特定條件下對低對比度性能模體掃描、并對獲得的影像來評價(jià)CT裝置的低對比度物質(zhì)分辨能力。

由于低對比度分辨力是影響CT圖像質(zhì)量的重要參數(shù)之一，在實(shí)際檢測中發(fā)現(xiàn)使用常用的兩種低對比度分辨力模體在同一臺CT裝置上以相同掃描條件測試獲得的低對比度分辨力有差別。所以通過對兩種低對比度分辨力模體的比對測試、結(jié)果分析，找出產(chǎn)生低對比度分辨力差別的原因，避免今后在實(shí)際測量中出現(xiàn)誤差。

2 方法

2.1 性能體模

常用的CT低對比度分辨能力檢測性能模體是美國體模實(shí)驗(yàn)室或德國IBA Dosimetry制造的Catphan 500性能測試模體和美國原子能協(xié)會制造的Victoreen76-421性能測試模體。

2.1.1 Catphan 500低對比度分辨力測試模體組件(CTP515)（見圖1）結(jié)構(gòu)

圖1圓形模塊直徑15 cm、厚4 cm，內(nèi)外兩組低密度孔徑(呈放射狀分布)。內(nèi)圈孔陣分為三組，每組對比度分別為0.3%、0.5%、1.0%，每組四個(gè)孔，直徑分別是3 mm、5 mm、7 mm、9 mm，孔深分別為3 mm、5 mm、7 mm。外圈孔陣分為三組，每組對比度分別為0.3%、0.5%、1.0%；每組九個(gè)孔，直徑分別是2 mm、3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、7 mm、8 mm、9 mm、15 mm，孔深均為40 mm。

圖1 Catphan 500低對比度模體組件

2.1.2 Victoreen76-421低對比度分辨力測試模體組件（見圖2）結(jié)構(gòu)

圖2圓形模塊直徑14.6 cm，厚2.5 cm，圓模上分布11組孔，每組孔由4～5個(gè)相同孔組成，每組孔相鄰孔中心距離分別為2.5 mm、3.0 mm、3.5 mm、4.0 mm、4.5 mm、5.0 mm、5.5 mm、6.0 mm、6.5 mm、7.0 mm、7.5 mm；圓形模塊兩側(cè)由透明有機(jī)玻璃板夾住，孔內(nèi)充滿蒸餾水；在120 kV掃描條件下對比度為0.3%。

圖2 Victoreen76-421低對比度模體組件

2.2 檢測方法

2.2.1 Catphan 500低對比度分辨力測試模體組件測試

(1)用CT機(jī)頭部掃描條件（CTDI100中心劑量指數(shù)≤40 mGy）對放置在水等效組織中的該組件進(jìn)行10 mm層厚斷層掃描，圓形模塊影像應(yīng)置掃描視野中心位置，并使模體組件軸線與掃描層面垂直，所掃描區(qū)域周圍不應(yīng)有影響射線束的其它物質(zhì)存在。

(2)在掃描后的影像上對孔內(nèi)水等效組織和孔附近的模體組件分別用約100 mm2感興趣區(qū)域（ROI）測出孔內(nèi)水的CT值（CTw）、模體組件的CT值（CTm）和兩者最大的標(biāo)準(zhǔn)差(SDmax)(見圖3)。根據(jù)測得的CTw、CTm、SDmax數(shù)值，按公式WL=(CTw＋CTm)÷2和WW=(CTm－CTw)＋5SDmax計(jì)算得到的窗寬(WW)和窗位(WL)調(diào)節(jié)Catphan 500低對比度分辨力測試模體組件影像，記錄外圈三組對比值孔中與CTm和CTw絕對差值最接近的一組孔里可分辨的最小孔徑KD值。

圖3 Catphan 500低對比度測試影像圖

2.2.2 Victoreen76-421低對比度分辨力測試模體組件測試

⑴用CT機(jī)頭部掃描條件（CTDI100中心劑量指數(shù)≤40 mGy）對放置在水等效組織中的該組件進(jìn)行10 mm層厚斷層掃描，圓形模塊影像應(yīng)置掃描視野中心位置，并使模體組件軸線與掃描層面垂直，所掃描區(qū)域周圍不應(yīng)有影響射線束的其它物質(zhì)存在。

⑵在掃描后的影像上對棱形孔內(nèi)水等效組織和棱形孔附近的模體組件分別用約100 m2感興趣區(qū)域(ROI)測出孔內(nèi)水CT值(CTw)、模體組件的CT值(CTm)和兩者最大的標(biāo)準(zhǔn)差(SDmax)(見圖4)。根據(jù)測得的CTw、CTm、SDmax數(shù)值，按公式WL=(CTw＋CTm)÷2和WW=(CTm－CTw)＋5SDmax計(jì)算得到的窗寬(WW)和窗位(WL)調(diào)節(jié)Victoreen76-421低對比度分辨力測試模體組件影像，記錄該模體組件影像中11組孔里可完全分辨該組5個(gè)孔時(shí)的最小一組孔徑KD值。

圖4 Victoreen76-421低對比測試影像圖

2.3 計(jì)算

由于在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17589-1998《X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置影像質(zhì)量保證檢測規(guī)范》中規(guī)定，在對比度為0.6%時(shí)使用狀態(tài)下的低對比度分辨力至少應(yīng)達(dá)到5.6 mm，但每臺設(shè)備每次測量的實(shí)際對比度不一定是0.6%，因此都必須進(jìn)行換算（見表1、見表2、見表3）。

2.3.1 孔位與孔經(jīng)對應(yīng)關(guān)系

表1 Catphan 500孔位與孔經(jīng)對應(yīng)關(guān)系

表2 Victoreen76-421孔位與孔經(jīng)對應(yīng)關(guān)系

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)要求

表3 國家標(biāo)準(zhǔn)要求表

2.3.3 換算公式

標(biāo)準(zhǔn)條件下實(shí)際分辨力=[K D×(C T m－CTw)÷10]÷0.6

式中KD=實(shí)際測試孔經(jīng)（mm）；CTm=孔外模體CT值；CTw=孔內(nèi)水CT值

3 結(jié)果

3.1 在相同掃描條件下對8臺CT裝置分別使用Catphan 500（以下用C表示）和Victoreen76-421（以下用V表示）進(jìn)行低對比度分辨力模體測試，其結(jié)果分為用C實(shí)測的孔徑mm（表中以Cmm表示）和換算到0.6%對比度下的低對比度分辨力（表中以CHmm表示）、用V實(shí)測的孔徑mm（表中以Vmm表示）和換算到0.6%對比度下的低對比度分辨力（表中以VHmm表示），以及用CH/VH差值表示在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定約0.6%對比度下用C和V實(shí)測換算后的低對比度分辨力差值(見表4)。

3.2 對上表中數(shù)據(jù)分析后可提出以下問題

為什么用C模體測試評價(jià)低對比度分辨力可達(dá)到國家驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，而用V模體測試評價(jià)低對比度分辨力卻不能符合國家驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)？為什么兩種模體實(shí)測結(jié)果會有偏差？為什么V模體的實(shí)測對比度超過了1%？

4 結(jié)論

⑴C模體組件觀察低對比度最小可分辨孔時(shí)的認(rèn)定范圍較V模體組件寬。C模體組件觀察低對比度最小可分辨孔是以能見到該孔徑的孔影像為準(zhǔn)，無論是一小點(diǎn)或是一個(gè)完整的圓斑，認(rèn)定點(diǎn)是個(gè)范圍，較難統(tǒng)一和規(guī)范；而V模體組件觀察低對比度最小可分辨孔是以能同時(shí)見到該組全部孔影像為準(zhǔn)，觀察認(rèn)定方式較容易統(tǒng)一和規(guī)范。所以兩種模體實(shí)測結(jié)果會有一些偏差，理論上講用V模體組件觀察低對比度最小可分辨孔的精度要高些。

⑵從V模體組件結(jié)構(gòu)可以看出，最小孔徑為2.5 mm，在實(shí)際測試中CT裝置可分辨的低對比度最小孔徑均已達(dá)到模體上最小孔徑極限；換句話說，CT裝置的實(shí)際低對比度最低分辨力可能是2.0 mm或更小孔經(jīng)的孔，但限于V模體組件上沒有更小孔徑的測量孔，而且只有一種對比度孔，從而導(dǎo)致低對比度分辨力不能滿足實(shí)際驗(yàn)收測試的需求。而在C模體組件上低對比度最小孔徑為2.0 mm，滿足了實(shí)際測量的需求。

⑶從C模體組件結(jié)構(gòu)可以看出，它不僅具有2.0 mm的低對比度分辨力孔，而且還具有三種對比度的測試孔，大大增加了低對比度分辨能力評價(jià)范圍。例如當(dāng)在1%對比度時(shí)可分辨已達(dá)到或接近最小的孔經(jīng)，則可改為在5%對比度的孔經(jīng)上觀察，甚至可改為在3%的對比度的孔經(jīng)上觀察，這樣實(shí)際是加大了對低對比度測試的適應(yīng)范圍。

⑷該V模體的實(shí)測對比度超過了1%的狀況是否屬特殊性或有其它因素影響還在分析研究中，但可明確認(rèn)為低對比度分辨力測試應(yīng)選擇C模體組件Catphan 500為宜。

表4 實(shí)測和換算到0.6%對比度下的低對比度分辨力情況統(tǒng)計(jì)和結(jié)果比較

[1]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB/T17589-1998,X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置(CT)影像質(zhì)量保證檢測規(guī)范[S].北京：中華人民共和國衛(wèi)生部,1998.

[2]中華人民共和國國家計(jì)量檢定規(guī)程.JJG 1026-2007,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[S].北京:國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,2007.

[3]Chao EH, Toth TL, Bromberg NB, et al. A statistical method of defining low contrast detectability[J].Radiology,2000,217:162.

[4]Chritoph S, Will A, Kalender JM. Low contrast resolution phantom for CT[J]. Med Phys,1999,6(2):296-302.

[5]聶聰.多層CT探測器的發(fā)展[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2008,5(7):68-71.

[6]楊克檉,林木炎,林意群,等.CT低對比度分辨力性能檢測體模分析[J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志,2002,19(1):24-25.