不同采集条件对PET/CT中CT线性影响的研究*

张连宇 梁子威 耿建华* 王弈斌 吴 宁 郑 容 周纯武

不同采集条件对PET/CT中CT线性影响的研究*

张连宇①②梁子威①③耿建华①③*王弈斌①吴 宁①②郑 容③周纯武②

目的：探索不同采集条件下PET/CT中CT的CT值线性表现，为保障图像质量提供实验依据。方法：采用GE Discovery ST-16型号的PET/CT系统，对Catphan®500型号CT质量模体进行34次扫描，固定管电压(120 kV)，在螺距为0.938、1.375、1.75时，管电流从30～210 mA，以20 mA为间隔，分别进行30组扫描；固定管电流及螺距，管电流150 mA，螺距为1.75，管电压分别为80 kV、100 kV、120 kV及140 kV，分别进行4组扫描。测量CT质量模体中CTP401模块内4种物质的CT值，计算对比度标度。结果：固定管电压，4种物质的CT值及对比度标度基本不随管电流及螺距变化，固定管电流及螺距，4种物质的CT值及对比度标度随管电压改变，管电压升高对比度标度降低。结论：CT值线性随管电压改变而变化，不随管电流及螺距改变而变化。

正电子发射断层摄影术；体层摄影术，X射线计算机；CT值线性；管电压；管电流；螺距

[First-author’s address] 1.Department of Nuclear Medicine and PET-CT Center, Cancer Hospital, CAMS & PUMC, Beijing 100021, China. 2.Center of PET/CT Cancer, Department of Nuclear Medicine Cancer Hospital CAMS & PUMC, Beijing 100021, China.

放射性检查会使受检者受到放射线的照射，尤其是PET/CT检查，受检者不仅受到PET用放射性药物发出射线的照射，还会受到CT的X射线更高剂量的照射[1]。过多的照射剂量会增加受照者的辐射风险[2-4]。不同采集条件下PET/CT中CT图像质量与辐射剂量关系的研究已有报道[5-6]。CT值线性描述组织CT值与其对X射线衰减系数的线性关系，是保证图像质量的重要参数，而不同采集条件对PET/CT中CT线性影响的研究鲜有报道，为此，本研究探讨分析不同采集条件对PET/CT中CT线性的影响，为不同采集条件下保证图像质量提供实验依据。

1 资料与方法

1.1 仪器设备

PET/CT机型为Discovery ST-16型(GE公司)； CT性能检测模体使用Catphan®500 CT模体，由4个测量模块组成，即CT线性模块(CTP401模块)、CT高对比度分辨力模块(CTP528模块)、CT低对比度分辨力模块(CTP515模块)及固体水、CT均匀性模块(CTP486模块)[7]。

1.2 CT性能检测模体扫描

选择临床中可用的34种扫描条件对Catphan®500 CT检测模体的CTP401模块进行扫描。管电压固定为120kV，螺距分别设定为0.938、1.375及1.75，在每种螺距下，CT管电流变化以20mA为间隔，从30～210mA，有30种扫描条件；管电流固定为150 mA，螺距固定为1.75，管电压分别为80kV、100 kV、120kV及140kV，有4种扫描条件。其他条件均按临床中常用的条件，层厚3.75mm，层间距3.27mm，扫描速度为1s/r。总共34种扫描条件。

1.3 CT值线性

CT值线性是描述样本物质CT值与其对X射线衰减系数的线性关系；利用CTP401模块内4个小圆柱体内的样本测量。4种样本分别为空气、低密度聚乙烯、丙烯和特氟隆，其密度不同、对X射线的衰减系数(μ值)不同，所对应的CT值也不同。分别测量4种物质的CT值，以μ值为横坐标，CT值为纵坐标，通过4种样本物质的CT值和线性衰减系数在该坐标系中得到4个点。

1.4 统计学方法

对每种采集条件下得到的4个点，采用统计软件SPSS作出拟合直线，用直线斜率的倒数(称之为对比度标度)表示线性[7-10]。

2 结果

2.1 不同管电流及螺距下的CT值线性

管电压固定为120kV，3种螺距，在10种管电流扫描条件下测得4种物质的CT值(见表1、表2、表3)。模型中4种物质对应的X射线的线性吸收系数见表4[7]。

表1 在10种管电流下螺距=0.938时4种物质的CT值(HU)

表2 在10种管电流下螺距=1.375时4种物质的CT值(HU)

表3 在10种管电流下螺距=1.75时4种物质的CT值(HU)

表4 不同管电压时4种物质对应的X射线的线性吸收系数(cm-1)

表4结果显示为，在对应于不同管电压时4种物质对应的X射线的线性吸收系数。

在对应于30种扫描条件下，对4种物质对应的CT值随其线性吸收系数的变化进行线性拟合，获得30个线性拟合方程，30个拟合线性方程的相关系数R均达到1.000，并且拟合方程中的斜率及截距基本一致。按照这些线性拟合方程，获得线性方程的斜率的倒数(对比度标度)，以此表示线性(见表5、如图1所示)。

表5 在30种扫描条件下对比度标度(×10-4cm-1)

图1 对比度标度随管电流及螺距的变化示图

表5及图1结果显示，CT值线性基本不随管电流及螺距变化。

表7 在4种管电压下CT值随吸收系数变化的线性方程及其对比度标度

2.2 不同管电压下的CT值线性

在4种管电压扫描条件下，测得4种物质的CT值见表6。

表6 在4种管电压扫描条件下4种物质的CT值(HU)

在对应于4种管电压扫描条件下，对4种物质对应的CT值随其线性吸收系数的变化进行线性拟合，获得4个线性拟合方程，4个拟合线性方程及其相关系数R2见表7。按照线性拟合方程，获得不同管电压下的线性方程的斜率的倒数(对比度标度)，以此表示线性，对比度标度随管电压的变化而改变(如图2所示)。

图2 对比度标度随管电压的变化示图

表7及图2结果显示，CT值线性随管电压变化，管电压越高，CT值随衰减系数线性变化的斜率越大，其对比度标度越小。

3 讨论

某种物质的CT值等于该物质对X射线衰减系数(μ物质)与水对X射线衰减系数(μ水)之差(μ物质-μ水)与μ水之比乘以1000(物质的CT值=(μ物质-μ水)/μ水×1000)。CT值线性描述该物质CT值与其对X射线衰减系数的线性关系。本研究结果显示，4种物质的CT值随管电压变化而单调变化，而随管电流及螺距的变化基本上均在中位值的1%范围内波动，可以认为4种物质的CT值不随管电流及螺距而变化。X射线球管电流决定了发射X射线的强度，即X射线光子的个数，在CT扫描中，球管发射的X射线光子的数量与管电流及总扫描时间成正比，螺距决定了扫描相同的部位所需的时间，降低螺距值，能增加总扫描时间，因此增加了X射线光子的个数。X射线球管电压决定了发射X射线的硬度，即一个X射线光子的能量。对同一种物质，其对X射线的衰减系数与X射线的能量相关，而与X射线光子的个数无关，因此，4种物质的CT值不随管电流及螺距而变化，而随管电压而变化。本研究表4结果显示，对空气，4种管电压下衰减系数均为0，其他3种物质低密度聚乙烯、丙烯及特氟隆的衰减系数均随管电压的增加而降低，而4种物质CT值随管电压的变化规律与衰减系数的变化规律并不一致，对空气、低密度聚乙烯及丙烯3种物质，随着管电压的升高CT值增加，而对特氟隆，CT值随管电压的增加而降低，因为低密度聚乙烯、丙烯及特氟隆的衰减系数随管电压的增加而降低的规律不同，并且CT值还与水的衰减系数相关。因此，提示在临床中不同组织的CT值随管电压的变化会有不同的规律，如果两次采集时所用的管电压不同，会导致相同组织CT值不同，两种不同组织的灰度差可能有较大的差异，在进行影像对比时，需慎重考虑由于管电压不同所产生的图像差异。

CT值线性反映物质CT值与其对X射线衰减系数的线性关系，是保证图像质量的重要参数。描述CT值线性有两种方式，一种为本研究采用的方法，由对比度标度来评价CT值线性；另一种方式是对4种样品的CT值的测量值和其标准值进行比较，用其最大差值评价CT值线性[11]。或对4种样品的CT值的测量值和其标准值进行直线拟合，以拟合的直线方程斜率及相关系数来评价CT值线性[7,12]。

对比度标度的物理意义为物质的CT值变化一个单位，对应的衰减系数的变化量。本研究结果显示，CT值线性基本不随管电流及螺距变化，但是随管电压的增加而下降。表明在高管电压下较小的衰减系数差异会在图像上有较大的CT值差异，以提高对不同组织的辨识能力，提高图像质量，这点与之前的研究结果一致，增加管电压可提高图像质量[6]。随着管电压的增高，受检者受到的辐射剂量会线性增加，由图2可见，对比度标度随管电压的变化并非线性，在管电压＜120 kV范围内，对比度标度随管电压的增加，迅速下降；而在管电压≥120 kV范围内，对比度标度随管电压的变缓，表明在该范围内，提高管电压带来的图像质量的提高有限。提示临床中PET/CT扫描中不宜使用＞120 kV的管电压，因为当管电压＞120 kV后，受检者辐射剂量会大幅增加，而图像质量的增加有限。

多种因素会影响物质CT值的线性，如靶材料、探测器等硬件及重建算法等软件相关，因此不同的设备其CT值的线性也会有差异，本研究只针对管电压、管电流及螺距采集条件的变化对CT值的线性影响进行研究。

4 结语

CT值线性随管电压改变而变化，不随管电流及螺距改变而变化。不同管电压条件下获得的图像上组织的CT值及对不同组织的辨识能力会有差异。

[1]张连宇,耿建华.PET/CT中的CT剂量和质量控制[J].中国医学影像技术,2011,27(11):2365-2367.

[2]ICRP.Managing patient dose in multidetector compured tomography(MDCT)[R].ICRP Publication 102,ICRP,2007.

[3]潘自强,周永增,周平坤,等.国际放射防护委员会2007年建议书[M].北京:原子能出版社,2008.

[4]徐志荣,徐汀,李晶,等.多层螺旋CT电离辐射的探讨[J].中国医学装备,2011,8(12):20-22.

[5]张连宇,耿建华,王奕斌,等.PET/CT中CT的剂量与CT图像质量关系的研究[J].核电子学与探测技术, 2012,32(3):365-370.

[6]张连宇,耿建华,王奕斌,等.管电压对PET-CT中CT的剂量及图像质量影响的研究[J].中国医学装备, 2015,12(4):1-5.

[7]胡利丰,应正巨,刘蛟.CT值线性的检测与分析[J].中国辐射卫生,2009,18(3):289-291.

[8]亓恒涛,秦维昌,宋少娟,等.CT值线性的测试[J].中华放射医学与防护杂志,2007,27(6):587-588.

[9]林意群,冯晓刚,洪德明,等.用Catphan体模进行CT机的QA检测方法研究[J].中国医学物理学杂志, 1999,16(3):161-164．

[10]亓恒涛,秦维昌,刘传亚,等.CT机质量控制检测的探讨[J].医学影像学杂志,2006,16(9):978-981.

[11]国家标准化委员会.GB 16361-2012临床核医学的患者防护与质量控制规范[S].中华人民共和国卫生部, 2012-06-29.

[12]American Association of Physicists in Medicine. Quality control in diagnostic radiology[R]. AAPM Report NO.74.2002.

Research on influences of different acquisition conditions on CT linearity in PET/CT

ZHANG Lian-yu, LIANG Zi-wei, GENG Jian-hua, et al
China Medical Equipment,2015,12(6):54-57.

Objective: To explore the linearity manifestation of CT in PET/CT under various scan-conditions to provide the experimental data to guarantee the image quali®ty. Methods: PET/ CT system of GE Discovery ST-16 was used to scan the phantom of Catphan500. Thirty groups of scanning were performed at Pitch 0.938, 1.375, 1.75, from 30 to 210 mA, at an interval of 20 mA, respectively, when tube voltage was fixed at 120 kV In addition, four groups of scanning were performed at the tube voltage (kV) were 80, 100, 120 and 140 kV, respectively when the tube current was fixed at 150 mA and Pitch was fixed at 1.75. Measuring the CT number of four materials in the module CTP401, the contrast scales were calculated. Results: The CT number of the four materials and contrast scale didn’t change with the tube current and Pitch when the tube voltage was fixed. However, when the tube current and Pitch were fixed, the CT number and contrast scale changed with the tube voltage. The contrast scale was decreased with the increasing tube voltage. Conclusion: CT number linearity changed with the tube voltage and was independent of the tube current and Pitch.

Positron-emission tomography; Tomography, X-ray computed; CT number linearity; Tube voltage; Tube current; Pitch

张连宇,男,(1979- ),硕士，主治医师。中国医学科学院肿瘤医院PET-CT中心、中国医学科学院肿瘤医院影像诊断科，从事影像诊断工作。

1672-8270(2015)06-0054-04

R814.42

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.06.017

2015-04-01

国际科技合作项目(2009DFA32960)“PET/CT脑分子影像研究与应用平台及针灸中枢机理探索”；中国癌症基金会北京希望马拉松专项基金(LC2013A13)“PET/CT的辐射剂量和图像质量的模型研究”

①中国医学科学院肿瘤医院PET-CT中心 北京 100021

②中国医学科学院肿瘤医院影像诊断科 北京 100021

③中国医学科学院肿瘤医院核医学科 北京 100021

*通讯作者：gengjean@163.com