西門子CT模擬機CT值線性的穩定性分析

任軍，時飛躍，柏正璐

南京醫科大學附屬南京醫院（南京市第一醫院） a.醫學影像科；b.腫瘤放療中心；c.醫療設備處，江蘇 南京 210006

引言

大孔徑放療CT模擬機在放療領域得到了越來越廣泛的應用。為了保證CT圖像質量以及定位的精確性，放療CT模擬機必須由物理師對其作定期的質量保證和質量控制檢驗[1]。Catphan模體由于其使用方便，一次定位后可連續多層掃描等優點，常被用于CT設備的質控檢測中[2]。物質CT值和CT值線性的測量，是CT設備質量控制和質量保證的重要內容。理想的CT系統，物質的CT值與其對應的線性衰減系數μ應呈線性關系[3]。CT值線性作為質量保證的重要參數，可反映設備的性能，CT值線性不好會直接導致圖像出現偽影，嚴重時影響診斷，對于大孔徑放療CT模擬機，將影響患者腫瘤靶區勾畫和放療劑量計算[4]。因此，為綜合評價CT值的準確性，保證CT設備的成像質量，有必要對CT值線性進行檢測。本研究工作，通過使用Catphan504模體對2014～2015年兩年中每月檢測的所有CT值線性數據進行整理分析，使用兩種方式對CT值線性進行評估，評價該西門子CT模擬機CT值線性的穩定性。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

西門子Sensation Open CT模擬機，機架孔徑為82 cm。Catphan504性能模體，模體為圓柱體，內部直徑15 cm，外部直徑20 cm，長約25 cm[5]。內嵌模塊CTP404厚約4 cm，在水平和垂直方向嵌有兩條斜線和8個圓柱形插件[6]。該模塊含有7種直徑1.25 cm的不同物質小圓柱體樣品，選取其中四種物質進行分析，分別為空氣（Air，模仿人體氣腔），低度聚乙烯（LDPE），丙烯酸（Acrylic，模仿人體軟組織）和聚四氟乙烯（Te flon，模仿人體骨骼）。對于臨床上常使用的120 kV CT球管峰值電壓，對應的等效單能光子能量為66 keV，上述4種物質的線性衰減系數（66 keV）分別為0、0.177、0.219和0.374 cm-1，對應的標稱CT值分別為-1000、-100、120和990 HU。

1.2 檢測方法

每月使用Catphan504模體對Sensation Open CT模擬機進行質控檢測。把Catphan504模體懸掛在配套木箱上，將木箱放置在CT掃描床上，使模體部分懸空。采用頭部常規序列（HeadSeq）協議掃描，參數為：管電壓120 kV，層厚10 mm，視野（FOV）220 mm。使用DoseLab質控分析軟件對2014年1月至2015年12月的24張CTP404模塊的CT圖像進行分析，分別獲取CTP404模塊中4種物質感興趣區域（ROI）的平均CT值，通過計算分析CT值線性的變化。

2 結果

2.1 4種物質的CT值

Catphan504的CTP404模塊中4種物質在2014年1月至2015年12月的24次CT月檢結果中的CT值列出如下。Air、LDPE、Acrylic和Te flon四種物質的CT值（平均值±標準差）分別為（-1010.89±0.54）、（-94.25±0.82）、（123.50±0.75）和（944.54±1.83）HU。兩年的24次檢測中4種物質的CT值比較穩定。

2.2 對比度標度

對比度標度為CT值變化一個單位時所對應的X射線衰減系數的變化值[7-8]。Catphan504使用手冊給出的計算公式為：CS=(μ1-μ2)/(CT1-CT2)。以4種已知物質的標準線衰減系數為橫坐標，測量所對應的CT值為縱坐標，分別標明在坐標上得到4個點，得到線性擬合直線Y1=K1X+B1。根據定義，擬合得到的直線斜率的倒數即為CT的對比度標度[9]。2014～2015年采用HeadSeq掃描協議得到的24次月檢結果中CT對比度標度結果，見圖1。其中平均值、最大值、最小值分別為1.913×10-4，1.917×10-4和1.909×10-4cm-1·HU-1。

2.3 檢測CT值和標稱CT值的線性及相關系數R

以標稱CT值為橫坐標，檢測CT值為縱坐標，畫圖并使用公式Y2=K2X+B2擬合。其中，線性擬合數據中的直線斜率K2和相關系數R同為CT值線性的評價指標。斜率K2與相關系數R在24個月中的變化（圖2～3）。斜率K2的平均值、最大值和最小值數據分別為0.9830，0.9852和0.9812，相關系數R均＞0.999。

圖1 CT對比度標度在24個月中的變化

圖2 測量CT值與標稱CT值的斜率在24個月中的變化

圖3 測量CT值與標稱CT值的相關系數R在24個月中的變化

3 討論

物質的CT值與其X射線線性衰減系數之間具有線性關系，是CT設備正確成像的物理基礎[10]。在日常工作中，需要通過對CT值線性的分析來評估CT值的變化。描述CT值線性有兩種方式，一是由對比度標度來描述CT值線性；另一種是對4種物質CT值的測量值和其標準值進行線性擬合，以擬合的直線方程斜率及相關系數來評價CT值線性[10-11]。

由結果2.2節可知，2014年1月至2015年12月該CT模擬機CT對比度標度的最大值和最小值分別為1.917×10-4和1.909×10-4cm-1·HU-1。按照我國軍隊CT應用質量檢測與評審規范，對比度標度范圍為（1.9±0.1）×10-4cm-1·HU-1[12]。依照此標準，該CT模擬機24次月檢結果的CT對比度標度均符合要求。

由結果2.3節可知，檢測CT值和標稱CT值的斜率的最大值和最小值分別為0.9852和0.9812，相關系數R的最小值為0.99970。參照美國輻射防護和測量委員會（NCRP）和美國醫學物理師協會（AAPM）推薦的評價標準：K=l±0.05，相關系數R≥0.99[13]。依照此標準，該CT模擬機24次月檢結果中檢測CT值和標稱CT值的斜率和相關系數R均符合要求。

本文分別采用兩種不同的方法作為CT值線性的評價指標，得出的結論相同，表明該CT 模擬機兩年中CT值線性的穩定性很好。我國2011年發布的GB17589-2011《X射線計算機斷層攝影裝置質量保證檢測規范》中，相比1998年規范新增了CT值線性的檢測內容，規定CT值線性在驗收檢測時要求各物質標稱CT值與測量CT值的最大偏差＜50 HU，狀態檢測時＜60 HU，穩定性檢測暫未給出評價標準。根據結果2.1節的數據，24次CT月檢結果中的4種物質標稱CT值與檢測CT值的偏差均＜50 HU，符合驗收檢測和狀態檢測的標準。

CT值線性受很多因素影響，不同的設備，或是同一設備在不同的檢測條件下，CT值的線性都會有所不同[14]。本研究使用的Catphan模體是廣泛用于檢測CT設備各項參數（包括CT值線性）的模體，采用的掃描協議是標準頭部掃描條件的HeadSeq掃描協議。HeadSeq掃描協議對應的最大FOV為300 mm，本研究中采用接近模體圓柱直徑（200 mm）的220 mm視野（FOV），對應的矩陣像素大小為0.4297 mm×0.4297 mm。放療患者CT模擬定位通常采用較大的FOV，例如500 mm，對應的像素大小為0.9766 mm×0.9766 mm。圖像矩陣一定的情況下，較大的FOV對應較大的像素。ROI面積相同的情況下，較大FOV情形ROI包含的像素個數較少，這對ROI區域的平均CT值有輕微的影響。使用放療胸部、放療乳腺和放療腹部3種掃描協議，我們對Catphan模體中7種物質在FOV為220 mm和500 mm兩種情形的CT值進行了比較，CT值差異較小，最大相差僅約3 HU。X射線球管電壓決定了發射X射線的硬度，即X射線光子的能量。對同一種物質，其對X射線的衰減系數與X射線的能量相關，因此物質的CT值隨管電壓而變化。鄭慶增等[15]的研究結果表明，不同管電壓對低密度組織等效插件的CT值影響較小，對較高密度的組織等效插件的CT值影響較大。張連宇等[14]的研究結果表明，對Air、LDPE及Acrylic三種物質，CT值隨著管電壓的升高增加，而對Te flon，CT值隨管電壓的增加而降低。

由數據結果和上述討論可見，該西門子Sensation Open CT模擬機CT值的線性，在兩年時間里非常穩定，符合臨床使用的要求。CT值線性用于不均勻性組織密度的確定，是保證圖像質量的重要參數，工作人員應當定期檢測CT設備的CT值線性，從而更好地服務廣大患者[16]。

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