CT系統的質量控制

青島大學醫學院附屬醫院 a.醫學設備部；b. 圖書館，山東 青島266003

CT系統的質量控制

徐子森a，王敏b

青島大學醫學院附屬醫院 a.醫學設備部；b. 圖書館，山東 青島266003

計算機斷層掃描（CT）系統是利用多角度X光掃描圖像，對患者身體內部構造進行三維重建的放射影像學技術。自其發明以來，已經逐漸成為最為重要的一種醫學影像學技術。對CT系統的質量控制操作，主要針對其圖像質量和放射劑量進行，根據不同的目的和重要性，不同操作的頻率也會有所不同。

CT系統；質量控制；放射劑量

計算機斷層掃描（CT）系統發明于1972年，從此徹底改變了放射影像學。最開始的常規(軸向）CT單層掃描時間為數分鐘，而今的螺旋CT則能夠通過滑環技術在數秒內完成一套全容積掃描，超快速電子束CT甚至能夠將全套掃描時間壓縮至不到1 s[1-3]。通過使用更快和更高效的探測器，CT掃描的圖像質量也獲得了巨大改進，而多排CT的出現則是CT技術的另一項重要革新。今天，臨床中使用的CT掃描儀通常屬于第三代（X射線源和探測器一起旋轉）或第四代（X射線源圍繞病人旋轉，而探測器保持固定）。螺旋CT技術可應用于第三代和第四代產品的設計，多數多層CT設備為第三代產品。

常規CT（或以軸向模式操作的螺旋和多層CT）的許多質量控制測試，可以根據制造商提供的測試體模和流程進行。

1 日常測試

CT值精確度、圖像噪聲、圖像均勻性和偽影測試均可通過CT體模掃描完成，因此將其歸為一組。由于這些參數會受到許多因素和故障的影響，因此上述測試被認為是最重要的CT質控測試。上述測試使用水質或質地均一且對射線的吸收能力等同于水的體模。通過對該體模進行CT掃描，并且使用CT系統自帶的統計功能，能夠獲取特定區域內體模的平均CT值及影像噪音的標準差。研究人員還需要檢查體模影像中是否存在不均一性和偽影，其中不均一性可以通過比對不同位置的CT值完成。偽影包括可能由第三代CT設備的探測器校準誤差或第四代CT的超聚焦輻射引發的“環狀偽影”。不均一性包括圖像暗影及不同位置的CT值變化，比如從一側到另一側或從中心到邊界。

上述測試應每天進行，使用至少一個常用的技術設置。體模的大小與成人頭部相仿，直徑大約20 cm。對于平均CT值以及影像噪音的分析應基于體模中心部位至少10×10 cm2的區域，且每次質控測試所使用的分析區域尺寸應一致。研究人員使用適當的CT值分析窗位和窗寬來判斷不均一性和偽影，其中窗寬建議為50～100 HU。窗寬過窄可能會導致過分強調臨床上不明顯的偽影。平均CT值或噪音標準差中如果出現明顯改變，則該CT系統可能存在系統故障。

2 測試參數頻率

上述測試最好以每月到每半年一次的頻率進行，具體頻率取決于可用的資源。在這些測試中，研究人員至少應使用兩種不同尺寸的體模（成人頭部和身體大小），并對所有臨床會用到的層寬進行研究，其中對最薄的層寬和螺旋掃描模式進行的質量控制尤為重要。如果實際使用中使用兩種及以上的球管電壓/電流組合，對每種組合都應進行質量控制操作。最后，質控流程還應當包括不同的掃描速度和重建算法。

2.1 掃描層寬（單層靈敏度，SSP）

研究人員應當針對所有可能用到的掃描層寬，以每月或每半年一次的頻率進行質量控制。在測試過程中，研究人員需要選擇合適的體模，例如在軸向模式中選取鋁制或金屬線圈，在螺旋掃描模式中選取珠狀體模。成像層寬一般為層寬曲線半峰值（FWHM）。

2.2 劑量曲線峰寬

研究人員應當針對所有掃描層寬，以每月到每半年一次的頻率進行該項測試。該測試中，研究人員需要使用柱狀體模，測量CT掃描一圈后產生的放射強度曲線。在測量過程中應當注意選擇合適的球管電流水平，以保證射線強度不超過體模的測量范圍。

2.3 CT掃描層定位精確度

研究人員應當以每月到每半年一次的頻率實施以下質量控制流程：① 掃描層定位光束的位置精確度；② 使用數字影像判斷切片定位精確度；③ 掃描臺移動過程中的掃描層定位精度。在測量掃描層定位光束的精確度時，要細致考查每道光束。在測試掃描臺運動過程中的掃描層定位精確度時，結果應該包括掃描臺反向運動的影響。

2.4 CT值計量的精確度和穩定性

研究人員應當以每月到每半年一次的頻率實施該操作流程。該流程中，需要使用一組固定的掃描參數，對含有多種CT值不同的內容物的體模在軸向模式下進行掃描，然后使用獲得的數據計算每種材料的實測CT值，并與廠家提供的參考值以及過往測試中獲取的歷史數據進行比對。常用的不同CT值材料包括聚乙烯、水、PMMA、聚碳酸酯、尼龍、聚苯乙烯和聚四氟乙烯。

一臺特定CT設備在上述測試中獲取的數值應保持相對恒定。數據趨勢中如果出現較大變動，則表明有故障或存在校準問題。相同材料在不同CT設備上測得的CT值可能存在較大差異，其原因包括在球管電壓、射線過濾、探測器吸收及光束硬化校正中的差異等。

將上述不同材質的CT值與其對應的X光線性衰減常數繪制關系曲線，所得曲線應當具有良好的線性，而且斜率為1.00左右。

2.5 空間分辨率（圖像銳度）

研究人員應當以每月到每半年一次的頻率執行該質控操作。在軸向模式中，該測試可以通過對x-y平面上含有不同大小物體的體模進行成像掃描來完成。這些物體可以是一系列不同尺寸的棒狀物，其平面成像為點，或一系列不同尺寸的平板，其平面成像為線。因為具有更大的可視化面積，平板樣品通常比棍狀物有更大的適用范圍。體模中的成像標記物材質應與周圍物質保持足夠的對比度，二者的菲爾德參數應當至少相差1000 HU。低對比度的標記材料（菲爾德參數差為100 HU）通常用于測量調制轉移函數，但并不常見。

目前一些CT設備能夠通過掃描含有標記物的體模，來計算成像過程的分辨率極限，調制傳遞函數，以及點擴散函數。這些結果可以用于計算或替代圖像銳度參數。其中細線標記物特別適用于沿z軸的校準。在螺旋CT掃描的質控過程中，如果使用細線標記物進行z軸分辨率的測量，則細線在z軸上的投影長度應當不短于掃描層厚與兩倍CT架旋進距離之和。

軸向模式下，平面分辨率的測試應同時使用標準分辨率和高分辨率重建算法，對單個掃描層進行評估。特別是使用高分辨率算法時，標準掃描視野中的成像像素的尺寸過大，可能會限制實際測量的分辨率。在這種情況下，研究人員應當使用較小的掃描視野，以降低像素尺寸，從而準確判斷CT設備真正的分辨力。

在掃描參數不變的情況下，等中心螺旋CT掃描的平面空間分辨率應等同于軸向模式的平面空間分辨率，而與單次旋進距離無關。但是研究人員仍舊應當選取合適的體模，進行螺旋CT的平面分辨率測試。為了保證該測試的準確性和可信度，醫學物理師應當檢查體模中的標記物尺寸，保證其z軸上的投影長度足夠，避免引入偽影。

在臨床中，平面和軸向分辨率均會影響整體圖像清晰度和螺旋CT掃描的影像細節。在測量軸向分辨率時，應當使用圖像重建軟件來進行體模影像的多平面重組（MPR）。研究人員可以選擇適當的重建軟件和體模，測量不同旋進距離和準直寬度組合線的軸向分辨率。重建圖層厚度不應超過準直寬度的0.2倍。

2.6 低對比度材料的檢測能力

研究人員應當以每月到每半年一次的頻率執行該質控操作，同時注意盡量降低由于主觀性帶來的測量結果偏差。該測驗使用的體模應當包含各種尺寸與對比度不同的標記物，其中不同物質的對比度差異可以保持在1%以內，即10 HU。

具體操作過程中，研究人員應當首先使用標準CT流程對體模成像，之后調整掃描參數，調高或調低成像質量水平。在每個成像水平上，研究人員需要判斷并測量能夠辨別的最小標記物尺寸。對于大尺寸標記物的檢測能力應當隨著成像水平的提高而提高，但小尺寸標記物的檢測能力可能會受到CT設備空間分辨率的影響。

為了降低測試過程中的隨機誤差，待測體模中每種尺寸、對比度的標記物都應不止一個。另外，由于上述方案設計研究人員的主觀判斷，對CT設備檢測能力的測試還可以通過測量該系統的噪聲指數來進行。

2.7 軸位掃描的放射劑量測定

研究人員應當以每季度到每年一次的頻率執行放射劑量的質量控制測試。進行該項測試時，可以采用FDA推薦的CT劑量指數（CTDIFDA）。研究人員需要使用材質為PMMA、直徑為16或32 cm的體模，同時準備一個有效長度為14 cm的圓柱電離箱。測試過程中，研究人員可以將電離箱固定在體模表層以及中心部位附近，然后使用電離箱測定相應位置的放射劑量。另外，由于該項測量只覆蓋不超過14倍掃描層厚度的有效距離，因此在測量小尺寸掃描層（寬度＜10 mm）放射劑量時，研究人員還需要使用鉛制濾器，以縮短電離箱的有效長度。這種測試手段比較繁瑣，而且耗時較長，另外對于掃描層寬度超過5 cm的CT掃描流程，其計量測試結果可信度欠佳，因為難以保證覆蓋所有的射線照射范圍[4]。

國際電工技術委員會IEC在其標準中提出了一個更好的CT劑量參數，CTDI100[5-6]，該參數的測量由CT設備各掃描層寬在100 mm照射范圍形成的放射劑量組成。本參數測試流程的體模和電離箱設計參照CTDIFDA的設計，可以從體模的表層和中心部位測量放射劑量，同時研究人員還可以將表層CTDI100的2/3和中心CTDI100的1/3加和獲得加權CT劑量參數。CTDI100的具體數值很大程度上受到CT設備的多層平均劑量（MSAD）的影響。

CT設備的生產商通常會為用戶提供根據球管峰值電壓（kVp）、球管毫安秒（mAs）及掃描層厚度計算CTDIFDA和CTDI100的公式，包括16/32 cm體模的表面和中心部位的數據。在具體測試中測得的數值應當與根據生產商公式計算所得的數據相符合。

當前使用的CT劑量測試手段有許多缺陷，研究人員應當保持警惕。CTDIFDA參數測量流程中缺少能夠準確地將曝光電離值轉換為放射劑量的手段。在CT掃描中，將曝光（R）轉換為軟組織中劑量（rad）的劑量轉換因子（fmed） 大約是0.94。然而，大多數制造商使用劑量轉換因子大約為0.78的PMMA制體模來計算CTDI，因此研究人員必須注意兩種轉換因子之間的差異。如果醫護人員使用CTDIFDA方法計算CT掃描中病人（或胚胎、胎兒）接受的放射劑量，如上所述，由于使用的劑量轉換因子較低，加上對較薄掃描層部分劑量的過濾，病人接受的放射劑量可能被嚴重低估。如果醫護人員使用CTDI100進行上述工作，則可以在一定程度上避免這兩個問題，因為在CTDI100的定義中，劑量轉換因子為空氣的轉換因子0.87。

在測量體表放射劑量時，使用放置于體模表層的長度較短的圓柱形電離箱可能會導致對體表多掃描層平均劑量（MSAD）的低估。在比較不同CT設備的性能時，也不應當僅考慮特定尺寸體模的特定位置上的CT劑量參數或多掃描層平均劑量，因為不同CT設備對于射線的準直和過濾均有所不同，而這些因素有可能導致病人體內不同位置的CT劑量參數和多掃描層平均劑量的變化。

3 結論

CT系統作為現代醫院放射科重要工具之一，結構復雜、功能強大，其掃描結果現已成為醫院中患者診療的重要依據，因此掃描時需重點考慮成像的準確性、精確性、分辨率和對比度等因素。與此同時，CT系統也是醫用放射診斷學中最大的輻射來源，因此在保證成像結果的前提下盡量降低患者劑量，也同樣是醫護工作者需要關注的問題[7-8]。

醫院中的臨床工程師和醫學物理師是負責CT系統質量控制流程的力量。本文通過對醫院中不同頻率質量控制流程的內容進行闡述和介紹，向大家介紹了發達國家的CT系統質量控制手段和方案，希望能夠為國內患者的健康事業作出一份貢獻。

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Quality Control of CT system

XU Zi-sena, WANG Minb
a.Department of Medical Equipment; b. Library, Affiliated Hospital of Medical College Qingdao University, Qingdao Shandong 266003, China

Computerized tomography (CT) is a radiology imaging technique that takes advantage of multiangular scanning of patient body and 3-D reconstruction, in order to demonstrate the inner structure of patient body. Ever since its establishment, CT has become the most important tool for medical imaging. Quality control of CT systems is mainly aimed at raising image quality and reducing radiation dose. In the mean time, frequencies of different operations vary according to their purposes and importance.

CT system; quality control; radiation dose

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.08.005

1674-1633(2013)08-0014-03