楊 冬，孫志輝，徐 桓，李詠雪，趙慶軍

0 引言

CT（computed tomography）是通過(guò)X線束環(huán)繞人體某一層面進(jìn)行掃描，測(cè)得該層面中各點(diǎn)吸收X線的數(shù)據(jù)，然后利用電子計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力及圖像重建原理，獲得該層面的橫斷面或冠狀面的圖像。近年來(lái)，由于CT設(shè)備和技術(shù)的不斷成熟，CT已逐步成為醫(yī)院的常規(guī)檢查裝置。在全國(guó)范圍內(nèi)，CT機(jī)裝備的數(shù)量日益增加，其質(zhì)量卻良莠不齊，其原因多種多樣，其中重要的一點(diǎn)就是機(jī)器安裝、投入使用后沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的驗(yàn)收檢測(cè)，甚至有的僅僅根據(jù)肉眼觀察圖像過(guò)得去就進(jìn)行驗(yàn)收。因此，機(jī)器安裝以后的科學(xué)、嚴(yán)格的檢測(cè)是必不可少的。

國(guó)家及行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1-2]確定的CT的檢測(cè)項(xiàng)目主要有定位光精度、CT劑量指數(shù)、水的CT值、噪聲、水模均勻性、空間分辨率、層厚、低對(duì)比度分辨率、CT值線性、檢查床的移動(dòng)精度等。目前，市面常見(jiàn)的CT成像性能測(cè)試體模均為進(jìn)口體模，一般以模仿水的固態(tài)材料為基體材料，在圖像性能檢測(cè)以外，還需單獨(dú)配置以水為本底材料的水模[3]，對(duì)CT設(shè)備水的CT值進(jìn)行定標(biāo)測(cè)試。本研究通過(guò)對(duì)CT值的線性、層厚、定位光精度及均勻性等檢測(cè)項(xiàng)目特點(diǎn)、特性進(jìn)行深入研究和試驗(yàn)，設(shè)計(jì)以純凈水為體模填充本底介質(zhì)，研制一種具有多種測(cè)試功能、結(jié)構(gòu)緊湊、攜帶方便的CT成像性能測(cè)試體模。

1 方案設(shè)計(jì)

此次研究的CT性能測(cè)試體模的設(shè)計(jì)包括CT值線性[4-5]、掃描層厚、定位光精度、均勻性及水定標(biāo)檢測(cè)等功能模塊。CT性能測(cè)試體模的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，外形為直徑15 cm、高9 cm的圓桶狀，其主體材料為透明有機(jī)玻璃，內(nèi)部中空，分上下2層，2層之間有開(kāi)口隔板間隔，頂端設(shè)計(jì)了螺紋密封頂蓋，可通過(guò)頂蓋向體模內(nèi)部灌注純凈水。

圖1 CT性能測(cè)試體模整體結(jié)構(gòu)

1.1 層厚和定位光精度檢測(cè)功能模塊

層厚和定位光精度檢測(cè)功能模塊設(shè)計(jì)[6-7]在體模下半部中心位置，采取在有機(jī)玻璃薄板上開(kāi)槽銜夾金屬片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使體模即使在劇烈的運(yùn)動(dòng)中，金屬片也不會(huì)發(fā)生松動(dòng)，和底板一體成型的定位凹槽確保了薄板的安裝精度，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性（如圖2所示）。

圖2 層厚和定位光精度檢測(cè)功能模塊組配圖

為提高掃描層厚的識(shí)別分辨率，設(shè)計(jì)薄板與銜夾金屬斜槽所成三角形的長(zhǎng)高比為2∶1，則層厚的實(shí)際測(cè)量值為掃描圖像的1/2。在層厚測(cè)量時(shí)，對(duì)該模塊斜槽中間的部位進(jìn)行掃描。對(duì)層厚測(cè)量模塊的掃描圖像進(jìn)行窗寬和窗位調(diào)節(jié)，直至只顯示夾持金屬片的圖像，測(cè)量上下左右4個(gè)位置圖像的長(zhǎng)度，其平均值為CT掃描層厚的2倍。其原理如圖3所示。

圖3 層厚檢測(cè)原理示意圖

定位光精度的測(cè)量同樣是對(duì)該模塊斜槽中間的部位進(jìn)行掃描，調(diào)節(jié)掃描圖像的窗寬、窗位至只顯示夾持金屬片圖像，測(cè)量上下左右4個(gè)位置圖像的中心位置與體模上下和左右2個(gè)中心線的距離，其平均值為定位光掃描偏差的2倍。其原理如圖4所示。

1.2 CT值線性檢測(cè)功能模塊

CT值線性檢測(cè)功能模塊設(shè)計(jì)在體模下半部周邊位置，在檢測(cè)模塊上下左右4個(gè)對(duì)稱位置設(shè)計(jì)了4個(gè)貫穿圓柱，分別為聚四氟乙烯、有機(jī)玻璃、超分子聚乙烯、空氣4種圓柱材料，與周邊的純凈水介質(zhì)共同構(gòu)成CT值線性檢測(cè)功能模塊，參照CT值分別為 1 000、100、-100、-1 000、0 HU。

圖4 定位光精度檢測(cè)原理示意圖

檢測(cè)時(shí)，對(duì)體模下半部中間的部位進(jìn)行斷層掃描（如圖5所示），在所掃描的圖像中對(duì)圖像周邊4個(gè)貫穿圓柱材料和周邊的水介質(zhì)分別選取一個(gè)約100 mm2的區(qū)域，記下CT值，與標(biāo)準(zhǔn)線性曲線比較，確定被檢設(shè)備的CT值線性度。

圖5 CT值線性掃描區(qū)域示意圖

1.3 均勻性和水定標(biāo)檢測(cè)功能模塊

體模上層設(shè)計(jì)成圓柱形空腔，作為CT均勻性和噪聲檢測(cè)模塊。檢測(cè)時(shí)，對(duì)體模上層中間的部位進(jìn)行掃描，在所掃描的圖像中選5個(gè)測(cè)量區(qū)，分別在圖像的中心和上下左右距圖像邊緣10 mm處取面積約100 mm2的區(qū)域，測(cè)量其CT值及標(biāo)準(zhǔn)偏差，以中心感興趣區(qū)域的平均CT值與邊緣各點(diǎn)的平均CT值之間的差別來(lái)表述均勻性。均勻性掃描區(qū)域如圖6所示。

圖6 CT值均勻性掃描區(qū)域示意圖

2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)及分析

選取GE的bright speed、飛利浦的iCT等型號(hào)的設(shè)備共6臺(tái)開(kāi)展檢測(cè)試驗(yàn)，對(duì)照檢測(cè)設(shè)備采用美國(guó)Catphan 500 CT性能檢測(cè)體模。被檢CT機(jī)的測(cè)試條件為：管電壓120 kV，管電流250 mA，層厚5 mm，分別對(duì)性能測(cè)試體模的均勻性、CT值線性、層厚和定位光檢測(cè)模塊進(jìn)行斷層掃描。檢測(cè)結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7 層厚、定位光精度、CT值線性的CT掃描對(duì)比圖

圖8 均勻性CT掃描對(duì)比圖

從實(shí)際的對(duì)比檢測(cè)結(jié)果得出，設(shè)計(jì)研制的CT性能測(cè)試體模的層厚和定位光檢測(cè)與Catphan 500的檢測(cè)結(jié)果基本一致，檢測(cè)精度達(dá)到±5%；CT值線性的檢測(cè)在檢測(cè)條件相同時(shí)，檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性較好，達(dá)到聚四氟乙烯（1 000±30）HU、超分子聚乙烯（-100±10）HU、有機(jī)玻璃（100±10）HU、空氣（-1 000±20）HU、水（0±3） HU；圖像均勻性的檢測(cè)由于采用純凈水作為測(cè)量介質(zhì)，明顯優(yōu)于Catphan 500采用的固體水材料，均勻性檢測(cè)得出的斷層掃描圖像100 mm2標(biāo)準(zhǔn)差小于5 HU，而Catphan 500得出的圖像100 mm2標(biāo)準(zhǔn)差在20 HU左右，基于水本底材料的CT性能測(cè)試體模的均勻性檢測(cè)性能較優(yōu)。

3 結(jié)語(yǔ)

基于水本底材料的CT性能測(cè)試體模將定位光精度、層厚、CT值線性、場(chǎng)均勻性、噪聲模塊進(jìn)行集成，并將原本場(chǎng)的均勻性、噪聲模塊的“固體水”材料換成灌裝的純凈水，這樣在運(yùn)輸、存放時(shí)就可以減小質(zhì)量，攜帶方便。更重要的是，在測(cè)量噪聲、均勻性的同時(shí)，還能測(cè)量純水的CT值，這比測(cè)量原本與水密度近似的固體材料得到的值更加準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了同一模塊的多種功能，且無(wú)需另外配置水模；定位光精度和掃描層厚檢測(cè)模塊采用有機(jī)玻璃薄板銜夾金屬片，與底板的定位凹槽配合，使得體模即使在劇烈運(yùn)動(dòng)中，金屬片也不會(huì)發(fā)生松動(dòng)，提高了測(cè)量的精度。

隨著醫(yī)學(xué)計(jì)量工作的不斷深入，越來(lái)越多的醫(yī)、技、護(hù)人員已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，醫(yī)療設(shè)備的質(zhì)量安全不僅僅是依靠采購(gòu)驗(yàn)收檢測(cè)和年度周期檢測(cè)就能保證的，還需要開(kāi)展日常質(zhì)量控制檢測(cè)，而進(jìn)口的檢測(cè)體模不但體積大、不易攜帶，而且成本也十分昂貴。實(shí)驗(yàn)證明，這款基于水本底材料的CT性能測(cè)試體模的技術(shù)參數(shù)滿足總后衛(wèi)生部發(fā)布的《醫(yī)用診斷X射線計(jì)算斷層攝影裝置（CT）臨床應(yīng)用質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》和國(guó)際有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以成為醫(yī)院開(kāi)展日常質(zhì)量控制檢測(cè)工作的有利工具，為確保醫(yī)療設(shè)備的準(zhǔn)確可靠、安全有效發(fā)揮重要作用。

[1]JJG 961—2001 醫(yī)用診斷計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置（CT）X射線輻射源檢定規(guī)程[S].

[2]JJG 1026—2007 醫(yī)用診斷螺旋計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置（CT）X射線輻射源檢定規(guī)程[S].

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