CT設備質量控制檢測及其處置界限建立*

陳 堅 陳自謙* 劉冰川 付麗媛 鐘 群 肖 慧 許尚文

X射線計算機斷層掃描(X-ray computed tomography，CT)是目前重要的診斷設備之一，其性能可靠性、參數準確性及圖像質量對于疾病的準確診斷十分重要。由于X射線發生裝置性能隨時間發生老化衰減，數據采集系統受溫、濕度等環境影響變化較大，CT設備性能參數易產生漂移。因此，做好設備的定期質量控制檢測，設置質量控制檢測指標處置界限，并對CT設備進行校正，對于保證CT設備正常穩定運行至關重要。

目前，國際比較通用的CT檢測規范是由美國放射學會(American College of Radiology，ACR)和美國醫學物理學會(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)提出的質量控制檢測系列標準。AAPM和Catphan 500型CT性能檢測體模是目前醫用CT檢測使用較多的體模。為此，本研究于2018年3-10月，采用Catphan 500型CT性能檢測體模對飛利浦Brilliance iCT elite型CT進行質量控制檢測，依據國際與國內建立的標準體系，為醫用CT質量控制檢測提供重要參考依據，并建立CT質量控制檢測指標處置界限，為CT設備常規質量控制檢測提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 檢測器材及受檢設備

采用Catphan 500型CT性能檢測體模(美國模體實驗室)；Barracuda多功能X射線參數測試儀(瑞典奧利科公司)；76-414型160 mmCT劑量頭模(美國Victoreen公司)，DCT10長桿電離室(瑞典奧利科公司)，卷尺、CT自帶水模。受檢設備為飛利浦Brilliance iCT elite型128排256層CT(荷蘭飛利浦公司)，2018年3月投入使用。

1.2 環境條件及體模擺位

(1)檢測環境。①環境溫度為20～22 ℃；②相對濕度為40%～70%；③大氣壓力為1000～1030 hPa；④電源電壓為(380±10)V。

(2)CT劑量體模擺位。將CT劑量體模水平放置于頭托上，長桿電離室置于體模中心位置，調整檢查床位置使長桿電離室中心與掃描野X軸、Y軸及Z軸中心重合(如圖1所示)。

圖1 CT劑量頭模擺位示意圖

(3)Catphan 500型性能檢測體模擺位。將Catphan 500型性能檢測體模置于檢查床面，外沿與床板平齊，體模懸空于床板外，調整體模位置使其在X軸、Z軸方向水平，調整檢查床高度，使體模位于掃描野中心。前進體模使體模上方第一個定位點位于內定位燈中點，并將檢查床位置設置為0(如圖2所示)。

圖2 Catphan 500型CT性能檢測體模擺位示意圖

1.3 掃描參數與方法

(1)掃描參數。①管電壓為120 kV，管電流為250 mAs；②掃描方式為斷層掃描；③旋轉時間為1 s，視野(field of view，FOV)為250 mm；④重建算法為標準算法，準直器寬度為16×0.625，重建矩陣為512×512，掃描層厚為10 mm。骨算法重建時掃描層厚為5 mm。

(2)掃描方法。CT劑量體模分別調整電離室位置于頭模中心、0°、90°、180°及270°共5個位置分別掃描并記錄CT劑量指數(computed tomographic dose index，CTDI)值。Catphan 500型性能檢測體模先掃描CTP401體模層面，通過觀察該層面23°金屬斜線是否完全對稱，確定定位是否準確，準確定位該層面后分別前進30 mm、70 mm及110 mm掃描獲得另外三幅圖像(如圖3所示)。

圖3 Catphan 500型CT性能檢測體模掃描層面圖像

1.4 質量控制檢測指標測算

1.4.1 CT加權劑量指數

將CT劑量體模5次掃描記錄的CTDI值代入公式1計算獲得CT加權劑量指數(CTDIw)：

式中CTDIw為CT加權劑量指數，CTDIc為劑量頭模中心測量的CTDI100，CTDIp為劑量頭模外圍4個點的平均測量CTDI100。

1.4.2 空間分辨率

分別調整標準算法和骨算法圖像，適當放大圖像，調整窗位窗寬至能夠分辨周期性細節的最大線對。

1.4.3 密度分辨率

測量的目標物質。測量其CT值及標準差，在其邊上選取同樣大小區域測量CT值及標準差，調整窗寬窗位至計算值為公式2：

窗寬=CT目標-CT背景+5 SDmax；

式中SDmax為目標和背景CT值中的最大SD。

確定能分辨的最小圓柱直徑，以能看到圓面積的80%為有效，記錄密度差及直徑大小(如圖4所示)。

圖4 Catphan 500型CT性能檢測體模密度分辨率測量圖像

1.4.4 定位光精度

掃描CTP401體模層面時初次定位0位與最終獲得準確定位圖像時，床位的距離差為定位光精度。

1.4.5 層厚偏差

層厚偏差測量。測量斜線附件區域CT值設為背景窗位，調整圖像窗寬到最小，分別記錄4條23°斜線消失的窗位，背景窗位和斜線消失的窗位的平均值為測量窗位，將窗寬到最小，測量斜線長度，平均長度即為半高寬(full width at half maximum，FWHM)，實測層Z=0.42×FWHM(如圖5所示)。

圖5 Catphan 500型CT性能檢測體模檢測層厚偏差測量圖像

1.4.6 CT值線性測量

分別測量空氣、聚丙乙烯、尼龍以及聚四氟乙烯4種材質及體模外圍空氣CT值(如圖6所示)。

圖6 CT值線性測量圖像

測得CT值的總體方差和衰減系數/CT值協方差，按以下公式進行比較，Varp(CTvalue)÷Cov(μ，CTvalue)，測得比值為CT值線性，體模材質的衰減系數及標準CT值見表1。

1.4.7 噪聲及CT值均勻性

選取體模中心及四周共5個點，ROI 300 mm2左右，測量CT值及SD，中心測量點與四周最大的CT值差為CT值均勻性HU，噪聲=SD/1000×100%(如圖7所示)。

表1 CTP401模塊4種CT值及其μ值

圖7 Catphan 500型CT性能檢測體模噪聲及CT值均勻性測量圖像

1.4.8 診斷床運動精度

診斷床做好標記，使用按鈕前進300 mm，用卷尺測量距離并記錄偏差，再將診斷床退回原來位置，同樣用卷尺測量誤差并記錄。

1.4.9 水的CT值測量

由于Catphan 500型性能檢測體模對水的CT值檢測欠佳，需使用機器自帶水模，標準頭部質量控制掃描協議(Head STD QA-2D)條件，測量水的CT值并記錄(如圖8所示)。

圖8 機器自帶水模檢測水的CT值圖像

1.5 處置界限標準

在設備運行狀態良好的情況下，對飛利浦Brilliance iCT elite 128排CT連續檢測，綜合國家標準GB/T-17589-1998、軍隊標準JJG961-2001和JJG1026-2007等，CT機的質量控制檢測計量檢定規程及文獻[6-11]設置處置界限：CTDIw變化≤5%；空間分辨率標準算法應≥7 LP/cm，骨算法應≥9 LP/cm；密度分辨率檢測可分辨對比度差異0.5%圓柱的直徑≤4 mm；定位光精度≤1 mm；層厚偏差≤1 mm，噪聲≤0.4%，CT值均勻性≤4 HU；水的CT值≤±4 HU，診斷床運動精度≤1 mm，CT值線性應在(1.9±0.1)×10-4范圍內。

表2 Brilliance iCT Elite質量控制檢測結果

2 結果

基于Catphan 500型CT性能檢測體模及當前通用的CT行業標準[1-5]對Brilliance iCT elite型128排CT進行6次質量控制檢測，其中第一次檢測時由于設備故障無法使用定位燈，未測得定位光精度。

2.1 Brilliance iCT Elite質量控制檢測

(1)CTDIw均值為(44.787±0.645)mGy，最大偏差1.68 mGy，處置界限為CTDIw變化≤5%；空間分辨率檢測結果標準算法均為7 LP/cm，骨算法應均為9 LP/cm，處置界限應分別≥7 LP/cm和≥9 LP/cm。

(2)密度分辨率檢測均可分辨4 mm 0.5%密度差異的圓柱(表2中以≤mm@0.5%表示)，其中3次可分辨3 mm 0.5%密度差異的圓柱，處置界限為可分辨直徑≤4 mm 0.5%密度差異的圓柱；定位光精度檢測結果≤1 mm，處置界限應≤1 mm。

(3)層厚偏差檢測結果均≤0.59 mm，處置界限應≤0.6 mm；噪聲檢測結果均≤0.38%，處置界限應≤0.4%；CT值均勻性檢測結果均≤1.3 HU，CT值均勻性處置界限應≤2 HU。

(4)水的CT值檢測結果≤±3.6 HU，處置界限應≤±4 HU；診斷床運動精度均為0 mm，處置界限為≤1 mm；CT值線性檢測結果在(1.95±0.01)×10-4范圍內，處置界限(1.95±0.02)×10-4，見表2。

表3 Brilliance iCT Elite CT值線性檢測結果

2.2 Brilliance iCT Elite CT值線性檢測

測量聚丙乙烯、空氣、聚四氟乙烯以及低密度聚乙烯4種材質及體模外圍空氣CT值的結果顯示：①丙烯酸CT值均值及最大偏差分別為(123.516±2.588)HU和6 HU；②空氣CT值均值及最大偏差分別為(-992.9±12.516)HU和33 HU；③聚四氟乙烯CT值均值及最大偏差分別為(934.983±10.168)HU和29.9 HU；④低密度聚乙烯C T值均值及最大偏差分別為(-92.083±3.832)HU和9.5HU；⑤外圍空氣CT值均值及最大偏差分別為(-999.2±0.807)HU和2.3HU。CT值線性檢測結果在(1.95±0.01)×10-4范圍之內，見表3。

3 討論

CT是目前使用最多的影像設備，對于診斷十分重要，國內外均較早開展了CT質量控制檢測。目前國外主要有ACR標準、AAPM標準及美國電氣制造業協會(National Electrical Manufacturers Association，NEMA)標準等，國內主要有GB9706.18-2006/IEC 60601-2-44：2002“醫用電氣設備(第2部分)：X射線計算機體層攝影設備安全專用要求”、JJG 1026-2007“醫用診斷螺旋計算機斷層攝影裝置(CT)X射線輻射源檢定規程”、“醫用診斷X射線計算斷層攝影裝置(CT)臨床應用質量檢測技術規范(試行)”和“GB17589-2011X射線計算機斷層攝影裝置質量保證檢測規范”等國家和行業標準。由于醫院運行模式和檢查工作流程不同，CT質量控制檢測在國外有些醫院能做到一周一檢，甚至每日一檢，國內目前一般在驗收前進行驗收檢測，運行周期內僅1～2年一檢，進行一次狀態檢測，檢測頻次較低。隨著近年來新的CT設備電氣性能穩定性較之前大幅提高，檢測中發現CT設備性能偏移較小，因此應每3～6個月檢測一次，并且建議在更換主要配件后進行一次檢測，以保障設備性能[12-14]。

目前，CT的質量控制檢測項目主要包括CTDIw、空間分辨力、密度分辨力、定位光精度、層厚、CT值線性、CT值、噪聲、均勻性以及檢查床移動精度。眾所周知，CT劑量越大則密度分辨率越高，同時增加了受檢者電離輻射傷害，因此需要選擇合適的X射線劑量使之既能滿足診斷需要又盡量減少受檢者輻射，CTDIw檢測保障X射線輸出劑量與標稱劑量的一致性，周期性檢測還能監控輸出劑量的穩定性，其受到X射線球管燈絲及陽極靶面老化、高壓發生器及準直器影響，目前主要廠商在設備保養時已開展燈絲校正保障X射線輸出穩定[15]。

本研究CT為新安裝設備，在檢測周期內輸出穩定，結果符合標準要求。空間分辨力反映了設備分辨細小組織的能力，CT質量控制檢測中通過檢測層面能夠區分的最大線對數表示，一般檢測標準算法及高分辨率算法，其主要受物理探測器、準直器等硬件及重建矩陣、重建算法等影響，如本研究中當使用1024×1024重建矩陣，骨重建算法時最大可分辨11 LP/cm的線對，當該檢測參數產生偏移時應首先檢查掃描參數設置，排除后可聯系廠商檢查硬件指標是否偏離。密度分辨力反映了設備分辨最小密度差異的能力，與CT值線性、CT值、噪聲及均勻性相關聯，決定設備區分不同組織、區別組織成分的能力，這些檢測指標受探測器性能，數據采集系統、數據傳輸系統、數據重建系統等硬件影響[16-17]。由于現代CT探測器由多個模塊組合而成，模塊之間存在性能差異，隨時間變化的幅值也不同，因此需要定期進行空氣校正及CT值校正，同時掃描野內的碘對比劑及受檢者體液殘留也會造成圖像偽影及檢測指標的偏離，應定期清潔。圖像重建算法也對這些檢測指標結果產生重大影響，故檢測結果偏差時應首先考慮參數設置問題再排除硬件故障[18-19]。

本研究中受檢設備的CT值線性、CT值、噪聲及均勻性檢測結果偏差均極小，且符合標準要求，3次密度分辨率檢測結果可分辨3 mm 0.5%密度差異的圓柱，另3次檢測結果為4 mm 0.5%密度差異的圓柱，均符合檢測標準要求，考慮為檢測時間與校正時間的間隔不同，以及體模定位時細微的偏差所致。定位光精度、層厚及檢查床移動精度決定了病灶的定位，病灶的大小，其主要受準直器、激光燈、驅動電機編碼器等硬件影響，如檢測指標超出范圍應及時聯系設備廠商校正或更換相應部件。

處置界限的建立方法。設備安裝并投入使用之后，在正常運行狀態下，檢測環境及條件與檢查患者時保持一致，通過連續多次檢測建立設備運行基線。由于相關國家標準及行業標準都考慮了不同廠商型號設備性能偏差，處置界限取值范圍一般較大，而現有CT機正常狀態下偏差值極小，可根據不同廠商、不同設備型號設備的檢測結果設定處置界限，縮小處置界限范圍，如由于標準算法及骨算法MTF函數取值不同，GE CT機上標準算法空間分辨率一般可達9 LP/cm，骨算法空間分辨率可達11 LP/cm，而本研究受檢設備分別為7 LP/cm和9 LP/cm。此外，從醫院CT、磁共振連續檢測結果而言，檢測的時間跨度越小，性能參數變化值就會越小，得到的處置界限的范圍也會較小，因此應建立處置界限時增加檢測頻次。本研究的檢測時間間隔由3個月縮短到6周，得到的處置界限范圍也較常規標準縮小。

本研究基于Catphan 500型CT性能檢測體模對CT的關鍵質量控制參數進行了檢測，介紹了檢測方法，展示了檢測結果，建立了處置界限，設備運行狀態良好的情況下，質量控制檢測指標均圍繞建立的基線波動，處置界限的建立有助于更早發現設備性能漂移，及時做出干預及處置，與定期的維護保養相結合，保障設備良好運行及圖像的準確可靠。同時也為后續本項目組研究的CT動態心血管體模及其建立CT心血管成像臨床應用軟件質量控制檢測技術規范奠定了基礎。