李廣義 郭執(zhí)章 程起元 孫欣 山東大學(xué)附屬省立醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程部 （濟(jì)南 250021）

CT圖像的質(zhì)量控制與設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)

李廣義 郭執(zhí)章 程起元 孫欣 山東大學(xué)附屬省立醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程部 （濟(jì)南 250021）

計(jì)算機(jī)斷層掃描（computed tomography，CT）技術(shù)已廣泛應(yīng)用于臨床，其圖像質(zhì)量的好壞直接影響疾病的診斷。本文闡明了CT質(zhì)量控制工作的重要性，并討論了CT的掃描劑量指數(shù)、空間分辨率、密度分辨率、噪聲水平、CT值以及偽影對(duì)圖像質(zhì)量的影響。同時(shí)，為了保證得到良好的圖像質(zhì)量，我們對(duì)CT應(yīng)當(dāng)開展的質(zhì)量控制和設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)項(xiàng)目進(jìn)行了詳細(xì)探究。

計(jì)算機(jī)斷層掃描 圖像質(zhì)量 質(zhì)量控制 維護(hù)保養(yǎng)

1.引言

計(jì)算機(jī)斷層掃描（computed tomography，CT）系統(tǒng)發(fā)明于1972年，提高了臨床診斷和治療的效果，從而在臨床上得到廣泛應(yīng)用。與之伴生的質(zhì)量問(wèn)題（如額外的醫(yī)療輻射，圖像質(zhì)量欠佳而導(dǎo)致的誤診、漏診等）也日益受到業(yè)界的重視。CT設(shè)備質(zhì)量控制（Quality Control，QC）就是保證設(shè)備在臨床應(yīng)用中的高效和安全。

CT設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量參數(shù)主要包括劑量指數(shù)、圖像性能參數(shù)和機(jī)械性能參數(shù)。CT劑量指數(shù)（CT Dose Index，CTDI）直接影響圖像質(zhì)量；圖像性能參數(shù)包括空間分辨率、密度分辨率、噪聲水平、層厚、CT值線性、場(chǎng)均勻性等；機(jī)械性能參數(shù)如檢查床運(yùn)動(dòng)精度、激光定位光精度、機(jī)架滑環(huán)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和傳感等，這些決定圖像的定位精度。

2.CT圖像性能參數(shù)分析

CT圖像是以不同的灰度來(lái)表示，反映器官和組織對(duì)X線的吸收程度。CT掃描的影像質(zhì)量的評(píng)判受操作人員的視覺、經(jīng)驗(yàn)和掃描參數(shù)的選擇等主觀因素影響。CT成像質(zhì)量的好壞并無(wú)嚴(yán)格的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，不過(guò)可以通過(guò)解剖結(jié)構(gòu)顯示的清晰程度、CT值測(cè)量的準(zhǔn)確性、圖像有無(wú)偽影和圖像的觀感四個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)[1]。

2.1 CT劑量對(duì)圖像質(zhì)量的影響

掃描劑量越大，CT獲取的信息越多，圖像質(zhì)量就越高，但輻射水平也越高。根據(jù)正當(dāng)化的原則，在保證影像質(zhì)量的前提下，減少受檢者劑量。而一味追求低劑量，使用過(guò)低的掃描條件會(huì)影響空間分辨力及低對(duì)比度分辨力等性能指標(biāo)。從劑量指數(shù)分布與臨床實(shí)際影像評(píng)測(cè)分析，劑量指數(shù)應(yīng)保持在20～50mGy[2]，定期對(duì)CTDI進(jìn)行檢測(cè)。

在管電壓一定的情況下，劑量指數(shù)由毫安秒（mAs）決定。另外還與照射野尺寸、過(guò)濾等因素有關(guān)。其它條件不變的情況下，減小層厚，劑量指數(shù)相應(yīng)升高而空間分辨率增大；加大層厚，劑量指數(shù)相應(yīng)降低而空間分辨率減小[3]。

2.2 空間分辨率和密度分辨率

空間分辨率指在物體與背景衰減程度上的差異與噪聲相比足夠大的情況下（一般超過(guò)100H對(duì)比度差別），分辨空間相鄰結(jié)構(gòu)的能力。

CT機(jī)固有分辨率取決于探測(cè)器孔隙的寬度、X線管焦點(diǎn)的尺寸、被檢者與探測(cè)器的相對(duì)位置等。傳統(tǒng)的空間分辨力檢測(cè)方法是采用一個(gè)帶有不同孔徑的測(cè)試體模，還常用系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)（modulation transfer function，MTF）來(lái)描述[4～5]。CT成像系統(tǒng)的MTF曲線不依賴于X線量，取決于系統(tǒng)的幾何特性——X線焦點(diǎn)及檢測(cè)器元件的尺寸、重建濾波及像素尺寸。如果系統(tǒng)的幾何特性及像素尺寸不變，MTF只依賴于重建算法。

密度分辨率表示可以分辨最小密度差的程度。與信噪比有關(guān)，CT的球管輸出參數(shù)（kV，mA等）和噪聲是影響圖像密度分辨率的重要因素。觀察密度分辨率常采用對(duì)比度—細(xì)節(jié)曲線[4]，它能描繪出對(duì)比度與細(xì)節(jié)大小之間能鑒別的極限。與切層厚薄有關(guān)，增加層厚有助于提高密度分辨率，但體素的增加產(chǎn)生部分容積效應(yīng)損失圖像空間分辨率。重建算法也可影響密度分辨率，將高分辨率重建算法改為軟組平滑的算法，減少了噪聲會(huì)使圖像密度分辨率提高。尤其是對(duì)比度很高時(shí)，重建算法的影響會(huì)突出。

2.3 噪聲水平和部分容積效應(yīng)

噪聲是指均勻物質(zhì)的影像中CT值在其均值上下的隨機(jī)漲落，一般用充有均勻物質(zhì)的模型成像中某特定區(qū)域CT值的標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)表征。噪聲的大小與圖像質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)。噪聲的來(lái)源較多，探測(cè)器的種類與質(zhì)量、電子線路元件、X線散射、機(jī)械性能等都是噪聲的來(lái)源。其它噪聲源如重建算法的圓整誤差、電子噪聲、顯示系統(tǒng)噪聲等。CT噪聲主要受斷層厚度、像素尺寸和照射量等因素影響。一般低劑量會(huì)引起傳感器的欠釆樣并造成過(guò)量的噪聲，從而降低了信噪比，致使圖像退化，進(jìn)而影響低劑量的實(shí)際應(yīng)用[6]。像素增加可提高空間分辨率同時(shí)降低噪聲。

部分容積效應(yīng)：我們所說(shuō)的CT值實(shí)質(zhì)上是三位像素（體素）的平均值，對(duì)于非均質(zhì)的體素來(lái)說(shuō)，顯示的組織CT值作為平均值，不能完全反映組織的真實(shí)細(xì)微結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱為部分容積效應(yīng)。測(cè)量高密度中的低密度灶，CT值因有骨的影響，必然偏高。相反，測(cè)量低密度組織中的高密度灶，CT值必然因肺的影響而偏低。為了克服部分容積效應(yīng)的影響，可以實(shí)施薄層CT掃描。

2.4 偽影

掃描物體并不存在，而出現(xiàn)于CT圖像上的各種假性圖像稱為偽影。CT中常見的有條紋狀、環(huán)狀、帶狀、圖像模糊等偽影。病人的移動(dòng)或生理運(yùn)動(dòng)（腸蠕動(dòng)、心跳）所致偽影，稱之為運(yùn)動(dòng)偽影，通常呈現(xiàn)模糊的圖像[7]；病人體內(nèi)金屬異物（義齒、銀夾等）可導(dǎo)致高對(duì)比偽影；人體內(nèi)高密度組織與低密度組織（典型如骨與空氣，骨與軟組織）相鄰，在重建過(guò)程中可能出現(xiàn)射線硬化偽影（圖1）。如果設(shè)備的旋轉(zhuǎn)中心與重建矩陣的中心不匹配，會(huì)出現(xiàn)細(xì)實(shí)條紋線。如果X線束照射未能對(duì)齊探測(cè)器的中心，可能出現(xiàn)環(huán)狀或帶狀偽影。探測(cè)器電子元件的增益或補(bǔ)償?shù)钠苹蛘叨鄠€(gè)探測(cè)器單元輸出改變往往導(dǎo)致環(huán)狀偽影（圖2.a）的出現(xiàn)。比較少見的如條紋偽影（圖2.b）呈現(xiàn)條紋延長(zhǎng)交匯至一點(diǎn)，可以肯定由于一個(gè)方向的視角缺失引起。擺動(dòng)偽影（圖3）往往與旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件有關(guān)，通過(guò)調(diào)整旋轉(zhuǎn)帶的松緊往往能去除該偽影。

圖1. 重建造成偽影示例

圖2. 環(huán)狀偽影（a）與Fan Streak偽影（b）示例

圖3. 擺動(dòng)偽影示例

2.5 其它性能參數(shù)

影響CT圖像質(zhì)量的性能參數(shù)包括CT值及其均勻性，重建矩陣，床移精度，層厚，時(shí)間分辨率等。CT值指特定感興趣區(qū)內(nèi)所有像素CT值的均值，均勻度表示在均勻物體掃描成像中任何區(qū)域所測(cè)得的CT值的一致性。由于X線管老化及計(jì)算機(jī)功能的影響，各不同密度物質(zhì)原始CT值將會(huì)改變，定期進(jìn)行空氣、水的CT值校正，才能使圖像質(zhì)量得以保證。重建矩陣越大則在同樣的掃描野（field of view，F(xiàn)OV）情況下，像素越小清晰度越高，其關(guān)系為：像素大小=FOV/矩陣。但并不是矩陣越大圖像質(zhì)量就越好，矩陣增大像素減小，所得的光子數(shù)減少，使像素噪聲增加，并使密度分辨率降低[8]。檢查床作用是準(zhǔn)確地把病人送入預(yù)定或適當(dāng)?shù)奈恢蒙希驳囊苿?dòng)要平滑，移動(dòng)的精度要求很高，絕對(duì)誤差不允許超過(guò)±0.5 mm，一些高檔CT機(jī)可達(dá)到±0.25 mm。

一般認(rèn)為層厚越薄空間分辨率越高，密度分辨率越低。改變層厚對(duì)于空間分辨率和密度分辨率的影響是矛盾的。如增加層厚，在掃描條件不變的情況下，X線的光通量增加，探測(cè)器接受到的光子數(shù)增加，改善了密度分辨率。CT的時(shí)間分辨率（Temporal Resolution）是指CT設(shè)備采集到可以重建出一層完整圖像數(shù)據(jù)所需的時(shí)間，準(zhǔn)確說(shuō)是“單扇區(qū)時(shí)間分辨率”。該參數(shù)對(duì)于冠脈成像非常關(guān)鍵。CT的時(shí)間分辨率越高，心臟掃描的檢查條件就能越寬，甚至可以實(shí)現(xiàn)呼吸狀態(tài)下的心臟冠脈成像。

3.CT的質(zhì)量控制

CT質(zhì)量控制是指對(duì)CT機(jī)的一些硬件如高壓發(fā)生器、球管、檢查床和掃描機(jī)架，數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)（Data Acquisition System，DAS）和操作臺(tái)等系統(tǒng)等進(jìn)行檢測(cè)。CT質(zhì)量控制的依據(jù)主要是《X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置質(zhì)量保證檢測(cè)規(guī)范（GB17589-2011）》，該規(guī)范建議進(jìn)行十一項(xiàng)性能檢測(cè)，亦可參照Sasa等[9]的CT質(zhì)量保證方法。

CT質(zhì)量控制應(yīng)貫穿設(shè)備安裝、驗(yàn)收、維護(hù)保養(yǎng)直至報(bào)廢的整個(gè)過(guò)程。圖像質(zhì)量?jī)?yōu)良的設(shè)備某些參數(shù)也許并不理想，這說(shuō)明設(shè)備隱含的問(wèn)題并不是都能通過(guò)對(duì)圖像質(zhì)量的主觀判斷發(fā)現(xiàn)的，必須加強(qiáng)科學(xué)管理，重視周期性的狀態(tài)檢測(cè)。部分廠家的CT提供了質(zhì)量保證的運(yùn)用程序和相應(yīng)的檢測(cè)體模，但多數(shù)都存在檢測(cè)校正項(xiàng)目不全等缺陷。醫(yī)院應(yīng)要求廠家能提供更大的透明度，更系統(tǒng)全面地培訓(xùn)醫(yī)院本身的設(shè)備工程師，使醫(yī)院工程師能對(duì)CT進(jìn)行調(diào)整。

4.CT的維護(hù)保養(yǎng)與校準(zhǔn)

目前，廠家工程師對(duì)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作也 存在執(zhí)行不徹底的情況，未能嚴(yán)格按照設(shè)備廠商的維護(hù)保養(yǎng)規(guī)程進(jìn)行。某些工程師忽視對(duì)DAS系統(tǒng)的通道檢測(cè)，以及準(zhǔn)直器開檔運(yùn)動(dòng)測(cè)試等項(xiàng)目。如果某個(gè)或某幾個(gè)通道板故障，對(duì)CT的圖像質(zhì)量肯定存在影響。CT準(zhǔn)直器如果開檔不精確，可能導(dǎo)致輻射劑量偏大，直接危害病人健康。

4.1 掃描機(jī)架、檢查床等機(jī)械部件的維護(hù)和保養(yǎng)

日常定期檢查運(yùn)動(dòng)聲響、運(yùn)動(dòng)聲音是否正常是否平滑、正負(fù)傾斜運(yùn)動(dòng)時(shí)是否均衡等。對(duì)運(yùn)動(dòng)部位按照設(shè)備維護(hù)手冊(cè)加注潤(rùn)滑油，防止磨損；檢查機(jī)械部位各個(gè)緊固件，螺絲、螺母、銷釘?shù)扔兴蓜?dòng)或脫落現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)加以緊固。維護(hù)過(guò)程中多見檢查床側(cè)板經(jīng)常被撞擊變形導(dǎo)致床不能正常升降，要做好防撞措施。

4.2 CT球管和DAS系統(tǒng)的維護(hù)

定期根據(jù)運(yùn)行參數(shù)情況校準(zhǔn)管球的各項(xiàng)參數(shù)，主要包括管電流、管電壓、曝光時(shí)間以及過(guò)載保護(hù)裝置的校正和檢修并記錄。冷卻的球管必須經(jīng)過(guò)預(yù)熱才能進(jìn)行掃描；定期查看管球的油循環(huán)是否正常，清潔散熱片上的灰塵。關(guān)注球管陽(yáng)極過(guò)流情況，一般不要超過(guò)30%。對(duì)于雙源CT來(lái)說(shuō)，由于兩套球管及探測(cè)器的存在，球管及機(jī)架內(nèi)熱量的及時(shí)散發(fā)尤為重要，如配備高制冷效率的水冷系統(tǒng)，也需要定期清潔保養(yǎng)以增加設(shè)備性能穩(wěn)定性。定期進(jìn)行空氣校準(zhǔn)和水模校準(zhǔn)，以保證圖像質(zhì)量。查看DAS系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)溫度，一般應(yīng)維持在36～38?C。檢查DAS冷卻風(fēng)扇是否正常，如有噪聲或震動(dòng)應(yīng)更換。

4.3 滑環(huán)的清潔和維護(hù)

螺旋CT的滑環(huán)擔(dān)負(fù)著掃描架旋轉(zhuǎn)部分 （X線發(fā)生器） 的電源引入，多種信號(hào) （ 如X線控制信號(hào)） 和數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)?；h(huán)不良可導(dǎo)致多種故障發(fā)生，是螺旋CT最常見的故障之一。應(yīng)定期進(jìn)行滑環(huán)清潔，保養(yǎng)電刷時(shí)，用酒精紗布小心清潔刷頭，應(yīng)注意觀察滑環(huán)有無(wú)燒傷痕跡，如有應(yīng)及時(shí)清理，保養(yǎng)完成后在滑環(huán)上加電刷油。

4.4 其它部位的保養(yǎng)

激光發(fā)射頭保養(yǎng)：激光發(fā)射頭故障易導(dǎo)致間歇性掃描失敗。激光傳輸灰塵嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響數(shù)據(jù)傳輸，激光頭過(guò)臟會(huì)導(dǎo)致在系統(tǒng)掃描時(shí)采集的數(shù)據(jù)信號(hào)質(zhì)量不好[10]。針對(duì)激光發(fā)射頭定期的保養(yǎng)能夠有效避免這種故障的發(fā)生。自我診斷系統(tǒng)：CT廠商一般均提供Service服務(wù)工具，工程師應(yīng)定期閱讀錯(cuò)誤報(bào)告（Error Log），可以掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)錯(cuò)誤提示和出現(xiàn)頻率，有針對(duì)性的對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。此外，設(shè)備故障時(shí)對(duì)于有診斷軟件的部件可以運(yùn)行診斷，幫助鎖定故障點(diǎn)。

4.5 定期校準(zhǔn)

每次開機(jī)運(yùn)行球管預(yù)熱、探測(cè)通道校準(zhǔn)及空氣校準(zhǔn)等。定期執(zhí)行體模校準(zhǔn)。設(shè)備定期或更換相關(guān)部件后進(jìn)行整機(jī)質(zhì)量控制校準(zhǔn)以提高整機(jī)性能。校準(zhǔn)項(xiàng)目如機(jī)架平衡校準(zhǔn)、床校準(zhǔn)、焦點(diǎn)校準(zhǔn)、焦點(diǎn)高壓校準(zhǔn)、燈絲調(diào)整、球管真空訓(xùn)練、焦點(diǎn)準(zhǔn)直校準(zhǔn)、高壓發(fā)生器校準(zhǔn)及定位激光系統(tǒng)校準(zhǔn)等，保持CT良好的運(yùn)行狀態(tài)。

5.總結(jié)

CT設(shè)備定期的質(zhì)量控制和維護(hù)對(duì)圖像質(zhì)量的影響是關(guān)鍵性的，這需要廠家工程師、醫(yī)學(xué)工程師和操作技術(shù)人員共同合作。在圖像的質(zhì)控過(guò)程中，我們應(yīng)該熟練質(zhì)量控制的方法和步驟，注意相關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)；在設(shè)備的維護(hù)過(guò)程中，做到對(duì)關(guān)鍵部件定期保養(yǎng)和校準(zhǔn)，對(duì)其他附件做到定期清潔，并做好設(shè)備使用和維護(hù)記錄，做到有的放矢。只有這樣，我們才能發(fā)揮CT設(shè)備的最佳性能，進(jìn)而提高其成像質(zhì)量，保證診斷和治療的準(zhǔn)確性。

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Image Quality Control and Maintenance of CT

LI Guang-yi GUO Zhi-zhang CHENG Qi-yuan SUN Xin Shandong Provincial Hospital affliated to Shandong University (Jinan 250021)

Computed tomography(CT) technology has been widely used in clinical. The image quality of CT has directly effected on the disease diagnosis. This paper elucidates the importance of quality control of CT, and expound the factors which can affect the image quality in CT including dose index scan, spatial resolution, density resolution, noise, CT value and artifacts and so on. Meanwhile, in order to achieve a stable and excellence image quality, the quality control and equipment maintenance of CT was explored detailedly.

computed tomography(CT), image quality, quality control, maintenance

1006-6586(2017)01-0059-04

R814.42

A

2016-10-11