焦龍，于喜坤，劉師竺，張健，張鰒天，劉景鑫

1. 吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 放射線科，吉林 長春 130033；2. 吉林省醫(yī)學(xué)影像工程技術(shù)研究中心，吉林 長春 130033；3. 長春市計(jì)量檢定測試技術(shù)研究院，吉林 長春 130012

引言

近年來，隨著CT設(shè)備的日漸普及，如今CT已經(jīng)成為臨床檢查的首選項(xiàng)目之一，確保CT設(shè)備性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)是得到良好的CT圖像的基礎(chǔ)[1]，所以CT設(shè)備性能檢測至關(guān)重要[2]。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，業(yè)內(nèi)對(duì)CT設(shè)備的理解越加深入，CT設(shè)備和其檢查技術(shù)不斷的升級(jí)、更新?lián)Q代，CT設(shè)備及圖像評(píng)價(jià)的方法也在日漸優(yōu)化[3-4]，國內(nèi)各地區(qū)也對(duì)地域差異引起的設(shè)備與圖像差異進(jìn)行了研究[5-7]。因此，研討出一套更加適合如今CT發(fā)展需要的、普遍適用與全國范圍的CT成像質(zhì)量控制檢測規(guī)范，是目前所迫切需要的[8]。

我們通過在國內(nèi)多地域進(jìn)行大范圍的設(shè)備檢測及相應(yīng)的圖像分析，得到了目前國內(nèi)不同地域的正常使用中的CT設(shè)備的現(xiàn)狀，對(duì)比參考國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)研究[9-10]，得到了對(duì)于現(xiàn)行檢測標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)修改意見。同時(shí)，通過數(shù)據(jù)分析和對(duì)比探究，得到了低劑量CT檢查的最低劑量閾值。這對(duì)CT設(shè)備的檢測以及臨床研究和使用，都具有重大意義。

1 材料與方法

1.1 CT檢測模體

我們選取目前醫(yī)療市場上國內(nèi)外的主要CT廠家的產(chǎn)品，國外廠家包括GE、Siemens、Philips、東芝醫(yī)療（佳能）和日立，國內(nèi)廠家包括東軟醫(yī)療、明峰醫(yī)療、深圳安科和上海聯(lián)影。在十三五國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持下，歷時(shí)2年時(shí)間，地域覆蓋五個(gè)省份，在126家醫(yī)院中正常使用的CT上進(jìn)行了522臺(tái)次試驗(yàn)。CT檢測模體，見表1。

表1 CT檢測模體表

1.2 CT值（水）、均勻性、噪聲

將CT檢測模體圓柱軸線與掃描層面垂直并處于掃描野中心，采用頭部掃描條件進(jìn)行掃描。在螺距:速度（pitch:speed）為0.562:1、0.938:1和1.375:1的三種條件下，依次設(shè)置 mA 量為 300、250、200、150、100、70、60、50、40、30以及20 mA進(jìn)行掃描。

選取圖像中心大約500個(gè)像素點(diǎn)大?。s十分之一模體面積）的ROI，測量該ROI的平均CT值、標(biāo)準(zhǔn)偏差，其中平均CT值作為水CT值的測量值，標(biāo)準(zhǔn)偏差除以對(duì)比度標(biāo)尺作為噪聲的測量值n，見公式(1)。

式另外在圖像圓周相當(dāng)于鐘表時(shí)針3、6、9、12點(diǎn)的方向，距模體影像邊沿約10 mm處,選取大約500個(gè)像素點(diǎn)大小的ROI，分別測量這四個(gè)ROI的平均CT值,其中與圖像中心ROI平均CT值的最大差值作為均勻性的測量值。

1.3 高對(duì)比分辨力（空間分辨力）

掃描條件參照1.2，選取圖像調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)拇皩挻拔唬直娉鲆唤M最小的線對(duì)數(shù)。

1.4 低對(duì)比度分辨力（密度分辨率）

掃描條件參照1.2，選取圖像調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)拇皩挻拔?，分辨出各?duì)比度系列中所能分辨的最小一級(jí)孔徑。

2 結(jié)果

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17589-2011《X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置質(zhì)量保證檢測規(guī)范》[11]中對(duì)CT值、噪聲、均勻性、空間分辨力和低對(duì)比分辨力的計(jì)量性能要求，作為CT影像質(zhì)量控制的客觀標(biāo)準(zhǔn)。我們對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行了大量統(tǒng)計(jì)分析。

我們統(tǒng)計(jì)分析了不同劑量下各CT設(shè)備間的性能參數(shù)測量數(shù)據(jù)，結(jié)果見表2。

表2 不同劑量下各CT設(shè)備性能評(píng)分（分，±s）

表2 不同劑量下各CT設(shè)備性能評(píng)分（分，±s）

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由表2可知，對(duì)于不同劑量下各CT設(shè)備間的CT值、均勻性、空間分辨力和低對(duì)比度分辨力4項(xiàng)指標(biāo)P≥0.05，故其測量值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而噪聲指標(biāo)P≤0.05，故其測量值有顯著性差異，為使結(jié)論能夠適用于臨床上大部分CT設(shè)備，我們?cè)跀?shù)據(jù)中選擇了一組噪聲相對(duì)不理想的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下。

（1）CT值作為X射線衰減平均值，幾乎不受毫安量和螺距的影響，見表3。目前國家標(biāo)準(zhǔn)中，CT值的數(shù)值范圍要求為±6，實(shí)際結(jié)果遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)劑量為30 mAs時(shí)，CT值的數(shù)值范圍仍然合格。實(shí)驗(yàn)中，未見此項(xiàng)數(shù)值不合格的CT設(shè)備。

表3 采用不同螺距時(shí)CT值隨mAs的變化情況

（2）均勻性是整個(gè)掃描野中，均勻物質(zhì)影像CT值的一致性，受毫安量和螺距影響不大，見表4。目前的國家標(biāo)準(zhǔn)中均勻性的數(shù)值范圍要求為±5，實(shí)驗(yàn)結(jié)果遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)劑量為30 mAs時(shí)，均勻性的數(shù)值范圍仍然合格。實(shí)驗(yàn)中，未見此項(xiàng)數(shù)值不合格的CT設(shè)備。

表4 采用不同螺距時(shí)均勻性隨mAs的變化情況

（3）低對(duì)比可探測能力為CT機(jī)圖像中能識(shí)別低對(duì)比的細(xì)節(jié)的最小尺寸。常規(guī)劑量時(shí)，低對(duì)比分辨力受毫安量和螺距影響不大，見表5。當(dāng)螺距為pitch:speed=1.375:1，毫安量小于40 mAs時(shí)，結(jié)果不符合國家標(biāo)準(zhǔn)。目前的國家標(biāo)準(zhǔn)中低對(duì)比可探測能力的數(shù)值范圍要求為＜3.0。實(shí)驗(yàn)中，常規(guī)劑量下此項(xiàng)數(shù)值的合格率為96.03%（取整兩位小數(shù)，下同）。

表5 采用不同螺距時(shí)低對(duì)比可探測能力隨mAs的變化情況

（4）高對(duì)比分辨力是在物體與背景的衰減程度上的差異與噪聲相比足夠大（大于100 HU）的情況下，CT成像時(shí)分辨不同大小物體的能力，受毫安量和螺距的影響不大。如表6。目前的國家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于常規(guī)算法的高對(duì)比分辨力的數(shù)值范圍要求為＞5.0。當(dāng)劑量為30 mAs時(shí)，CT值的數(shù)值范圍仍然合格。實(shí)驗(yàn)中，常規(guī)劑量下未見此項(xiàng)數(shù)值不合格的CT設(shè)備。

（5）噪聲是在均勻物質(zhì)影像中，給定區(qū)域CT值對(duì)其平均值的變異，其大小可用感興趣區(qū)中均勻物質(zhì)的CT值的標(biāo)準(zhǔn)差除以對(duì)比度標(biāo)尺表示。毫安量與噪聲成反比關(guān)系，螺距與噪聲成正比關(guān)系，見圖1。目前的國家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)噪聲的數(shù)值要求范圍為＜0.45。常規(guī)劑量時(shí)，三種螺距的噪聲均符合國家標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)劑量低于40 mAs時(shí)，三種螺距得到的結(jié)果均不能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)中，常規(guī)劑量下此項(xiàng)數(shù)值的合格率為93.65%。

表6 采用不同螺距時(shí)高對(duì)比分辨力隨mAs的變化情況

圖1 采用不同螺距時(shí)噪聲隨mAs的變化情況

3 討論

考慮到CT設(shè)備生產(chǎn)廠家較多，設(shè)備型號(hào)范圍極廣，根據(jù)使用情況不同，機(jī)器的工作狀態(tài)不同，我們用了多種模體進(jìn)行了長期、周密的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行了精確的數(shù)據(jù)采集和分析，并進(jìn)行了多次驗(yàn)證，具有一定的先進(jìn)性。

結(jié)果表明，對(duì)CT系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量控制是保證良好CT影像質(zhì)量的前提，而CT值、噪聲、均勻性、高對(duì)比分辨力、低對(duì)比可探測能力又為CT系統(tǒng)性能參數(shù)的重中之重。雖然以上得出的結(jié)果不能完全評(píng)價(jià)影像質(zhì)量，但作為圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)，設(shè)備性能是非常重要，不容忽視的。在檢測的過程中我們發(fā)現(xiàn)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，GB 17589-2011《X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置質(zhì)量保證檢測規(guī)范》中的部分?jǐn)?shù)值標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不適用于現(xiàn)在的檢測要求。CT值和均勻性的要求過于寬松[12-15]。通過國內(nèi)多省市多家醫(yī)院500余臺(tái)次的實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)中要求。CTDIw的標(biāo)準(zhǔn)過于嚴(yán)格。通過走訪國內(nèi)外的主流CT廠家我們得知，如今的CT設(shè)備出廠時(shí)就無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中要求的CTDIw數(shù)值。CT系統(tǒng)劑量偏差來源于系統(tǒng)曝光設(shè)置參數(shù)等誤差的累積，且主要影響因素有以下幾點(diǎn)：① CT系統(tǒng)設(shè)置管電流（mA）誤差（行業(yè)內(nèi)通用±10%）；② CT系統(tǒng)設(shè)置曝光時(shí)間誤差（行業(yè)內(nèi)通用±10%）；③ CT系統(tǒng)kV準(zhǔn)確性要求±10%；④ CT系統(tǒng)濾過偏差。其中第①、②直接影響mAs（mAs即是mA與曝光時(shí)間的乘積），該參數(shù)直接與CTDI呈線性關(guān)系，假設(shè)兩項(xiàng)都達(dá)到負(fù)極值，mGy可造成負(fù)偏19%（90%×90%達(dá)81%），若假設(shè)兩項(xiàng)都達(dá)到正極值，mGy可造成正偏21%（110%×110%達(dá)121%）；第③導(dǎo)致的誤差可能會(huì)更大，因?yàn)镃TDI與kV的2.5（約）次冪成正比；系統(tǒng)的濾過和切片開縫都是引入劑量誤差的原因，都是不可忽略的[16-18]。

噪聲作為相當(dāng)重要的參數(shù)，在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，使用時(shí)間越久的設(shè)備噪聲數(shù)值表現(xiàn)越不理想，部分設(shè)備時(shí)隔半年左右后再次實(shí)驗(yàn)時(shí)噪聲結(jié)果差異較大。如今，臨床開具CT檢查的數(shù)量較幾年前已有較大體提升，CT設(shè)備使用頻率增加，半年一次的檢測間隔過長，不足以滿足臨床的需求。層厚的要求已經(jīng)不符合如今的臨床需求?，F(xiàn)在國內(nèi)的CT檢查中，已經(jīng)基本不采用8 mm的層厚，高分辨算法所使用的層厚也在0.625～1.25 mm之間。所以原有的層厚需求已經(jīng)不再適用于如今的檢測標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析，參考國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我們建議將現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值調(diào)整如下：

CT值狀態(tài)檢測評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議修改為±4 HU；均勻性驗(yàn)收檢測評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議修改為±4 HU，狀態(tài)檢測評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議修改為±5 HU；CTDIw驗(yàn)收檢測評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議修改為20%，狀態(tài)檢測評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議修改為20%；噪聲穩(wěn)定性檢測周期建議修改為每月；層厚驗(yàn)收檢測、狀態(tài)檢測、穩(wěn)定性檢測評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議都修改為：±1 mm（s＞2），±50%（2≥s≥1），±0.5 mm（s＜1）。

另外，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)放射劑量較低的時(shí)候，部分標(biāo)準(zhǔn)仍然適用，如CT值、均勻性、高對(duì)比分辨力[19-21]。但低于40 mAs時(shí)，噪聲、低對(duì)比分辨力無法滿足要求。所以我們建議，40 mAs可以作為低劑量檢查的劑量閾值。