医用计算机断层摄影装置性能基准数据采集

严昂，李琛伟，陈伟，黄辉，罗晖，曹扬

中南大学湘雅医院 a. 医学装备部；b. 放射科，湖南 长沙 410000

引言

医用计算机断层扫描系统（Computed Tomography，CT）是医院不可或缺的大型医疗设备[1]。各大厂商研发的高端CT设备，更是重要的现代医学科研工具[2-4]。为保证临床质量和科研数据的有效性，CT设备必须处于完好的运行状态。质量控制（Quality Control，QC）能够通过检测数据反映设备的性能变化，发现设备不正常运行的征兆。

美国放射学会于2017年发布了最新CT设备QC手册，列举了CT设备的性能检测项目、方法以及检测周期，同时建议医院组成以物理师、技师和设备工程师为基础的设备管理团队，自主开展CT设备QC工作[5]。国家卫健委、原国家质量监督检验检疫总局也发布更新了一系列标准，对临床用CT设备的性能提出了相关要求，并规定各医疗机构需接受质量监督部门定期开展的检定工作[6-10]。在国内，仅部队医院及少数医院自主开展了QC工作[11-12]。本文提出了一种在新设备安装调试完成后进行性能检测，使用性能基准数据开展自主QC的设备管理方法。

1 检测设备及采集项目

1.1 检测设备

使用美国模体实验室Catphan500 CT性能体模，其 中 包 含 4个 模 块：CTP401、CTP528、CTP515、CTP486[13]（图1）。检测序列采用头部常规条件轴扫，要求检定环境温度在18℃～28℃，相对湿度小于85%。

1.2 采集项目

检测项目有6项，分别是定位精度、检查床运动精度、空间分辨力、密度分辨力、CT值线性、CT值均匀性。

2 采集方法及标准

2.1 定位精度

定位精度体现操作人员由定位图像或激光定位灯确定扫描范围的精确性，与设备的机械运动、位置编码器是否正常工作相关。本文建议CT设备的定位精度应在0.5 mm以内。手册[5]中建议定位精度应在1.0 mm以内，计量检定规程[9]中并无此项检定项目。

图1 Catphan500 CT体模

2.2 检查床运动精度

检查床运动精度是获取质量合格图像的因素之一。本文建议CT设备检查床的距离精度及位置重复精度小于0.5 mm。手册[5]中建议精度应在1.0 mm以内，计量检定规程[9]中并无此项检定项目。

2.3 空间分辨力

空间分辨力是指在高对比度影像中能分辨最小物体的能力。手册[5]和计量检定规程[9]中建议使用附带空间分辨力模块的性能模体进行检测。本文使用Catphan500 CT体模CTP528模块评价设备的空间分辨力，并建议在512×512矩阵，头部常规条件，5 mm和2.5 mm的层厚下，分别能分辨出线对数5 Lp/cm和7 Lp/cm。

2.4 密度分辨力

密度分辨力又称为低对比度分辨力，指在一定百分率对比度差中能分辨的最小物体的能力。手册[5]和计量检定规程[9]中建议使用附带密度分辨力模块的性能模体进行检测。本文使用Catphan500 CT体模的CTP515模块来评价设备的密度分辨力，并建议头部常规扫描条件下，在1%、0.5%和0.3%三种不同孔径分别能够分辨出3、5和7 mm的圆孔。

2.5 CT值线性

CT值用来反映图像中每个元素区域代表的X射线衰减的平均数值，单位为HU，其中纯水的CT值为0。参考我国军用标准[11]中的方法，本文使用Catphan500 CT体模CTP515模块中4种材质丙烯酸、空气、特氟龙、低密度聚乙烯的CT值拟合直线，定义直线斜率的倒数为对比度标度，单位为cm-1·HU-1，并建议对比度标度范围为（1.9±0.1）×10-4cm-1·HU-1。此项目在手册[5]和地方计量检定规程[9]中并没有具体要求。

2.6 CT值均匀性

CT值均匀性表示同一材质在图像中显示CT值的一致性。在国内外标准中，均使用扫描水模的方式来检测与评价CT值均匀性及噪声。本文参考类似方式，使用水模中5个感兴趣区域（上、下、左、右、中心）的CT值来计算均匀性及噪声值，并建议四周的CT值与中心偏差一定不能超过5 HU。手册[5]中建议偏差一定不能超过7 HU，地方计量检定规程[9]中要求偏差不能超过5 HU。

3 数据采集及记录

3.1 定位及检查床运动精度

采用激光定位（图2a）和图像定位（图2b）两种定位方式进行定位精度测量，采集CTP528模块获取到评价图像分别如图2c和图2d所示。从图2c和图2d可以看出图像中的结构清晰完整，说明通过设备的两种定位方式能够精确扫描到需要的层面，设备定位精度性能良好。

表1是检查床运动精度的3次测量数据。其中Catphan500 CT体模两个模块之间的实际距离为30.0 mm，使用激光线定位这两个模块的标记点，床位置读数差值记为距离值。使用激光线定位一个模块的标记点，床位置读数回零后移动至极限位置，再重新定位回到这个标记点，记检查床位置读数为回零值。经实验测量，回零测量值和距离测量值误差均未超过0.5 mm。

表1 检查床运动精度（mm）

3.2 空间分辨力及密度分辨力

表2中数据为空间分辨力的评价结果。在5 mm和2.5 mm两种层厚扫描条件下，CTP 528模块中的线对数均为7 Lp/cm。

表2 空间分辨力结果

表3中数据为密度分辨力的评价结果。在1%，0.5%和0.3%三种密度下，能够分辨出的孔径分别为3、5和5 mm。

表3 密度分辨力结果

3.3 CT值线性及均匀性

表4中记录CT值线性评价结果，分别测量模块CTP 515中4种材料的CT值，重复测量3次。使用4个数据点拟合直线，定义直线斜率的倒数为对比度标度，单位为cm-1·HU-1。图3中带有4个数据点的直线是使用本次采集数据点拟合得到，求得对比度标度为1.993×10-4cm-1·HU-1；无数据点直线是使用标准参考值拟合生成。

图3 CT值线性拟合结果

CT值均匀性计算方法为：分别在CTP 486图像的中心位置和上下左右距图像边缘1 cm处标记5个面积为100 mm2的区域，测量其CT值分别为12.07、11.21、10.72、10.82和10.54。边缘对中心CT值的最大偏差为场均匀性，经计算为1.53。

3.4 QC检测记录

表5中是制定的QC检测记录总表，可用于多次QC检测数据的记录汇总。本次采集了定位精度、运动精度、空间分辨力、密度分辨力、CT值线性及CT值均匀性等性能参数作为设备的性能基准数据。在设备的使用管理中，临床和工程人员应该密切关注各性能参数的变化，如对比基准数据发生明显波动，应立即上报设备管理部门，执行进一步的维修检测。

表4 CT值线性结果

表5 CT设备QC检测记录表

4 讨论

医院开展CT设备QC工作，能够及时发现设备性能下降及潜在故障。使用设备基准数据作为基线标准，能够实现设备性能的纵向比较。更换、维修重要模块后，例如X射线管球、高压发生器、准直器、探测器等部件，也应进行一次与更换配件相关的性能数据采集。新采集数据应部分或全部作为新的性能基准数据，录入设备QC手册。每一台CT设备应该建立重大维修文档，其中记录更换配件类型、更换日期、配件编号以及配件合格证书。

CT设备技术的日益发展，对医院开展QC工作提出了新挑战。一方面，传统的QC工作内容需要改变。手册[5]中提出使用多排探测器的CT设备，由于层厚是由数值重建而来，因此在检测时不再做要求。崔晶蕾等[14]对传统检测规范进行了讨论，其中对CTDI、低对比度分辨力和层厚参数提出了新评价思路。另一方面，QC的内容需要创新。周平等[15]提出使用大数据对CT设备进行管理，通过统计扫描协议和辐射剂量等相关数据，对QC管理提供帮助。某医学院发明了一种心脏动态CT体模[16]，通过模拟心脏器官，实现对动态成像的QC。本文所提出的方法操作流程较精简，且在评价性能时较严格，适用于多数中高档CT设备。