MSCT成像系統(tǒng)的質(zhì)量控制檢測(cè)與質(zhì)量管理

葉培筠，梁永剛，陳佳敏，陳楚潔，付麗媛

1.福建中醫(yī)藥大學(xué)福總教學(xué)醫(yī)院 放射診斷科，福建 福州 350025；2.聯(lián)勤保障部隊(duì)第900醫(yī)院 放射診斷科，福建 福州 350025

引言

計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)（Computed Tomography，CT）是目前最重要的醫(yī)學(xué)影像檢查設(shè)備之一，被廣泛應(yīng)用于疾病診斷、監(jiān)護(hù)和手術(shù)導(dǎo)航等領(lǐng)域，極大地促進(jìn)了影像醫(yī)學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展[1-3]。為確保醫(yī)療安全，保證圖像質(zhì)量及參數(shù)準(zhǔn)確，需要定期對(duì)CT設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量控制檢測(cè)，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的問(wèn)題并予以校正，從而確保其參數(shù)準(zhǔn)確性并為診療提供優(yōu)質(zhì)的影像[4]。本研究通過(guò)參考國(guó)內(nèi)外提出的CT質(zhì)量控制檢測(cè)系列標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)CT設(shè)備的檢查床運(yùn)動(dòng)精度、加權(quán) CT 劑量指數(shù)（Weighted CT Dosimetry Index，CTDIw）、定位光精度、CT值線(xiàn)性、層厚偏差、空間分辨率、低對(duì)比度分辨率、CT值、均勻性和噪聲參數(shù)進(jìn)行了檢測(cè)，介紹了檢測(cè)及參數(shù)測(cè)算方法，通過(guò)對(duì)圖像質(zhì)量控制和參數(shù)測(cè)算，保證CT設(shè)備的有效穩(wěn)定運(yùn)行，以期為臨床提供更清晰可靠的高質(zhì)量圖像。

1 材料與方法

1.1 檢測(cè)設(shè)備與體模

采用Barracuda多功能X射線(xiàn)參數(shù)測(cè)試儀，Catphan500 CT性能測(cè)試體模（美國(guó)模體實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)制造），CT劑量頭模，DCT10 CT長(zhǎng)桿電離室及CT設(shè)備自帶水模。Catphan500 CT性能測(cè)試體模內(nèi)填充4個(gè)測(cè)試模塊。①CTP401模塊：用于測(cè)量定位光精度、層厚、CT值線(xiàn)性、床運(yùn)動(dòng)精度；直徑15 cm，厚2.5 cm，內(nèi)嵌兩組23°金屬斜線(xiàn)（X方向、Y方向）；內(nèi)嵌4個(gè)密度不同的小圓柱體：特氟隆Teflon（高密度物質(zhì)，類(lèi)似骨頭）、丙稀（Acrylic）、低密度聚乙稀（(Low-Density Polyethylene，LDPE）和空氣（最低密度）。②CTP528模塊：用于測(cè)量空間分辨率；直徑15 cm，厚4 cm，21組高密度線(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)（放射狀分布）。③CTP515模塊：用于測(cè)量低對(duì)比度分辨率；直徑15 cm，厚4 cm，內(nèi)外兩組低密度孔徑結(jié)構(gòu)（放射狀分布）。④CTP486模塊：用于測(cè)量均勻性、噪聲等參數(shù)；直徑15 cm，厚 5 cm。

1.2 檢測(cè)依據(jù)與參考標(biāo)準(zhǔn)

參考WS 519-2019 X射線(xiàn)計(jì)算機(jī)體層攝影裝置質(zhì)量控制檢測(cè)規(guī)范[5]；JJG 961-2017醫(yī)用診斷螺旋計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置（CT）X射線(xiàn)輻射源[6]；GB 17589-2011 X射線(xiàn)計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置質(zhì)量保證檢測(cè)規(guī)范[7]；美國(guó)放射協(xié)會(huì)2017 ACR Computed Tomography Quality Control Manual[8]。

1.3 掃描方法及掃描參數(shù)

將CT劑量頭模水平放置于頭架上，激光定位對(duì)準(zhǔn)模體的三維定位線(xiàn)，使模體位于照射野中心，分別將長(zhǎng)桿電離室插入模體的中心孔及上、下、左、右孔內(nèi)，其他孔插入4個(gè)有機(jī)玻璃圓棒，分別掃描并記錄CT劑量指數(shù)（Computed Tomographic Dose Index，CTDI） 值，完 成CTDI值的測(cè)量。

將Catphan500 CT性能測(cè)試體模置于檢查床面，外沿與床板齊平，體模懸空于床板外，用水平儀調(diào)整體模位置保證其在X軸和Z軸方向處于水平位置，調(diào)整檢查床高度，使體模位于掃描野中心，前進(jìn)體模使體模上方第1個(gè)定位點(diǎn)位于內(nèi)定位燈中點(diǎn)并將床的位置歸零。先掃描CTP401模體層面（圖1），通過(guò)觀察該層面23°金屬斜線(xiàn)是否完全對(duì)稱(chēng)，確定定位是否準(zhǔn)確，準(zhǔn)確定位該層面后分別前進(jìn)30、70、110 mm掃描獲得另外3幅圖像（圖2～4）。

圖1 CTP401斷層圖像

圖2 CTP528斷層圖像

圖3 CTP515斷層圖像

圖4 CTP486斷層圖像

掃描參數(shù)：管電壓120 kV，管電流250 mAs，掃描方式為斷層掃描，旋轉(zhuǎn)時(shí)間1 s，顯示野250 mm，重建算法為標(biāo)準(zhǔn)算法，準(zhǔn)直器寬度16×0.625 mm，重建矩陣512×512，掃描 層厚10 mm，骨算法重建時(shí)掃描 層厚5 mm。

1.4 檢測(cè)項(xiàng)目及測(cè)算方法

1.4.1 檢查床運(yùn)動(dòng)精度

在檢查床上做好標(biāo)記，使用移動(dòng)按鈕使檢查床前進(jìn)300 mm，測(cè)量實(shí)際移動(dòng)距離并記錄偏差值。再讓檢查床退回300 mm，測(cè)量實(shí)際移動(dòng)距離并記錄移動(dòng)偏差。

1.4.2 CTDI的測(cè)算

重復(fù)測(cè)量3次并記錄CT劑量頭模的中心孔及上、下、左、右孔內(nèi)各位置的CTDI值，分別取平均值。將各位置的CTDI值代入公式（1）計(jì)算CTDIW。

式中，CTDIP為模體四周CT劑量指數(shù)的平均值；CTDIC為模體中心的CT劑量指數(shù)。將公式（1）計(jì)算所得的CTDIW代入公式（2）中計(jì)算出容積CT劑量指數(shù)（Volume CT Dose Index，CTDIvol）。

式中，pitch為螺距。

1.4.3 定位光精度

將Catphan 500體模放置于檢查床頭部位置，使用水平尺進(jìn)行三維調(diào)平，用激光定位對(duì)準(zhǔn)模體第1層的3個(gè)定位點(diǎn)，使CTP401體模層位于照野中心，將檢查床位置清零后進(jìn)行掃描，觀察所掃描圖像是否與定位光一致，若不一致，則在Y軸方向上前后移動(dòng)模體后再次掃描，直至獲得與定位光一致的目標(biāo)圖像，模體移動(dòng)的距離即為設(shè)備的定位光精度。

1.4.4 CT值線(xiàn)性

CT值線(xiàn)性的測(cè)量在CTP401斷層圖像上進(jìn)行，該層面含有4種不同密度的目標(biāo)物質(zhì)，分別為T(mén)eflon、Acrylic、LDPE和Air，它們的線(xiàn)性衰減系數(shù)依次為0.374、0.219、0.177和0.000，CT值分別為990、120、-100和-1000 HU。用感興趣區(qū)域（Region of Interest，ROI）分別測(cè)量4種目標(biāo)物質(zhì)的CT值，并要求所選ROI面積不能超出該物質(zhì)所在區(qū)域，將測(cè)得CT值與對(duì)應(yīng)材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)CT值進(jìn)行比較，其差值為CT值線(xiàn)性。

1.4.5 層厚偏差

層厚偏差的測(cè)量在CTP401斷層圖像上進(jìn)行，按下列步驟測(cè)量4條斜線(xiàn)像長(zhǎng)度：用ROI測(cè)量斜線(xiàn)附近區(qū)域的CT值L1；窗寬調(diào)至最窄，逐漸調(diào)高窗位至4條斜線(xiàn)同時(shí)消失，記錄此時(shí)的窗位值L2；將窗寬調(diào)至1或0，調(diào)整窗位（Window Level，WL）=，依次測(cè)量此時(shí)4條斜線(xiàn)的長(zhǎng)度，并取其平均值即為半高寬（Full Width Half Maximum，F(xiàn)WHM），實(shí)際層厚=tan23°×FWHM=0.42×FWHM。

1.4.6 空間分辨率

空間分辨率的測(cè)量在CTP528斷層圖像上進(jìn)行，將掃描圖像的窗寬調(diào)至最小，調(diào)整窗位觀察標(biāo)準(zhǔn)算法和高分辨算法圖像可分辨的最大線(xiàn)對(duì)數(shù)并記錄。

1.4.7 低對(duì)比度分辨率

低對(duì)比度分辨率在CTP515斷層圖像上進(jìn)行，在圖像中選擇目標(biāo)物質(zhì)，測(cè)量其CT值及SD，并在其附近背景選取同樣大小的ROI測(cè)量CT值及其SD，調(diào)整窗寬=CT測(cè)量物－CT背景+5SDmax，調(diào)整窗位=（CT測(cè)量物+CT背景）/2。式中SDmax為測(cè)量物及背景CT值SD的最大值。選取可觀察到大于80%面積的最小圓孔，并測(cè)量其孔徑大小記錄為低對(duì)比度分辨率。

1.4.8 CT值（水）

掃描設(shè)備自帶水模，選取所掃描圖像中心大約100 mm2的區(qū)域進(jìn)行CT值測(cè)量并記錄數(shù)值。

1.4.9 均勻性及噪聲

均勻性及噪聲的測(cè)量在CTP486斷層圖像上進(jìn)行，分別在掃描圖像上選取中心、上、下、左、右5個(gè)位置大約100 mm2的ROI分別測(cè)量其CT值及SD，周?chē)?個(gè)位置的CT值與中心位置CT值的偏差的最大值為均勻性，噪聲為，其中H為噪聲水平，k=1000 HU[5]。

2 結(jié)果

采用上述檢測(cè)方法，對(duì)醫(yī)院某品牌MSCT進(jìn)行了狀態(tài)檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果如表1所示，檢查床運(yùn)動(dòng)精度測(cè)量的誤差為0 mm，CTDIw為45.9 mGy，定位光精度測(cè)量誤差為0.5 mm，CT值線(xiàn)性為-31 HU，層厚偏差為0.409，標(biāo)準(zhǔn)算法和高分辨算法的空間分辨率分別為7和11 Lp/cm，低對(duì)比度分辨率為3 mm，CT值（水）為2.1 HU，均勻性為1.4 HU，噪聲為0.35%從與技術(shù)要求的對(duì)比可以看出，所有指標(biāo)均合格，提示設(shè)備基本處于良好運(yùn)行狀態(tài)。

表1 MSCT質(zhì)量控制檢測(cè)結(jié)果

3 討論

MSCT是醫(yī)療服務(wù)體系、公共衛(wèi)生體系建設(shè)中最重要的基礎(chǔ)裝備，具有高度的戰(zhàn)略性、帶動(dòng)性和成長(zhǎng)性，建立并實(shí)施MSCT質(zhì)量控制檢測(cè)體系，對(duì)全面提升醫(yī)院MSCT成像設(shè)備保障能力，確保患者的健康和利益具有重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。為了確保MSCT設(shè)備性能參數(shù)準(zhǔn)確，保證其影像質(zhì)量和診斷結(jié)果可靠性與科學(xué)性[9-13]，國(guó)家不但制定了相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，并要求相關(guān)機(jī)構(gòu)必須定期對(duì)CT設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)[14-17]。

目前CT設(shè)備質(zhì)控檢測(cè)主要需要對(duì)CT設(shè)備的檢查床運(yùn)動(dòng)精度、CT劑量指數(shù)、定位光精度、層厚、CT值線(xiàn)性、空間分辨率、低對(duì)比度分辨率、CT值、均勻性和噪聲等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)[18]。對(duì)層厚偏差、定位光精度以及床運(yùn)動(dòng)精度進(jìn)行檢驗(yàn)主要是為了確保CT檢查能夠精準(zhǔn)的對(duì)病變部位進(jìn)行診斷定位[19]。定位光精度和檢查床移動(dòng)精度是評(píng)價(jià)CT設(shè)備機(jī)械性能的重要指標(biāo)，定位光和檢查床移動(dòng)精度若發(fā)生偏移，則直接影響所掃描部位的準(zhǔn)確性，若偏移嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致掃描范圍不全，則需要重新掃描。故醫(yī)院設(shè)備使用人員應(yīng)在日常工作中及時(shí)發(fā)現(xiàn)此類(lèi)問(wèn)題，避免多次掃描，對(duì)于保證CT影像的可靠性和保障患者生命安全具有重要意義。在醫(yī)用CT機(jī)驗(yàn)收檢測(cè)、穩(wěn)定性檢測(cè)和狀態(tài)檢測(cè)中，輻射劑量指數(shù)是一項(xiàng)極為重要的檢測(cè)指標(biāo)，其表示CT檢查中受檢者的輻射劑量，設(shè)備檢驗(yàn)人員調(diào)試設(shè)備時(shí)，在保證良好圖像質(zhì)量的同時(shí)，應(yīng)盡可能減少對(duì)受檢者的輻射暴露，在使用中合理設(shè)置掃描參數(shù)及功能，達(dá)到使受檢者輻射劑量符合臨床要求，且圖像質(zhì)量滿(mǎn)意的目的[20]。

與圖像性能有關(guān)的指標(biāo)包括均勻性、空間分辨率、層厚偏差、低對(duì)比度分辨率以及CT值等。空間分辨率和低對(duì)比度分辨率是CT成像的重要組成部分，對(duì)CT的圖像質(zhì)量具有直接的影響[21]。空間分辨率對(duì)于高背景對(duì)比度的小物體的檢測(cè)非常重要，如碘增強(qiáng)的血管或微小的骨骼結(jié)構(gòu)。低對(duì)比度分辨率是物體與周?chē)尘皥D像結(jié)構(gòu)相差不明顯時(shí)，將微小細(xì)節(jié)從周?chē)尘爸蟹直娉鰜?lái)的能力。低對(duì)比度分辨率越高，越有利于臨床醫(yī)生從圖像中分辨出密度相近的病變組織[22]。CT值、CT值線(xiàn)性、噪聲、均勻性等參數(shù)會(huì)直接影響CT掃描成像的質(zhì)量，并對(duì)掃描過(guò)程中的輻射劑量產(chǎn)生影響，這些參數(shù)處于正常范圍內(nèi)可確保CT檢查的影像診斷準(zhǔn)確率，也是CT質(zhì)量控制檢測(cè)中至關(guān)重要的部分。

CT檢查設(shè)備精密、價(jià)格昂貴，在各級(jí)醫(yī)院的疾病檢查和治療中占有重要地位，正確的操作和維護(hù)，對(duì)延長(zhǎng)CT使用壽命和充分發(fā)揮其效能具有重要意義。要保障CT設(shè)備的有效運(yùn)行，需注意以下幾點(diǎn)：① 由于臨床應(yīng)用的增多，CT設(shè)備的高強(qiáng)度運(yùn)轉(zhuǎn)易導(dǎo)致球管發(fā)熱，故在日常的使用中，應(yīng)定時(shí)暫停設(shè)備運(yùn)行使其降溫。若運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)進(jìn)一步加速X射線(xiàn)和球管陽(yáng)極的老化，導(dǎo)致誤差偏大，影響設(shè)備使用壽命；② 加強(qiáng)CT設(shè)備的驗(yàn)收管理，在醫(yī)院購(gòu)置CT設(shè)備時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格的參數(shù)檢驗(yàn)，為設(shè)備后期的穩(wěn)定性質(zhì)量檢測(cè)提供基礎(chǔ)；③ 維持合理的設(shè)備使用環(huán)境，CT機(jī)房的溫度和濕度應(yīng)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，如溫度和相對(duì)濕度過(guò)大或過(guò)小，將導(dǎo)致圖像偽影或圖像質(zhì)量下降，影響診斷，且易損壞設(shè)備；④ 提高設(shè)備使用人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)操作水平，避免設(shè)備不良運(yùn)行；⑤ 加強(qiáng)設(shè)備使用人員的日常維護(hù)意識(shí)，在設(shè)備的日常工作中對(duì)其易磨損的零部件進(jìn)行維護(hù)和清潔，并定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量控制檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，確保設(shè)備穩(wěn)定提供可靠的優(yōu)質(zhì)圖像。

本研究尚存在一定的局限性，一是不同設(shè)備的探測(cè)器性能、準(zhǔn)直和重建算法等方面存在差異，故會(huì)對(duì)參數(shù)的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響；二是測(cè)算體模圖像的過(guò)程主要以手工計(jì)算和目視觀測(cè)為主，測(cè)算結(jié)果具有一定的主觀性。今后可基于MATLAB或Python平臺(tái)上通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算性能參數(shù)，以替代手工計(jì)算過(guò)程，克服主觀性，提高檢測(cè)效率和檢查結(jié)果可靠性，實(shí)現(xiàn)智能化、信息化與自動(dòng)化。

4 結(jié)論

本研究根據(jù)國(guó)內(nèi)外CT設(shè)備檢測(cè)規(guī)程，通過(guò)對(duì)CT設(shè)備的檢查床運(yùn)動(dòng)精度、CTDIw、定位光精度、CT值線(xiàn)性、層厚偏差、空間分辨率、低對(duì)比度分辨率、CT值（水）、均勻性和噪聲進(jìn)行檢測(cè)并計(jì)算檢測(cè)結(jié)果，表明定期對(duì)CT設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，可為臨床提供可靠的CT檢查影像，確保臨床醫(yī)師的診斷準(zhǔn)確率，提高醫(yī)療水平。