CT機圖像性能檢測方法與測量不確定度評定

【摘 要】 本文的目的是研究CT機的性能檢測方法，通過使用Catphan500模體和Barracuda劑量儀來檢測CT機的層厚、線性、場均勻性、噪聲、高對比度分辨力、低對比度分辨力和劑量指數（CTDI）。

【關鍵詞】 CT 模體 性能檢測 不確定度評定

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.05.014

Catphan500模體和Barracuda劑量儀可以滿足除了水的CT值以外國家對CT機質量檢測所要求的所有性能參數，檢測項目多并且使用方便，是CT機性能檢測的理想工具。

1 Catphan 500模體

Catphan 500模體是由四個直徑15cm的檢測模塊構成，分別是CTP401、CTP528、CTP515、CTP486。

第一個模塊CTP401內嵌兩組23°金屬斜線（X方向、Y方向）和四個小圓柱體，這四個小圓柱體采用不同的材料構成，分別是特氟隆（Teflon，標準CT值：990）、丙稀（Acrylic，標準CT值：120）、低密度聚乙稀（LDPE，標準CT值：-100）、空氣（最低密度，標準CT值：-1000）。

第二個模塊CTP528內嵌21組線對（放射環(huán)狀分布）。主要功能是用于空間分辨力的測量。

第三個模塊CTP515由內外兩組低密度孔徑結構組成。內層孔陣：對比度0.3%、0.5%、1.0%，直徑3、5、7、9mm;外層孔陣：對比度0.3%、0.5%、1.0%，直徑2、3、4、5、6、7、8、9、15mm。CTP515功能是用于測量密度分辨力。

第四個模塊CTP486由固體水組成用于測量均勻性、噪聲等參數。

2 圖像性能檢測方法

將模體放置于射線照射野中心并將定位光線對準模體的定位點。用常規(guī)頭部條件下層厚10mm或者最大層厚進行掃描。

2.1 層厚測量

利用Catphan體模CTP401模塊內2組23°斜線掃描所得的圖像測量層厚，測量斜線像周邊區(qū)域的CT值L1，窗寬調到最小，調高窗位，至斜線像消失時的窗位L2，L=（L1+L2）/2，調節(jié)窗位到L，窗寬調到最小，量得4條斜線的長度X。斜線長度X與層厚存在以下關系：[ZX=tan23°]，則[Z=X?tan23°]。

2.2 CT值線性測量

利用CTP401內4個不同材料的小圓柱體內進行樣本測量。4種材料的標準值如表1所示。在該模塊掃描所得的圖像上，測量4種物質的CT值。

表1 四種材料標準值

2.3 空間分辨力

掃描CTP528，窗寬調到最小，調節(jié)窗位來分辨最小的一組線對，用目測的方式來確定所能分辨的最高一級線對。各線對所對應的空間分辨力由低到高分別為1 LP/cm到21LP/cm（即5mm～0.24mm）。

2.4 密度分辨力

掃描CTP515，調節(jié)窗寬窗位確定各對比度系列中所能分辨的最小一級孔徑。

2.5 場均勻性

掃描CTP486，中心點CT值與四周CT值偏差應小于4HU。

2.6 噪聲

掃描CTP486，測量圖像中心的CT值標準偏差SD，則噪聲N=SD×0.1%，噪聲水平應不大于0.35%。

3 CT機X射線輻射源示值誤差測量結果的不確定度評定

3.1 測量過程簡述

（1）測量依據：JJG1026-2007《醫(yī)用診斷螺旋計算機斷層攝影裝置（CT）X射線輻射源檢定規(guī)程》。

（2）環(huán)境條件：溫度（10～30）℃，相對濕度≤85%。

（3）測量標準：電離室劑量儀，相對擴展不確定度，包含因子K=3。

（4）被測對象：醫(yī)用診斷螺旋計算機斷層攝影裝置（CT）機。

（5）測量方法：利用經過檢定后的Barracuda電離室，測量X射線輻射源輸出的空氣比釋動能率，用其平均值作為測量結果，測得的空氣比釋動能率經空氣密度修正，得到實際的空氣比釋動能率。

3.2 數學模型

[DW][=M?Nx?F1?F2?d-1]

式中：[DW]——模體中的吸收劑量，mGy;[M]——劑量儀經溫度、氣壓修正的示值，2.58[×10-4]C/kg（R）;[Nx]——照射量刻度因子;[F1]——由測量的照射量轉換成空氣中吸收劑量的轉換系數，33.97[×103]mGy[?]kg/C[F2]——由空氣中吸收劑量轉換成模體中吸收劑量的轉換因子，0.88;d——層厚，mm。

輸入量[M]，[Nx]，[t]，[p]彼此獨立不相關，故合成標準不確定度可按下式計算：

[uc（K）][=u2（M）+u2（Nk）+u2（t）+u2（p）]

輸入量的標準不確定度評定包括：與測量讀數有關不確定度分量[u（M）]、劑量儀校準因子[Nk]引入的標準不確定度分量[u（Nk）]、由溫度引入的標準不確定度[u（t）]、由氣壓計引入的標準不確定度[u（p）]。

3.3 輸入量標準不確定度的評定

3.3.1 輸入量標準不確定度的評定

（1）對被測儀器重復性測量引入的標準不確定度[u（M1）]的評定（采用A類方法進行評定）

在電壓為120KV，電流時間為120mAs條件下，在短時間內以連續(xù)10次測量比釋動能，儀器示值（mGycm）：33.74、33.85、33.61、33.50、33.71、33.91、33.68、33.82、33.57、33.78。

平均值：[MX]=33.717（mGycm）

用貝塞爾公式計算標準差：

[u（M1）=x=1n（MX-M）2n-1]=0.130（mGycm）

相對標準偏差：[u（M1）M]=0.4%

（2）電離室放置位置偏離引起的標準不確定度[u（M2）]。

按照JJG1026要求，將頭部劑量模體置于射線照射野中心，估計由放置偏差引入的誤差為±0.5，按均勻分布計算，則：[u（M2）=0.53]=0.289

（3）劑量儀的能量響應變化引起的標準不確定度[u（M3）]

劑量儀的能量響應變化≤5.0%，估計為正態(tài)分布，k=3，則：[u（M3）]=0.565，[urel（M3）]=1.7%

（4）劑量儀的年穩(wěn)定度引起的標準不確定度[u（M4）]

劑量儀的年穩(wěn)定度≤2.0%，按均勻分布計算，則：

[u（M4）]=0.392，[urel（M4）]=1.1%。

（5）求合成標準不確定度[uc（M）]

[uc（M）=u2（M1）+u2（M2）+u2（M3）+u2（M4）]=0.757

[ucrel（M）]=2.2%

3.3.2 由劑量儀校準因子引入的標準不確定度分量[u（Nk）]評定

根據上級計量檢定證書，本套標準裝置校準因子的不確定度為5.0%，包含因子=3，正態(tài)分布，采用B類方法處理，則：[u（Nk）=5.0%3]=1.67%

3.3.3 修正因子溫度t誤差引入的標準不確定度的評定[u（t）]

根據經驗，在室溫環(huán)境下，電離室放置一定時間后，電離室探頭與室內溫度的最大偏差為0.5℃，在讀數區(qū)間服從均勻分布，包含因子取，采用B類方法處理，則：

[u（t）=a3=0.53×20]=1.43%

3.3.4 氣壓計[p]引入的標準不確定度[u（p）]的評定

修正因子由于氣壓[p]變化引入的標準不確定度[u（p）]主要由氣壓計的最大允許誤差引入的標準不確定度[u（p1）]和氣壓計的讀數誤差引入的標準不確定度[u（p2）]兩部分組成。

（1）氣壓計的最大允許誤差引入的標準不確定度[u（p1）]的評定

氣壓計的最大允許誤差為0.1kPa，均勻分布，包含因子為[3]，采用B類方法評定，則：

[u（p1）][=a3=0.1101.3×3]=0.006%

（2）氣壓計的讀數分辨率引入的標準不確定度[u（p2）]的評定

氣壓計最小分度值為0.1kPa，讀數分辨率為kPa，按均勻分布B類方法評定，則：[u（p2）=0.053×101.3]=0.03%

（3）標準不確定度[uc（p）]和自由度[v（p）]的計算

[uc（p）=u（p1）2+u（p2）2]=0.03%

3.4 合成標準不確定度及擴展不確定的評定

輸入量[M]，[Nx]，[t]，[p]彼此獨立不相關，故合成標準不確定度按下式計算：

[uc（K）=u2（M）+u2（Nx）+u2（t）+u2（p）]=3.1%

擴展不確定度的評定：[Urel]=3.1[×]3=9.3%（k=3）

作者簡介

黃錦鋒，工程師，東北大學生物醫(yī)學工程碩士研究生，一直從事醫(yī)學計量檢測、電離輻射計量檢測工作。

（責任編輯：張曉明）