柳晶波，高 倩，張龍達(dá)

64層螺旋CT空間分辨力評(píng)價(jià)方法解析

柳晶波，高 倩，張龍達(dá)

目的：針對(duì)目前CT空間分辨力的檢驗(yàn)現(xiàn)狀，提出更為科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?4層螺旋CT空間分辨力檢測(cè)要求。方法：對(duì)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的空間分辨力測(cè)試要求進(jìn)行分析，用試驗(yàn)數(shù)據(jù)來說明現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中存在的不足，同時(shí)提出64層螺旋CT空間分辨力的檢測(cè)要求，并分析影響空間分辨力的因素。結(jié)果：64層螺旋CT空間分辨力測(cè)試要求能夠很好地評(píng)價(jià)空間分辨力，避免了原有標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試要求中存在的不足。結(jié)論：64層螺旋空間分辨力檢測(cè)要求的提出，能夠更好、更科學(xué)地評(píng)價(jià)其空間分辨力，保證圖像質(zhì)量更好地應(yīng)用于臨床。

64層螺旋CT；空間分辨力；調(diào)制傳遞函數(shù)

0 引言

CT機(jī)自1972年問世以來，經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)從普通的CT發(fā)展到螺旋CT，并且已經(jīng)由1層CT發(fā)展到640層CT[1]。盡管CT已經(jīng)發(fā)展到640層，但是128層、256層、320層和640層CT僅有個(gè)別CT設(shè)備生產(chǎn)商在生產(chǎn)，價(jià)格比較貴，醫(yī)院裝機(jī)量比較少。在醫(yī)院中裝機(jī)量比較大的是64層螺旋CT機(jī)，國(guó)際代表性的CT設(shè)備生產(chǎn)商都以64層螺旋CT作為自己的主流產(chǎn)品，同時(shí)國(guó)產(chǎn)CT也進(jìn)入了64層CT的行列，因此做好64層螺旋CT的圖像性能質(zhì)量評(píng)價(jià)非常重要。目前，在CT行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中評(píng)價(jià)CT的圖像性能指標(biāo)主要有圖像噪聲、CT值均勻性、CT值準(zhǔn)確性、CT值線性、空間分辨力、低對(duì)比度分辨力、偽影、切片厚度等[2]。本文主要關(guān)注64層螺旋CT的空間分辨力的評(píng)價(jià)指標(biāo)，提出64層螺旋CT空間分辨力的檢測(cè)要求和檢驗(yàn)方法，同時(shí)探討測(cè)試中需要引起關(guān)注的問題。

1 空間分辨力

空間分辨力又稱高對(duì)比度分辨力[3-4]，它是衡量CT圖像質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，是指在高對(duì)比度的情況下區(qū)分相互靠近的細(xì)小物體的能力，也就是可以識(shí)別相鄰物體的最小極限，通常用每毫米黑白條紋對(duì)數(shù)量的形式來表示，單位lp/mm或lp/cm。其換算關(guān)系為：5÷lp/cm＝可分辨的最小物體直徑（mm）。空間分辨力在臨床上體現(xiàn)為對(duì)小病灶或結(jié)構(gòu)的成像能力，是CT系統(tǒng)圖像性能的重要參數(shù)，同時(shí)也是CT質(zhì)量檢測(cè)的關(guān)鍵因素。

影響空間分辨力的因素主要有：（1）X線管的焦點(diǎn)尺寸：焦點(diǎn)小的X線管產(chǎn)生窄的X線和較清晰的圖像，但是熱容量受到限制；（2）探測(cè)器單元的孔徑：孔徑越窄，孔徑轉(zhuǎn)移函數(shù)越寬，越有可能提供較高的分辨力；（3）圖像重建算法：選用不同的算法也會(huì)得到不同的圖像，空間分辨力也會(huì)不同；（4）圖像矩陣：圖像矩陣越大，分辨力越高；（5）X線劑量、層厚[5]：層厚越薄，空間分辨力越高，但層厚越薄，噪聲就越大，低對(duì)比度分辨力就會(huì)降低。

2 空間分辨力的常規(guī)檢驗(yàn)方法

目前，國(guó)家CT機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中用來檢測(cè)CT空間分辨力的方法有以下2種：

（1）分辨線對(duì)法。視覺分辨在適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)器件圖像中可分辨出重復(fù)圖案中最小的分離元素（如孔、短棒或者線條）的間隔[6]。CT機(jī)常用測(cè)試模體Catphan500和Catphan600中的CTP528 lp/cm高分辨力模塊（如圖1所示）來進(jìn)行分辨力的測(cè)試，可分辨一組黑白相間的線對(duì)的間距尺寸。不同線對(duì)數(shù)的線對(duì)卡對(duì)應(yīng)不同的空間分辨力，共有21組，即1～21 lp/cm。

分辨線對(duì)法需要依靠人眼來識(shí)別可以分辨的線對(duì)數(shù)，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單快速，缺點(diǎn)是存在主觀的因素，依賴于觀測(cè)者和觀測(cè)環(huán)境，可重現(xiàn)性差。

圖1 線對(duì)/厘米（lp/cm）高分辨力模塊

（2）調(diào)制傳遞函數(shù)（modulation transferfunction，MTF）的截止頻率法，可采用Droege和Morin[7]給出的方法測(cè)量。該方法基于測(cè)量已知頻率的輸入方波的輸出幅度。因?yàn)檎{(diào)制傳遞函數(shù)定義為輸出調(diào)制和輸入調(diào)制的比值，周期圖案的MTF可測(cè)量如下：

式中，M測(cè)試物為周期性測(cè)試物的調(diào)制，由圖像中周期性測(cè)試物像素的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算；N背景為背景的平均噪聲（對(duì)應(yīng)于水和短棒測(cè)試物的材料）；CT材料和CT水為測(cè)量得到的短棒測(cè)試物的材料和水的CT值，測(cè)量應(yīng)使用和計(jì)算噪聲一樣的感興趣區(qū)，并應(yīng)包含至少100像素。

MTF曲線圖可通過測(cè)量所有可分辨的周期性測(cè)試物調(diào)制點(diǎn)，并對(duì)應(yīng)周期性測(cè)試物的空間分辨力作圖得到（如圖2所示）。

圖2 MTF法的空間分辨力

用MTF法進(jìn)行空間分辨力測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)是能夠提供所有空間頻率的詳細(xì)信息，避免了測(cè)試過程中人眼觀察等主觀因素帶來的影響，而且包含了更多的信息；需要特別仔細(xì)的定位和專門的測(cè)試軟件，通常利用CT機(jī)系統(tǒng)自帶的軟件自動(dòng)計(jì)算其數(shù)值。

3 空間分辨力測(cè)試要求中存在的不足

目前CT機(jī)檢驗(yàn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY 0310—2005中規(guī)定，要選擇典型頭部和體部運(yùn)行條件對(duì)空間分辨力進(jìn)行評(píng)價(jià)，在試驗(yàn)方法選擇上可以選擇分辨線對(duì)法和MTF法。

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)空間分辨力測(cè)試要求和方法存在不足，線對(duì)分辨法存在人眼觀察的主觀因素，不同的觀察者對(duì)線對(duì)的觀察不同，不能客觀地評(píng)價(jià)空間分辨力；MTF法沒有規(guī)定具體MTF的百分比。在日常的檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，CT設(shè)備的生產(chǎn)商給出的空間分辨力評(píng)價(jià)的條件是不同的，具體見表1。

表1 不同CT設(shè)備的空間分辨力對(duì)比結(jié)果 lp/mm

由表1可以看出，不同CT設(shè)備生產(chǎn)商給出不同條件下的分辨力值，有的生產(chǎn)商為了顯示較高的空間分辨力，實(shí)際給出的是MTF=0%時(shí)的空間分辨力數(shù)值，看似空間分辨力的值比較高，但是MTF=0%時(shí)的線對(duì)數(shù)是沒有實(shí)際意義的。同時(shí)設(shè)備生產(chǎn)商在進(jìn)行產(chǎn)品市場(chǎng)宣傳時(shí)僅僅強(qiáng)調(diào)分辨力值，不明確說明其測(cè)試的具體條件，容易誤導(dǎo)CT設(shè)備的采購(gòu)和使用者。為了避免類似問題，有必要對(duì)空間分辨力提出非常明確的測(cè)試要求和測(cè)試方法。

4 64層螺旋CT的空間分辨力測(cè)試要求

（1）對(duì)64層螺旋CT的空間分辨力測(cè)試時(shí)，要求采用MTF的截止頻率法進(jìn)行空間分辨力的評(píng)價(jià)。

（2）64層螺旋CT的空間分辨力測(cè)試要求給出MTF=50%和MTF=10%時(shí)的空間分辨力值[2]。

為了避免空間分辨力評(píng)價(jià)條件的不同，要求64層螺旋CT的空間分辨力參照GB/T 19042.5—2006《醫(yī)用成像部門的評(píng)價(jià)及例行試驗(yàn)第3-5部分：X射線計(jì)算機(jī)體層攝影設(shè)備成像性能驗(yàn)收試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)的要求，給出采用MTF=50%和MTF=10%時(shí)的空間分辨力值，在同一測(cè)試要求下有利于比較其空間分辨力的優(yōu)劣。

（3）64層螺旋CT的空間分辨力測(cè)試要求X-Y平面和Z軸方向均進(jìn)行空間分辨力評(píng)價(jià)[8-9]。目前的64層螺旋CT通常具有32層及以上的探測(cè)器，其Z軸方向的掃描覆蓋范圍比較寬且圖像的性能指標(biāo)也至關(guān)重要。因此，在對(duì)64層螺旋CT進(jìn)行空間分辨力評(píng)價(jià)時(shí)，不僅要進(jìn)行X-Y平面的空間分辨力評(píng)價(jià)，同時(shí)還要進(jìn)行Z軸方向的空間分辨力評(píng)價(jià)，通常Z軸方向的空間分辨力要低于X-Y平面的空間分辨力。

（4）空間分辨力的影響因素比較多，同時(shí)不同的CT機(jī)的技術(shù)參數(shù)也有區(qū)別，很難達(dá)到完全一致的

（????）（????）技術(shù)參數(shù)要求。通常要求空間分辨力的測(cè)試應(yīng)在CT設(shè)備生產(chǎn)商給出的典型頭部和體部運(yùn)行條件下進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)要求頭部中心劑量不大于40 mGy，體部中心劑量不大于20 mGy。

5 空間分辨力測(cè)試的注意事項(xiàng)

在進(jìn)行空間分辨力測(cè)試時(shí)要注意測(cè)試條件的選擇，按照標(biāo)準(zhǔn)要求選擇典型模式進(jìn)行測(cè)試，為了保證測(cè)試結(jié)果的重現(xiàn)性，要注意記錄測(cè)試時(shí)的CT運(yùn)行條件，例如體層切片厚度、螺距系數(shù)、峰值、X線管電壓、X線管電流、加載時(shí)間等。

6 結(jié)語(yǔ)

空間分辨力作為CT系統(tǒng)性能的重要表征參數(shù)，其檢驗(yàn)方法也日益受到人們的關(guān)注。目前提出的64層螺旋CT的空間分辨力評(píng)價(jià)要求和評(píng)價(jià)方法可以很好地評(píng)價(jià)空間分辨力，體現(xiàn)出圖像的性能指標(biāo)，其存在的不足是采用的MTF評(píng)價(jià)軟件均是CT系統(tǒng)自帶的系統(tǒng)軟件，軟件分析結(jié)果的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。隨著CT技術(shù)的發(fā)展，CT系統(tǒng)空間分辨力等性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)手段將向數(shù)字化技術(shù)的方向發(fā)展。

[1]張敬理.醫(yī)療器械監(jiān)管技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)醫(yī)藥工業(yè)出版社，2009：421-424.

[2]YY 0310—2005 X射線計(jì)算機(jī)體層攝影設(shè)備通用技術(shù)條件[S].

[3]GB/T 19042.5—2006 醫(yī)用成像部門的評(píng)價(jià)及例行試驗(yàn) 第3-5部分：X射線計(jì)算機(jī)體層攝影設(shè)備成像性能驗(yàn)收試驗(yàn)[S].

[4]施裕新，陸普選，張志勇.影像醫(yī)療器械臨床試驗(yàn)手冊(cè)[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2013：100-101.

[5]劉傳亞，張建春，呂守臣.多層CT螺距與Z軸空間分辨力的關(guān)系探討[J].醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志，2010，20（10）：1 559-1 561.

[6]郭智敏.CT系統(tǒng)空間分辨力測(cè)試方法研究進(jìn)展[J].兵器材料科學(xué)與工程，2010（2）：113-117.

[7]Droge R T，Morin R L.A practical method to measure the MTF of CT scanners[J].Med Phys，1982，5（9）：758-760.

[8]GB 9706.18—2006 醫(yī)用電氣設(shè)備 第2部分：X射線計(jì)算機(jī)體層攝影設(shè)備安全專用要求[S].

[9]IEC 60601—2-44：2012 Medical electrical equipment-part 2-44：particular requirements for the basic safety and essential performance of X-ray equipment for computed tomography[S].

（收稿：2014-10-22 修回：2015-03-15）

Spatial resolution evaluation of 64-slice helical computed tomography

LIU Jing-bo,GAO Qian，ZHANG Long-da
（Liaoning Medical Device Test Institute，Shenyang 110179,China）

ObjectiveTo put forward spatial resolution detection requirements of 64-slice helical CT based on analyzing the present situation of CT spatial resolution detection.MethodsThe requirements for spatial resolution in the existing industrial standards were analyzed,and some test data were used to prove the deficiency of the standards.Spatial resolution detection requirements were proposed for 64-slice helical CT,and the factors affecting spatial resolution were explored.ResultsThe deficiencies in the original standards were eliminated.ConclusionThe proposed requirements may facilitate the spatial resolution detection of 64-slice CT,and thus can enhance image quality for clinical diagnosis and treatment.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（9）：93-94，100]

64-slice helical CT;spatial resolution;modulation transfer function

R318.6；TH774

A

1003-8868（2015）09-0093-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.09.093

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAI22B00）

柳晶波（1975—），女，檢驗(yàn)四室主任，高級(jí)工程師，主要從事醫(yī)療器械產(chǎn)品的安全性評(píng)價(jià)方面的研究工作，E-mail：ljb1106@126.com。

110179沈陽(yáng)，遼寧省醫(yī)療器械檢驗(yàn)檢測(cè)院（柳晶波，高 倩，張龍達(dá)）