CT设备质量控制检测及其处置界限建立*

陈 坚 陈自谦* 刘冰川 付丽媛 钟 群 肖 慧 许尚文

X射线计算机断层扫描(X-ray computed tomography，CT)是目前重要的诊断设备之一，其性能可靠性、参数准确性及图像质量对于疾病的准确诊断十分重要。由于X射线发生装置性能随时间发生老化衰减，数据采集系统受温、湿度等环境影响变化较大，CT设备性能参数易产生漂移。因此，做好设备的定期质量控制检测，设置质量控制检测指标处置界限，并对CT设备进行校正，对于保证CT设备正常稳定运行至关重要。

目前，国际比较通用的CT检测规范是由美国放射学会(American College of Radiology，ACR)和美国医学物理学会(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)提出的质量控制检测系列标准。AAPM和Catphan 500型CT性能检测体模是目前医用CT检测使用较多的体模。为此，本研究于2018年3-10月，采用Catphan 500型CT性能检测体模对飞利浦Brilliance iCT elite型CT进行质量控制检测，依据国际与国内建立的标准体系，为医用CT质量控制检测提供重要参考依据，并建立CT质量控制检测指标处置界限，为CT设备常规质量控制检测提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 检测器材及受检设备

采用Catphan 500型CT性能检测体模(美国模体实验室)；Barracuda多功能X射线参数测试仪(瑞典奥利科公司)；76-414型160 mmCT剂量头模(美国Victoreen公司)，DCT10长杆电离室(瑞典奥利科公司)，卷尺、CT自带水模。受检设备为飞利浦Brilliance iCT elite型128排256层CT(荷兰飞利浦公司)，2018年3月投入使用。

1.2 环境条件及体模摆位

(1)检测环境。①环境温度为20～22 ℃；②相对湿度为40%～70%；③大气压力为1000～1030 hPa；④电源电压为(380±10)V。

(2)CT剂量体模摆位。将CT剂量体模水平放置于头托上，长杆电离室置于体模中心位置，调整检查床位置使长杆电离室中心与扫描野X轴、Y轴及Z轴中心重合(如图1所示)。

图1 CT剂量头模摆位示意图

(3)Catphan 500型性能检测体模摆位。将Catphan 500型性能检测体模置于检查床面，外沿与床板平齐，体模悬空于床板外，调整体模位置使其在X轴、Z轴方向水平，调整检查床高度，使体模位于扫描野中心。前进体模使体模上方第一个定位点位于内定位灯中点，并将检查床位置设置为0(如图2所示)。

图2 Catphan 500型CT性能检测体模摆位示意图

1.3 扫描参数与方法

(1)扫描参数。①管电压为120 kV，管电流为250 mAs；②扫描方式为断层扫描；③旋转时间为1 s，视野(field of view，FOV)为250 mm；④重建算法为标准算法，准直器宽度为16×0.625，重建矩阵为512×512，扫描层厚为10 mm。骨算法重建时扫描层厚为5 mm。

(2)扫描方法。CT剂量体模分别调整电离室位置于头模中心、0°、90°、180°及270°共5个位置分别扫描并记录CT剂量指数(computed tomographic dose index，CTDI)值。Catphan 500型性能检测体模先扫描CTP401体模层面，通过观察该层面23°金属斜线是否完全对称，确定定位是否准确，准确定位该层面后分别前进30 mm、70 mm及110 mm扫描获得另外三幅图像(如图3所示)。

图3 Catphan 500型CT性能检测体模扫描层面图像

1.4 质量控制检测指标测算

1.4.1 CT加权剂量指数

将CT剂量体模5次扫描记录的CTDI值代入公式1计算获得CT加权剂量指数(CTDIw)：

式中CTDIw为CT加权剂量指数，CTDIc为剂量头模中心测量的CTDI100，CTDIp为剂量头模外围4个点的平均测量CTDI100。

1.4.2 空间分辨率

分别调整标准算法和骨算法图像，适当放大图像，调整窗位窗宽至能够分辨周期性细节的最大线对。

1.4.3 密度分辨率

测量的目标物质。测量其CT值及标准差，在其边上选取同样大小区域测量CT值及标准差，调整窗宽窗位至计算值为公式2：

窗宽=CT目标-CT背景+5 SDmax；

式中SDmax为目标和背景CT值中的最大SD。

确定能分辨的最小圆柱直径，以能看到圆面积的80%为有效，记录密度差及直径大小(如图4所示)。

图4 Catphan 500型CT性能检测体模密度分辨率测量图像

1.4.4 定位光精度

扫描CTP401体模层面时初次定位0位与最终获得准确定位图像时，床位的距离差为定位光精度。

1.4.5 层厚偏差

层厚偏差测量。测量斜线附件区域CT值设为背景窗位，调整图像窗宽到最小，分别记录4条23°斜线消失的窗位，背景窗位和斜线消失的窗位的平均值为测量窗位，将窗宽到最小，测量斜线长度，平均长度即为半高宽(full width at half maximum，FWHM)，实测层Z=0.42×FWHM(如图5所示)。

图5 Catphan 500型CT性能检测体模检测层厚偏差测量图像

1.4.6 CT值线性测量

分别测量空气、聚丙乙烯、尼龙以及聚四氟乙烯4种材质及体模外围空气CT值(如图6所示)。

图6 CT值线性测量图像

测得CT值的总体方差和衰减系数/CT值协方差，按以下公式进行比较，Varp(CTvalue)÷Cov(μ，CTvalue)，测得比值为CT值线性，体模材质的衰减系数及标准CT值见表1。

1.4.7 噪声及CT值均匀性

选取体模中心及四周共5个点，ROI 300 mm2左右，测量CT值及SD，中心测量点与四周最大的CT值差为CT值均匀性HU，噪声=SD/1000×100%(如图7所示)。

表1 CTP401模块4种CT值及其μ值

图7 Catphan 500型CT性能检测体模噪声及CT值均匀性测量图像

1.4.8 诊断床运动精度

诊断床做好标记，使用按钮前进300 mm，用卷尺测量距离并记录偏差，再将诊断床退回原来位置，同样用卷尺测量误差并记录。

1.4.9 水的CT值测量

由于Catphan 500型性能检测体模对水的CT值检测欠佳，需使用机器自带水模，标准头部质量控制扫描协议(Head STD QA-2D)条件，测量水的CT值并记录(如图8所示)。

图8 机器自带水模检测水的CT值图像

1.5 处置界限标准

在设备运行状态良好的情况下，对飞利浦Brilliance iCT elite 128排CT连续检测，综合国家标准GB/T-17589-1998、军队标准JJG961-2001和JJG1026-2007等，CT机的质量控制检测计量检定规程及文献[6-11]设置处置界限：CTDIw变化≤5%；空间分辨率标准算法应≥7 LP/cm，骨算法应≥9 LP/cm；密度分辨率检测可分辨对比度差异0.5%圆柱的直径≤4 mm；定位光精度≤1 mm；层厚偏差≤1 mm，噪声≤0.4%，CT值均匀性≤4 HU；水的CT值≤±4 HU，诊断床运动精度≤1 mm，CT值线性应在(1.9±0.1)×10-4范围内。

表2 Brilliance iCT Elite质量控制检测结果

2 结果

基于Catphan 500型CT性能检测体模及当前通用的CT行业标准[1-5]对Brilliance iCT elite型128排CT进行6次质量控制检测，其中第一次检测时由于设备故障无法使用定位灯，未测得定位光精度。

2.1 Brilliance iCT Elite质量控制检测

(1)CTDIw均值为(44.787±0.645)mGy，最大偏差1.68 mGy，处置界限为CTDIw变化≤5%；空间分辨率检测结果标准算法均为7 LP/cm，骨算法应均为9 LP/cm，处置界限应分别≥7 LP/cm和≥9 LP/cm。

(2)密度分辨率检测均可分辨4 mm 0.5%密度差异的圆柱(表2中以≤mm@0.5%表示)，其中3次可分辨3 mm 0.5%密度差异的圆柱，处置界限为可分辨直径≤4 mm 0.5%密度差异的圆柱；定位光精度检测结果≤1 mm，处置界限应≤1 mm。

(3)层厚偏差检测结果均≤0.59 mm，处置界限应≤0.6 mm；噪声检测结果均≤0.38%，处置界限应≤0.4%；CT值均匀性检测结果均≤1.3 HU，CT值均匀性处置界限应≤2 HU。

(4)水的CT值检测结果≤±3.6 HU，处置界限应≤±4 HU；诊断床运动精度均为0 mm，处置界限为≤1 mm；CT值线性检测结果在(1.95±0.01)×10-4范围内，处置界限(1.95±0.02)×10-4，见表2。

表3 Brilliance iCT Elite CT值线性检测结果

2.2 Brilliance iCT Elite CT值线性检测

测量聚丙乙烯、空气、聚四氟乙烯以及低密度聚乙烯4种材质及体模外围空气CT值的结果显示：①丙烯酸CT值均值及最大偏差分别为(123.516±2.588)HU和6 HU；②空气CT值均值及最大偏差分别为(-992.9±12.516)HU和33 HU；③聚四氟乙烯CT值均值及最大偏差分别为(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别为(-92.083±3.832)HU和9.5HU；⑤外围空气CT值均值及最大偏差分别为(-999.2±0.807)HU和2.3HU。CT值线性检测结果在(1.95±0.01)×10-4范围之内，见表3。

3 讨论

CT是目前使用最多的影像设备，对于诊断十分重要，国内外均较早开展了CT质量控制检测。目前国外主要有ACR标准、AAPM标准及美国电气制造业协会(National Electrical Manufacturers Association，NEMA)标准等，国内主要有GB9706.18-2006/IEC 60601-2-44：2002“医用电气设备(第2部分)：X射线计算机体层摄影设备安全专用要求”、JJG 1026-2007“医用诊断螺旋计算机断层摄影装置(CT)X射线辐射源检定规程”、“医用诊断X射线计算断层摄影装置(CT)临床应用质量检测技术规范(试行)”和“GB17589-2011X射线计算机断层摄影装置质量保证检测规范”等国家和行业标准。由于医院运行模式和检查工作流程不同，CT质量控制检测在国外有些医院能做到一周一检，甚至每日一检，国内目前一般在验收前进行验收检测，运行周期内仅1～2年一检，进行一次状态检测，检测频次较低。随着近年来新的CT设备电气性能稳定性较之前大幅提高，检测中发现CT设备性能偏移较小，因此应每3～6个月检测一次，并且建议在更换主要配件后进行一次检测，以保障设备性能[12-14]。

目前，CT的质量控制检测项目主要包括CTDIw、空间分辨力、密度分辨力、定位光精度、层厚、CT值线性、CT值、噪声、均匀性以及检查床移动精度。众所周知，CT剂量越大则密度分辨率越高，同时增加了受检者电离辐射伤害，因此需要选择合适的X射线剂量使之既能满足诊断需要又尽量减少受检者辐射，CTDIw检测保障X射线输出剂量与标称剂量的一致性，周期性检测还能监控输出剂量的稳定性，其受到X射线球管灯丝及阳极靶面老化、高压发生器及准直器影响，目前主要厂商在设备保养时已开展灯丝校正保障X射线输出稳定[15]。

本研究CT为新安装设备，在检测周期内输出稳定，结果符合标准要求。空间分辨力反映了设备分辨细小组织的能力，CT质量控制检测中通过检测层面能够区分的最大线对数表示，一般检测标准算法及高分辨率算法，其主要受物理探测器、准直器等硬件及重建矩阵、重建算法等影响，如本研究中当使用1024×1024重建矩阵，骨重建算法时最大可分辨11 LP/cm的线对，当该检测参数产生偏移时应首先检查扫描参数设置，排除后可联系厂商检查硬件指标是否偏离。密度分辨力反映了设备分辨最小密度差异的能力，与CT值线性、CT值、噪声及均匀性相关联，决定设备区分不同组织、区别组织成分的能力，这些检测指标受探测器性能，数据采集系统、数据传输系统、数据重建系统等硬件影响[16-17]。由于现代CT探测器由多个模块组合而成，模块之间存在性能差异，随时间变化的幅值也不同，因此需要定期进行空气校正及CT值校正，同时扫描野内的碘对比剂及受检者体液残留也会造成图像伪影及检测指标的偏离，应定期清洁。图像重建算法也对这些检测指标结果产生重大影响，故检测结果偏差时应首先考虑参数设置问题再排除硬件故障[18-19]。

本研究中受检设备的CT值线性、CT值、噪声及均匀性检测结果偏差均极小，且符合标准要求，3次密度分辨率检测结果可分辨3 mm 0.5%密度差异的圆柱，另3次检测结果为4 mm 0.5%密度差异的圆柱，均符合检测标准要求，考虑为检测时间与校正时间的间隔不同，以及体模定位时细微的偏差所致。定位光精度、层厚及检查床移动精度决定了病灶的定位，病灶的大小，其主要受准直器、激光灯、驱动电机编码器等硬件影响，如检测指标超出范围应及时联系设备厂商校正或更换相应部件。

处置界限的建立方法。设备安装并投入使用之后，在正常运行状态下，检测环境及条件与检查患者时保持一致，通过连续多次检测建立设备运行基线。由于相关国家标准及行业标准都考虑了不同厂商型号设备性能偏差，处置界限取值范围一般较大，而现有CT机正常状态下偏差值极小，可根据不同厂商、不同设备型号设备的检测结果设定处置界限，缩小处置界限范围，如由于标准算法及骨算法MTF函数取值不同，GE CT机上标准算法空间分辨率一般可达9 LP/cm，骨算法空间分辨率可达11 LP/cm，而本研究受检设备分别为7 LP/cm和9 LP/cm。此外，从医院CT、磁共振连续检测结果而言，检测的时间跨度越小，性能参数变化值就会越小，得到的处置界限的范围也会较小，因此应建立处置界限时增加检测频次。本研究的检测时间间隔由3个月缩短到6周，得到的处置界限范围也较常规标准缩小。

本研究基于Catphan 500型CT性能检测体模对CT的关键质量控制参数进行了检测，介绍了检测方法，展示了检测结果，建立了处置界限，设备运行状态良好的情况下，质量控制检测指标均围绕建立的基线波动，处置界限的建立有助于更早发现设备性能漂移，及时做出干预及处置，与定期的维护保养相结合，保障设备良好运行及图像的准确可靠。同时也为后续本项目组研究的CT动态心血管体模及其建立CT心血管成像临床应用软件质量控制检测技术规范奠定了基础。