西門子CT模擬機(jī)CT值線性的穩(wěn)定性分析

任軍，時(shí)飛躍，柏正璐

南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院（南京市第一醫(yī)院） a.醫(yī)學(xué)影像科；b.腫瘤放療中心；c.醫(yī)療設(shè)備處，江蘇 南京 210006

引言

大孔徑放療CT模擬機(jī)在放療領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。為了保證CT圖像質(zhì)量以及定位的精確性，放療CT模擬機(jī)必須由物理師對(duì)其作定期的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制檢驗(yàn)[1]。Catphan模體由于其使用方便，一次定位后可連續(xù)多層掃描等優(yōu)點(diǎn)，常被用于CT設(shè)備的質(zhì)控檢測(cè)中[2]。物質(zhì)CT值和CT值線性的測(cè)量，是CT設(shè)備質(zhì)量控制和質(zhì)量保證的重要內(nèi)容。理想的CT系統(tǒng)，物質(zhì)的CT值與其對(duì)應(yīng)的線性衰減系數(shù)μ應(yīng)呈線性關(guān)系[3]。CT值線性作為質(zhì)量保證的重要參數(shù)，可反映設(shè)備的性能，CT值線性不好會(huì)直接導(dǎo)致圖像出現(xiàn)偽影，嚴(yán)重時(shí)影響診斷，對(duì)于大孔徑放療CT模擬機(jī)，將影響患者腫瘤靶區(qū)勾畫(huà)和放療劑量計(jì)算[4]。因此，為綜合評(píng)價(jià)CT值的準(zhǔn)確性，保證CT設(shè)備的成像質(zhì)量，有必要對(duì)CT值線性進(jìn)行檢測(cè)。本研究工作，通過(guò)使用Catphan504模體對(duì)2014～2015年兩年中每月檢測(cè)的所有CT值線性數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，使用兩種方式對(duì)CT值線性進(jìn)行評(píng)估，評(píng)價(jià)該西門子CT模擬機(jī)CT值線性的穩(wěn)定性。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

西門子Sensation Open CT模擬機(jī)，機(jī)架孔徑為82 cm。Catphan504性能模體，模體為圓柱體，內(nèi)部直徑15 cm，外部直徑20 cm，長(zhǎng)約25 cm[5]。內(nèi)嵌模塊CTP404厚約4 cm，在水平和垂直方向嵌有兩條斜線和8個(gè)圓柱形插件[6]。該模塊含有7種直徑1.25 cm的不同物質(zhì)小圓柱體樣品，選取其中四種物質(zhì)進(jìn)行分析，分別為空氣（Air，模仿人體氣腔），低度聚乙烯（LDPE），丙烯酸（Acrylic，模仿人體軟組織）和聚四氟乙烯（Te flon，模仿人體骨骼）。對(duì)于臨床上常使用的120 kV CT球管峰值電壓，對(duì)應(yīng)的等效單能光子能量為66 keV，上述4種物質(zhì)的線性衰減系數(shù)（66 keV）分別為0、0.177、0.219和0.374 cm-1，對(duì)應(yīng)的標(biāo)稱CT值分別為-1000、-100、120和990 HU。

1.2 檢測(cè)方法

每月使用Catphan504模體對(duì)Sensation Open CT模擬機(jī)進(jìn)行質(zhì)控檢測(cè)。把Catphan504模體懸掛在配套木箱上，將木箱放置在CT掃描床上，使模體部分懸空。采用頭部常規(guī)序列（HeadSeq）協(xié)議掃描，參數(shù)為：管電壓120 kV，層厚10 mm，視野（FOV）220 mm。使用DoseLab質(zhì)控分析軟件對(duì)2014年1月至2015年12月的24張CTP404模塊的CT圖像進(jìn)行分析，分別獲取CTP404模塊中4種物質(zhì)感興趣區(qū)域（ROI）的平均CT值，通過(guò)計(jì)算分析CT值線性的變化。

2 結(jié)果

2.1 4種物質(zhì)的CT值

Catphan504的CTP404模塊中4種物質(zhì)在2014年1月至2015年12月的24次CT月檢結(jié)果中的CT值列出如下。Air、LDPE、Acrylic和Te flon四種物質(zhì)的CT值（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）分別為（-1010.89±0.54）、（-94.25±0.82）、（123.50±0.75）和（944.54±1.83）HU。兩年的24次檢測(cè)中4種物質(zhì)的CT值比較穩(wěn)定。

2.2 對(duì)比度標(biāo)度

對(duì)比度標(biāo)度為CT值變化一個(gè)單位時(shí)所對(duì)應(yīng)的X射線衰減系數(shù)的變化值[7-8]。Catphan504使用手冊(cè)給出的計(jì)算公式為：CS=(μ1-μ2)/(CT1-CT2)。以4種已知物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)線衰減系數(shù)為橫坐標(biāo)，測(cè)量所對(duì)應(yīng)的CT值為縱坐標(biāo)，分別標(biāo)明在坐標(biāo)上得到4個(gè)點(diǎn)，得到線性擬合直線Y1=K1X+B1。根據(jù)定義，擬合得到的直線斜率的倒數(shù)即為CT的對(duì)比度標(biāo)度[9]。2014～2015年采用HeadSeq掃描協(xié)議得到的24次月檢結(jié)果中CT對(duì)比度標(biāo)度結(jié)果，見(jiàn)圖1。其中平均值、最大值、最小值分別為1.913×10-4，1.917×10-4和1.909×10-4cm-1·HU-1。

2.3 檢測(cè)CT值和標(biāo)稱CT值的線性及相關(guān)系數(shù)R

以標(biāo)稱CT值為橫坐標(biāo)，檢測(cè)CT值為縱坐標(biāo)，畫(huà)圖并使用公式Y(jié)2=K2X+B2擬合。其中，線性擬合數(shù)據(jù)中的直線斜率K2和相關(guān)系數(shù)R同為CT值線性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。斜率K2與相關(guān)系數(shù)R在24個(gè)月中的變化（圖2～3）。斜率K2的平均值、最大值和最小值數(shù)據(jù)分別為0.9830，0.9852和0.9812，相關(guān)系數(shù)R均＞0.999。

圖1 CT對(duì)比度標(biāo)度在24個(gè)月中的變化

圖2 測(cè)量CT值與標(biāo)稱CT值的斜率在24個(gè)月中的變化

圖3 測(cè)量CT值與標(biāo)稱CT值的相關(guān)系數(shù)R在24個(gè)月中的變化

3 討論

物質(zhì)的CT值與其X射線線性衰減系數(shù)之間具有線性關(guān)系，是CT設(shè)備正確成像的物理基礎(chǔ)[10]。在日常工作中，需要通過(guò)對(duì)CT值線性的分析來(lái)評(píng)估CT值的變化。描述CT值線性有兩種方式，一是由對(duì)比度標(biāo)度來(lái)描述CT值線性；另一種是對(duì)4種物質(zhì)CT值的測(cè)量值和其標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行線性擬合，以擬合的直線方程斜率及相關(guān)系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)CT值線性[10-11]。

由結(jié)果2.2節(jié)可知，2014年1月至2015年12月該CT模擬機(jī)CT對(duì)比度標(biāo)度的最大值和最小值分別為1.917×10-4和1.909×10-4cm-1·HU-1。按照我國(guó)軍隊(duì)CT應(yīng)用質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)審規(guī)范，對(duì)比度標(biāo)度范圍為（1.9±0.1）×10-4cm-1·HU-1[12]。依照此標(biāo)準(zhǔn)，該CT模擬機(jī)24次月檢結(jié)果的CT對(duì)比度標(biāo)度均符合要求。

由結(jié)果2.3節(jié)可知，檢測(cè)CT值和標(biāo)稱CT值的斜率的最大值和最小值分別為0.9852和0.9812，相關(guān)系數(shù)R的最小值為0.99970。參照美國(guó)輻射防護(hù)和測(cè)量委員會(huì)（NCRP）和美國(guó)醫(yī)學(xué)物理師協(xié)會(huì)（AAPM）推薦的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：K=l±0.05，相關(guān)系數(shù)R≥0.99[13]。依照此標(biāo)準(zhǔn)，該CT模擬機(jī)24次月檢結(jié)果中檢測(cè)CT值和標(biāo)稱CT值的斜率和相關(guān)系數(shù)R均符合要求。

本文分別采用兩種不同的方法作為CT值線性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，得出的結(jié)論相同，表明該CT 模擬機(jī)兩年中CT值線性的穩(wěn)定性很好。我國(guó)2011年發(fā)布的GB17589-2011《X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置質(zhì)量保證檢測(cè)規(guī)范》中，相比1998年規(guī)范新增了CT值線性的檢測(cè)內(nèi)容，規(guī)定CT值線性在驗(yàn)收檢測(cè)時(shí)要求各物質(zhì)標(biāo)稱CT值與測(cè)量CT值的最大偏差＜50 HU，狀態(tài)檢測(cè)時(shí)＜60 HU，穩(wěn)定性檢測(cè)暫未給出評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)結(jié)果2.1節(jié)的數(shù)據(jù)，24次CT月檢結(jié)果中的4種物質(zhì)標(biāo)稱CT值與檢測(cè)CT值的偏差均＜50 HU，符合驗(yàn)收檢測(cè)和狀態(tài)檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。

CT值線性受很多因素影響，不同的設(shè)備，或是同一設(shè)備在不同的檢測(cè)條件下，CT值的線性都會(huì)有所不同[14]。本研究使用的Catphan模體是廣泛用于檢測(cè)CT設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)（包括CT值線性）的模體，采用的掃描協(xié)議是標(biāo)準(zhǔn)頭部掃描條件的HeadSeq掃描協(xié)議。HeadSeq掃描協(xié)議對(duì)應(yīng)的最大FOV為300 mm，本研究中采用接近模體圓柱直徑（200 mm）的220 mm視野（FOV），對(duì)應(yīng)的矩陣像素大小為0.4297 mm×0.4297 mm。放療患者CT模擬定位通常采用較大的FOV，例如500 mm，對(duì)應(yīng)的像素大小為0.9766 mm×0.9766 mm。圖像矩陣一定的情況下，較大的FOV對(duì)應(yīng)較大的像素。ROI面積相同的情況下，較大FOV情形ROI包含的像素個(gè)數(shù)較少，這對(duì)ROI區(qū)域的平均CT值有輕微的影響。使用放療胸部、放療乳腺和放療腹部3種掃描協(xié)議，我們對(duì)Catphan模體中7種物質(zhì)在FOV為220 mm和500 mm兩種情形的CT值進(jìn)行了比較，CT值差異較小，最大相差僅約3 HU。X射線球管電壓決定了發(fā)射X射線的硬度，即X射線光子的能量。對(duì)同一種物質(zhì)，其對(duì)X射線的衰減系數(shù)與X射線的能量相關(guān)，因此物質(zhì)的CT值隨管電壓而變化。鄭慶增等[15]的研究結(jié)果表明，不同管電壓對(duì)低密度組織等效插件的CT值影響較小，對(duì)較高密度的組織等效插件的CT值影響較大。張連宇等[14]的研究結(jié)果表明，對(duì)Air、LDPE及Acrylic三種物質(zhì)，CT值隨著管電壓的升高增加，而對(duì)Te flon，CT值隨管電壓的增加而降低。

由數(shù)據(jù)結(jié)果和上述討論可見(jiàn)，該西門子Sensation Open CT模擬機(jī)CT值的線性，在兩年時(shí)間里非常穩(wěn)定，符合臨床使用的要求。CT值線性用于不均勻性組織密度的確定，是保證圖像質(zhì)量的重要參數(shù)，工作人員應(yīng)當(dāng)定期檢測(cè)CT設(shè)備的CT值線性，從而更好地服務(wù)廣大患者[16]。

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