CT系统的质量控制

青岛大学医学院附属医院 a.医学设备部；b. 图书馆，山东 青岛266003

CT系统的质量控制

徐子森a，王敏b

青岛大学医学院附属医院 a.医学设备部；b. 图书馆，山东 青岛266003

计算机断层扫描（CT）系统是利用多角度X光扫描图像，对患者身体内部构造进行三维重建的放射影像学技术。自其发明以来，已经逐渐成为最为重要的一种医学影像学技术。对CT系统的质量控制操作，主要针对其图像质量和放射剂量进行，根据不同的目的和重要性，不同操作的频率也会有所不同。

CT系统；质量控制；放射剂量

计算机断层扫描（CT）系统发明于1972年，从此彻底改变了放射影像学。最开始的常规(轴向）CT单层扫描时间为数分钟，而今的螺旋CT则能够通过滑环技术在数秒内完成一套全容积扫描，超快速电子束CT甚至能够将全套扫描时间压缩至不到1 s[1-3]。通过使用更快和更高效的探测器，CT扫描的图像质量也获得了巨大改进，而多排CT的出现则是CT技术的另一项重要革新。今天，临床中使用的CT扫描仪通常属于第三代（X射线源和探测器一起旋转）或第四代（X射线源围绕病人旋转，而探测器保持固定）。螺旋CT技术可应用于第三代和第四代产品的设计，多数多层CT设备为第三代产品。

常规CT（或以轴向模式操作的螺旋和多层CT）的许多质量控制测试，可以根据制造商提供的测试体模和流程进行。

1 日常测试

CT值精确度、图像噪声、图像均匀性和伪影测试均可通过CT体模扫描完成，因此将其归为一组。由于这些参数会受到许多因素和故障的影响，因此上述测试被认为是最重要的CT质控测试。上述测试使用水质或质地均一且对射线的吸收能力等同于水的体模。通过对该体模进行CT扫描，并且使用CT系统自带的统计功能，能够获取特定区域内体模的平均CT值及影像噪音的标准差。研究人员还需要检查体模影像中是否存在不均一性和伪影，其中不均一性可以通过比对不同位置的CT值完成。伪影包括可能由第三代CT设备的探测器校准误差或第四代CT的超聚焦辐射引发的“环状伪影”。不均一性包括图像暗影及不同位置的CT值变化，比如从一侧到另一侧或从中心到边界。

上述测试应每天进行，使用至少一个常用的技术设置。体模的大小与成人头部相仿，直径大约20 cm。对于平均CT值以及影像噪音的分析应基于体模中心部位至少10×10 cm2的区域，且每次质控测试所使用的分析区域尺寸应一致。研究人员使用适当的CT值分析窗位和窗宽来判断不均一性和伪影，其中窗宽建议为50～100 HU。窗宽过窄可能会导致过分强调临床上不明显的伪影。平均CT值或噪音标准差中如果出现明显改变，则该CT系统可能存在系统故障。

2 测试参数频率

上述测试最好以每月到每半年一次的频率进行，具体频率取决于可用的资源。在这些测试中，研究人员至少应使用两种不同尺寸的体模（成人头部和身体大小），并对所有临床会用到的层宽进行研究，其中对最薄的层宽和螺旋扫描模式进行的质量控制尤为重要。如果实际使用中使用两种及以上的球管电压/电流组合，对每种组合都应进行质量控制操作。最后，质控流程还应当包括不同的扫描速度和重建算法。

2.1 扫描层宽（单层灵敏度，SSP）

研究人员应当针对所有可能用到的扫描层宽，以每月或每半年一次的频率进行质量控制。在测试过程中，研究人员需要选择合适的体模，例如在轴向模式中选取铝制或金属线圈，在螺旋扫描模式中选取珠状体模。成像层宽一般为层宽曲线半峰值（FWHM）。

2.2 剂量曲线峰宽

研究人员应当针对所有扫描层宽，以每月到每半年一次的频率进行该项测试。该测试中，研究人员需要使用柱状体模，测量CT扫描一圈后产生的放射强度曲线。在测量过程中应当注意选择合适的球管电流水平，以保证射线强度不超过体模的测量范围。

2.3 CT扫描层定位精确度

研究人员应当以每月到每半年一次的频率实施以下质量控制流程：① 扫描层定位光束的位置精确度；② 使用数字影像判断切片定位精确度；③ 扫描台移动过程中的扫描层定位精度。在测量扫描层定位光束的精确度时，要细致考查每道光束。在测试扫描台运动过程中的扫描层定位精确度时，结果应该包括扫描台反向运动的影响。

2.4 CT值计量的精确度和稳定性

研究人员应当以每月到每半年一次的频率实施该操作流程。该流程中，需要使用一组固定的扫描参数，对含有多种CT值不同的内容物的体模在轴向模式下进行扫描，然后使用获得的数据计算每种材料的实测CT值，并与厂家提供的参考值以及过往测试中获取的历史数据进行比对。常用的不同CT值材料包括聚乙烯、水、PMMA、聚碳酸酯、尼龙、聚苯乙烯和聚四氟乙烯。

一台特定CT设备在上述测试中获取的数值应保持相对恒定。数据趋势中如果出现较大变动，则表明有故障或存在校准问题。相同材料在不同CT设备上测得的CT值可能存在较大差异，其原因包括在球管电压、射线过滤、探测器吸收及光束硬化校正中的差异等。

将上述不同材质的CT值与其对应的X光线性衰减常数绘制关系曲线，所得曲线应当具有良好的线性，而且斜率为1.00左右。

2.5 空间分辨率（图像锐度）

研究人员应当以每月到每半年一次的频率执行该质控操作。在轴向模式中，该测试可以通过对x-y平面上含有不同大小物体的体模进行成像扫描来完成。这些物体可以是一系列不同尺寸的棒状物，其平面成像为点，或一系列不同尺寸的平板，其平面成像为线。因为具有更大的可视化面积，平板样品通常比棍状物有更大的适用范围。体模中的成像标记物材质应与周围物质保持足够的对比度，二者的菲尔德参数应当至少相差1000 HU。低对比度的标记材料（菲尔德参数差为100 HU）通常用于测量调制转移函数，但并不常见。

目前一些CT设备能够通过扫描含有标记物的体模，来计算成像过程的分辨率极限，调制传递函数，以及点扩散函数。这些结果可以用于计算或替代图像锐度参数。其中细线标记物特别适用于沿z轴的校准。在螺旋CT扫描的质控过程中，如果使用细线标记物进行z轴分辨率的测量，则细线在z轴上的投影长度应当不短于扫描层厚与两倍CT架旋进距离之和。

轴向模式下，平面分辨率的测试应同时使用标准分辨率和高分辨率重建算法，对单个扫描层进行评估。特别是使用高分辨率算法时，标准扫描视野中的成像像素的尺寸过大，可能会限制实际测量的分辨率。在这种情况下，研究人员应当使用较小的扫描视野，以降低像素尺寸，从而准确判断CT设备真正的分辨力。

在扫描参数不变的情况下，等中心螺旋CT扫描的平面空间分辨率应等同于轴向模式的平面空间分辨率，而与单次旋进距离无关。但是研究人员仍旧应当选取合适的体模，进行螺旋CT的平面分辨率测试。为了保证该测试的准确性和可信度，医学物理师应当检查体模中的标记物尺寸，保证其z轴上的投影长度足够，避免引入伪影。

在临床中，平面和轴向分辨率均会影响整体图像清晰度和螺旋CT扫描的影像细节。在测量轴向分辨率时，应当使用图像重建软件来进行体模影像的多平面重组（MPR）。研究人员可以选择适当的重建软件和体模，测量不同旋进距离和准直宽度组合线的轴向分辨率。重建图层厚度不应超过准直宽度的0.2倍。

2.6 低对比度材料的检测能力

研究人员应当以每月到每半年一次的频率执行该质控操作，同时注意尽量降低由于主观性带来的测量结果偏差。该测验使用的体模应当包含各种尺寸与对比度不同的标记物，其中不同物质的对比度差异可以保持在1%以内，即10 HU。

具体操作过程中，研究人员应当首先使用标准CT流程对体模成像，之后调整扫描参数，调高或调低成像质量水平。在每个成像水平上，研究人员需要判断并测量能够辨别的最小标记物尺寸。对于大尺寸标记物的检测能力应当随着成像水平的提高而提高，但小尺寸标记物的检测能力可能会受到CT设备空间分辨率的影响。

为了降低测试过程中的随机误差，待测体模中每种尺寸、对比度的标记物都应不止一个。另外，由于上述方案设计研究人员的主观判断，对CT设备检测能力的测试还可以通过测量该系统的噪声指数来进行。

2.7 轴位扫描的放射剂量测定

研究人员应当以每季度到每年一次的频率执行放射剂量的质量控制测试。进行该项测试时，可以采用FDA推荐的CT剂量指数（CTDIFDA）。研究人员需要使用材质为PMMA、直径为16或32 cm的体模，同时准备一个有效长度为14 cm的圆柱电离箱。测试过程中，研究人员可以将电离箱固定在体模表层以及中心部位附近，然后使用电离箱测定相应位置的放射剂量。另外，由于该项测量只覆盖不超过14倍扫描层厚度的有效距离，因此在测量小尺寸扫描层（宽度＜10 mm）放射剂量时，研究人员还需要使用铅制滤器，以缩短电离箱的有效长度。这种测试手段比较繁琐，而且耗时较长，另外对于扫描层宽度超过5 cm的CT扫描流程，其计量测试结果可信度欠佳，因为难以保证覆盖所有的射线照射范围[4]。

国际电工技术委员会IEC在其标准中提出了一个更好的CT剂量参数，CTDI100[5-6]，该参数的测量由CT设备各扫描层宽在100 mm照射范围形成的放射剂量组成。本参数测试流程的体模和电离箱设计参照CTDIFDA的设计，可以从体模的表层和中心部位测量放射剂量，同时研究人员还可以将表层CTDI100的2/3和中心CTDI100的1/3加和获得加权CT剂量参数。CTDI100的具体数值很大程度上受到CT设备的多层平均剂量（MSAD）的影响。

CT设备的生产商通常会为用户提供根据球管峰值电压（kVp）、球管毫安秒（mAs）及扫描层厚度计算CTDIFDA和CTDI100的公式，包括16/32 cm体模的表面和中心部位的数据。在具体测试中测得的数值应当与根据生产商公式计算所得的数据相符合。

当前使用的CT剂量测试手段有许多缺陷，研究人员应当保持警惕。CTDIFDA参数测量流程中缺少能够准确地将曝光电离值转换为放射剂量的手段。在CT扫描中，将曝光（R）转换为软组织中剂量（rad）的剂量转换因子（fmed） 大约是0.94。然而，大多数制造商使用剂量转换因子大约为0.78的PMMA制体模来计算CTDI，因此研究人员必须注意两种转换因子之间的差异。如果医护人员使用CTDIFDA方法计算CT扫描中病人（或胚胎、胎儿）接受的放射剂量，如上所述，由于使用的剂量转换因子较低，加上对较薄扫描层部分剂量的过滤，病人接受的放射剂量可能被严重低估。如果医护人员使用CTDI100进行上述工作，则可以在一定程度上避免这两个问题，因为在CTDI100的定义中，剂量转换因子为空气的转换因子0.87。

在测量体表放射剂量时，使用放置于体模表层的长度较短的圆柱形电离箱可能会导致对体表多扫描层平均剂量（MSAD）的低估。在比较不同CT设备的性能时，也不应当仅考虑特定尺寸体模的特定位置上的CT剂量参数或多扫描层平均剂量，因为不同CT设备对于射线的准直和过滤均有所不同，而这些因素有可能导致病人体内不同位置的CT剂量参数和多扫描层平均剂量的变化。

3 结论

CT系统作为现代医院放射科重要工具之一，结构复杂、功能强大，其扫描结果现已成为医院中患者诊疗的重要依据，因此扫描时需重点考虑成像的准确性、精确性、分辨率和对比度等因素。与此同时，CT系统也是医用放射诊断学中最大的辐射来源，因此在保证成像结果的前提下尽量降低患者剂量，也同样是医护工作者需要关注的问题[7-8]。

医院中的临床工程师和医学物理师是负责CT系统质量控制流程的力量。本文通过对医院中不同频率质量控制流程的内容进行阐述和介绍，向大家介绍了发达国家的CT系统质量控制手段和方案，希望能够为国内患者的健康事业作出一份贡献。

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[8] 桂建保,胡战利,周颖,等．高分辨显微CT技术进展[J]．CT理论与应用研究,2009,(2):106-116．

Quality Control of CT system

XU Zi-sena, WANG Minb
a.Department of Medical Equipment; b. Library, Affiliated Hospital of Medical College Qingdao University, Qingdao Shandong 266003, China

Computerized tomography (CT) is a radiology imaging technique that takes advantage of multiangular scanning of patient body and 3-D reconstruction, in order to demonstrate the inner structure of patient body. Ever since its establishment, CT has become the most important tool for medical imaging. Quality control of CT systems is mainly aimed at raising image quality and reducing radiation dose. In the mean time, frequencies of different operations vary according to their purposes and importance.

CT system; quality control; radiation dose

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.08.005

1674-1633(2013)08-0014-03