陳 堅(jiān) 陳自謙* 劉冰川 付麗媛 鐘 群 肖 慧 許尚文

X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描(X-ray computed tomography，CT)是目前重要的診斷設(shè)備之一，其性能可靠性、參數(shù)準(zhǔn)確性及圖像質(zhì)量對(duì)于疾病的準(zhǔn)確診斷十分重要。由于X射線發(fā)生裝置性能隨時(shí)間發(fā)生老化衰減，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)受溫、濕度等環(huán)境影響變化較大，CT設(shè)備性能參數(shù)易產(chǎn)生漂移。因此，做好設(shè)備的定期質(zhì)量控制檢測(cè)，設(shè)置質(zhì)量控制檢測(cè)指標(biāo)處置界限，并對(duì)CT設(shè)備進(jìn)行校正，對(duì)于保證CT設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

目前，國(guó)際比較通用的CT檢測(cè)規(guī)范是由美國(guó)放射學(xué)會(huì)(American College of Radiology，ACR)和美國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)會(huì)(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)提出的質(zhì)量控制檢測(cè)系列標(biāo)準(zhǔn)。AAPM和Catphan 500型CT性能檢測(cè)體模是目前醫(yī)用CT檢測(cè)使用較多的體模。為此，本研究于2018年3-10月，采用Catphan 500型CT性能檢測(cè)體模對(duì)飛利浦Brilliance iCT elite型CT進(jìn)行質(zhì)量控制檢測(cè)，依據(jù)國(guó)際與國(guó)內(nèi)建立的標(biāo)準(zhǔn)體系，為醫(yī)用CT質(zhì)量控制檢測(cè)提供重要參考依據(jù)，并建立CT質(zhì)量控制檢測(cè)指標(biāo)處置界限，為CT設(shè)備常規(guī)質(zhì)量控制檢測(cè)提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 檢測(cè)器材及受檢設(shè)備

采用Catphan 500型CT性能檢測(cè)體模(美國(guó)模體實(shí)驗(yàn)室)；Barracuda多功能X射線參數(shù)測(cè)試儀(瑞典奧利科公司)；76-414型160 mmCT劑量頭模(美國(guó)Victoreen公司)，DCT10長(zhǎng)桿電離室(瑞典奧利科公司)，卷尺、CT自帶水模。受檢設(shè)備為飛利浦Brilliance iCT elite型128排256層CT(荷蘭飛利浦公司)，2018年3月投入使用。

1.2 環(huán)境條件及體模擺位

(1)檢測(cè)環(huán)境。①環(huán)境溫度為20～22 ℃；②相對(duì)濕度為40%～70%；③大氣壓力為1000～1030 hPa；④電源電壓為(380±10)V。

(2)CT劑量體模擺位。將CT劑量體模水平放置于頭托上，長(zhǎng)桿電離室置于體模中心位置，調(diào)整檢查床位置使長(zhǎng)桿電離室中心與掃描野X軸、Y軸及Z軸中心重合(如圖1所示)。

圖1 CT劑量頭模擺位示意圖

(3)Catphan 500型性能檢測(cè)體模擺位。將Catphan 500型性能檢測(cè)體模置于檢查床面，外沿與床板平齊，體模懸空于床板外，調(diào)整體模位置使其在X軸、Z軸方向水平，調(diào)整檢查床高度，使體模位于掃描野中心。前進(jìn)體模使體模上方第一個(gè)定位點(diǎn)位于內(nèi)定位燈中點(diǎn)，并將檢查床位置設(shè)置為0(如圖2所示)。

圖2 Catphan 500型CT性能檢測(cè)體模擺位示意圖

1.3 掃描參數(shù)與方法

(1)掃描參數(shù)。①管電壓為120 kV，管電流為250 mAs；②掃描方式為斷層掃描；③旋轉(zhuǎn)時(shí)間為1 s，視野(field of view，F(xiàn)OV)為250 mm；④重建算法為標(biāo)準(zhǔn)算法，準(zhǔn)直器寬度為16×0.625，重建矩陣為512×512，掃描層厚為10 mm。骨算法重建時(shí)掃描層厚為5 mm。

(2)掃描方法。CT劑量體模分別調(diào)整電離室位置于頭模中心、0°、90°、180°及270°共5個(gè)位置分別掃描并記錄CT劑量指數(shù)(computed tomographic dose index，CTDI)值。Catphan 500型性能檢測(cè)體模先掃描CTP401體模層面，通過(guò)觀察該層面23°金屬斜線是否完全對(duì)稱，確定定位是否準(zhǔn)確，準(zhǔn)確定位該層面后分別前進(jìn)30 mm、70 mm及110 mm掃描獲得另外三幅圖像(如圖3所示)。

圖3 Catphan 500型CT性能檢測(cè)體模掃描層面圖像

1.4 質(zhì)量控制檢測(cè)指標(biāo)測(cè)算

1.4.1 CT加權(quán)劑量指數(shù)

將CT劑量體模5次掃描記錄的CTDI值代入公式1計(jì)算獲得CT加權(quán)劑量指數(shù)(CTDIw)：

式中CTDIw為CT加權(quán)劑量指數(shù)，CTDIc為劑量頭模中心測(cè)量的CTDI100，CTDIp為劑量頭模外圍4個(gè)點(diǎn)的平均測(cè)量CTDI100。

1.4.2 空間分辨率

分別調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)算法和骨算法圖像，適當(dāng)放大圖像，調(diào)整窗位窗寬至能夠分辨周期性細(xì)節(jié)的最大線對(duì)。

1.4.3 密度分辨率

測(cè)量的目標(biāo)物質(zhì)。測(cè)量其CT值及標(biāo)準(zhǔn)差，在其邊上選取同樣大小區(qū)域測(cè)量CT值及標(biāo)準(zhǔn)差，調(diào)整窗寬窗位至計(jì)算值為公式2：

窗寬=CT目標(biāo)-CT背景+5 SDmax；

式中SDmax為目標(biāo)和背景CT值中的最大SD。

確定能分辨的最小圓柱直徑，以能看到圓面積的80%為有效，記錄密度差及直徑大小(如圖4所示)。

圖4 Catphan 500型CT性能檢測(cè)體模密度分辨率測(cè)量圖像

1.4.4 定位光精度

掃描CTP401體模層面時(shí)初次定位0位與最終獲得準(zhǔn)確定位圖像時(shí)，床位的距離差為定位光精度。

1.4.5 層厚偏差

層厚偏差測(cè)量。測(cè)量斜線附件區(qū)域CT值設(shè)為背景窗位，調(diào)整圖像窗寬到最小，分別記錄4條23°斜線消失的窗位，背景窗位和斜線消失的窗位的平均值為測(cè)量窗位，將窗寬到最小，測(cè)量斜線長(zhǎng)度，平均長(zhǎng)度即為半高寬(full width at half maximum，F(xiàn)WHM)，實(shí)測(cè)層Z=0.42×FWHM(如圖5所示)。

圖5 Catphan 500型CT性能檢測(cè)體模檢測(cè)層厚偏差測(cè)量圖像

1.4.6 CT值線性測(cè)量

分別測(cè)量空氣、聚丙乙烯、尼龍以及聚四氟乙烯4種材質(zhì)及體模外圍空氣CT值(如圖6所示)。

圖6 CT值線性測(cè)量圖像

測(cè)得CT值的總體方差和衰減系數(shù)/CT值協(xié)方差，按以下公式進(jìn)行比較，Varp(CTvalue)÷Cov(μ，CTvalue)，測(cè)得比值為CT值線性，體模材質(zhì)的衰減系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)CT值見(jiàn)表1。

1.4.7 噪聲及CT值均勻性

選取體模中心及四周共5個(gè)點(diǎn)，ROI 300 mm2左右，測(cè)量CT值及SD，中心測(cè)量點(diǎn)與四周最大的CT值差為CT值均勻性HU，噪聲=SD/1000×100%(如圖7所示)。

表1 CTP401模塊4種CT值及其μ值

圖7 Catphan 500型CT性能檢測(cè)體模噪聲及CT值均勻性測(cè)量圖像

1.4.8 診斷床運(yùn)動(dòng)精度

診斷床做好標(biāo)記，使用按鈕前進(jìn)300 mm，用卷尺測(cè)量距離并記錄偏差，再將診斷床退回原來(lái)位置，同樣用卷尺測(cè)量誤差并記錄。

1.4.9 水的CT值測(cè)量

由于Catphan 500型性能檢測(cè)體模對(duì)水的CT值檢測(cè)欠佳，需使用機(jī)器自帶水模，標(biāo)準(zhǔn)頭部質(zhì)量控制掃描協(xié)議(Head STD QA-2D)條件，測(cè)量水的CT值并記錄(如圖8所示)。

圖8 機(jī)器自帶水模檢測(cè)水的CT值圖像

1.5 處置界限標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好的情況下，對(duì)飛利浦Brilliance iCT elite 128排CT連續(xù)檢測(cè)，綜合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T-17589-1998、軍隊(duì)標(biāo)準(zhǔn)JJG961-2001和JJG1026-2007等，CT機(jī)的質(zhì)量控制檢測(cè)計(jì)量檢定規(guī)程及文獻(xiàn)[6-11]設(shè)置處置界限：CTDIw變化≤5%；空間分辨率標(biāo)準(zhǔn)算法應(yīng)≥7 LP/cm，骨算法應(yīng)≥9 LP/cm；密度分辨率檢測(cè)可分辨對(duì)比度差異0.5%圓柱的直徑≤4 mm；定位光精度≤1 mm；層厚偏差≤1 mm，噪聲≤0.4%，CT值均勻性≤4 HU；水的CT值≤±4 HU，診斷床運(yùn)動(dòng)精度≤1 mm，CT值線性應(yīng)在(1.9±0.1)×10-4范圍內(nèi)。

表2 Brilliance iCT Elite質(zhì)量控制檢測(cè)結(jié)果

2 結(jié)果

基于Catphan 500型CT性能檢測(cè)體模及當(dāng)前通用的CT行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1-5]對(duì)Brilliance iCT elite型128排CT進(jìn)行6次質(zhì)量控制檢測(cè)，其中第一次檢測(cè)時(shí)由于設(shè)備故障無(wú)法使用定位燈，未測(cè)得定位光精度。

2.1 Brilliance iCT Elite質(zhì)量控制檢測(cè)

(1)CTDIw均值為(44.787±0.645)mGy，最大偏差1.68 mGy，處置界限為CTDIw變化≤5%；空間分辨率檢測(cè)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)算法均為7 LP/cm，骨算法應(yīng)均為9 LP/cm，處置界限應(yīng)分別≥7 LP/cm和≥9 LP/cm。

(2)密度分辨率檢測(cè)均可分辨4 mm 0.5%密度差異的圓柱(表2中以≤mm@0.5%表示)，其中3次可分辨3 mm 0.5%密度差異的圓柱，處置界限為可分辨直徑≤4 mm 0.5%密度差異的圓柱；定位光精度檢測(cè)結(jié)果≤1 mm，處置界限應(yīng)≤1 mm。

(3)層厚偏差檢測(cè)結(jié)果均≤0.59 mm，處置界限應(yīng)≤0.6 mm；噪聲檢測(cè)結(jié)果均≤0.38%，處置界限應(yīng)≤0.4%；CT值均勻性檢測(cè)結(jié)果均≤1.3 HU，CT值均勻性處置界限應(yīng)≤2 HU。

(4)水的CT值檢測(cè)結(jié)果≤±3.6 HU，處置界限應(yīng)≤±4 HU；診斷床運(yùn)動(dòng)精度均為0 mm，處置界限為≤1 mm；CT值線性檢測(cè)結(jié)果在(1.95±0.01)×10-4范圍內(nèi)，處置界限(1.95±0.02)×10-4，見(jiàn)表2。

表3 Brilliance iCT Elite CT值線性檢測(cè)結(jié)果

2.2 Brilliance iCT Elite CT值線性檢測(cè)

測(cè)量聚丙乙烯、空氣、聚四氟乙烯以及低密度聚乙烯4種材質(zhì)及體模外圍空氣CT值的結(jié)果顯示：①丙烯酸CT值均值及最大偏差分別為(123.516±2.588)HU和6 HU；②空氣CT值均值及最大偏差分別為(-992.9±12.516)HU和33 HU；③聚四氟乙烯CT值均值及最大偏差分別為(934.983±10.168)HU和29.9 HU；④低密度聚乙烯C T值均值及最大偏差分別為(-92.083±3.832)HU和9.5HU；⑤外圍空氣CT值均值及最大偏差分別為(-999.2±0.807)HU和2.3HU。CT值線性檢測(cè)結(jié)果在(1.95±0.01)×10-4范圍之內(nèi)，見(jiàn)表3。

3 討論

CT是目前使用最多的影像設(shè)備，對(duì)于診斷十分重要，國(guó)內(nèi)外均較早開(kāi)展了CT質(zhì)量控制檢測(cè)。目前國(guó)外主要有ACR標(biāo)準(zhǔn)、AAPM標(biāo)準(zhǔn)及美國(guó)電氣制造業(yè)協(xié)會(huì)(National Electrical Manufacturers Association，NEMA)標(biāo)準(zhǔn)等，國(guó)內(nèi)主要有GB9706.18-2006/IEC 60601-2-44：2002“醫(yī)用電氣設(shè)備(第2部分)：X射線計(jì)算機(jī)體層攝影設(shè)備安全專用要求”、JJG 1026-2007“醫(yī)用診斷螺旋計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置(CT)X射線輻射源檢定規(guī)程”、“醫(yī)用診斷X射線計(jì)算斷層攝影裝置(CT)臨床應(yīng)用質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)規(guī)范(試行)”和“GB17589-2011X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置質(zhì)量保證檢測(cè)規(guī)范”等國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于醫(yī)院運(yùn)行模式和檢查工作流程不同，CT質(zhì)量控制檢測(cè)在國(guó)外有些醫(yī)院能做到一周一檢，甚至每日一檢，國(guó)內(nèi)目前一般在驗(yàn)收前進(jìn)行驗(yàn)收檢測(cè)，運(yùn)行周期內(nèi)僅1～2年一檢，進(jìn)行一次狀態(tài)檢測(cè)，檢測(cè)頻次較低。隨著近年來(lái)新的CT設(shè)備電氣性能穩(wěn)定性較之前大幅提高，檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)CT設(shè)備性能偏移較小，因此應(yīng)每3～6個(gè)月檢測(cè)一次，并且建議在更換主要配件后進(jìn)行一次檢測(cè)，以保障設(shè)備性能[12-14]。

目前，CT的質(zhì)量控制檢測(cè)項(xiàng)目主要包括CTDIw、空間分辨力、密度分辨力、定位光精度、層厚、CT值線性、CT值、噪聲、均勻性以及檢查床移動(dòng)精度。眾所周知，CT劑量越大則密度分辨率越高，同時(shí)增加了受檢者電離輻射傷害，因此需要選擇合適的X射線劑量使之既能滿足診斷需要又盡量減少受檢者輻射，CTDIw檢測(cè)保障X射線輸出劑量與標(biāo)稱劑量的一致性，周期性檢測(cè)還能監(jiān)控輸出劑量的穩(wěn)定性，其受到X射線球管燈絲及陽(yáng)極靶面老化、高壓發(fā)生器及準(zhǔn)直器影響，目前主要廠商在設(shè)備保養(yǎng)時(shí)已開(kāi)展燈絲校正保障X射線輸出穩(wěn)定[15]。

本研究CT為新安裝設(shè)備，在檢測(cè)周期內(nèi)輸出穩(wěn)定，結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求?？臻g分辨力反映了設(shè)備分辨細(xì)小組織的能力，CT質(zhì)量控制檢測(cè)中通過(guò)檢測(cè)層面能夠區(qū)分的最大線對(duì)數(shù)表示，一般檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)算法及高分辨率算法，其主要受物理探測(cè)器、準(zhǔn)直器等硬件及重建矩陣、重建算法等影響，如本研究中當(dāng)使用1024×1024重建矩陣，骨重建算法時(shí)最大可分辨11 LP/cm的線對(duì)，當(dāng)該檢測(cè)參數(shù)產(chǎn)生偏移時(shí)應(yīng)首先檢查掃描參數(shù)設(shè)置，排除后可聯(lián)系廠商檢查硬件指標(biāo)是否偏離。密度分辨力反映了設(shè)備分辨最小密度差異的能力，與CT值線性、CT值、噪聲及均勻性相關(guān)聯(lián)，決定設(shè)備區(qū)分不同組織、區(qū)別組織成分的能力，這些檢測(cè)指標(biāo)受探測(cè)器性能，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)重建系統(tǒng)等硬件影響[16-17]。由于現(xiàn)代CT探測(cè)器由多個(gè)模塊組合而成，模塊之間存在性能差異，隨時(shí)間變化的幅值也不同，因此需要定期進(jìn)行空氣校正及CT值校正，同時(shí)掃描野內(nèi)的碘對(duì)比劑及受檢者體液殘留也會(huì)造成圖像偽影及檢測(cè)指標(biāo)的偏離，應(yīng)定期清潔。圖像重建算法也對(duì)這些檢測(cè)指標(biāo)結(jié)果產(chǎn)生重大影響，故檢測(cè)結(jié)果偏差時(shí)應(yīng)首先考慮參數(shù)設(shè)置問(wèn)題再排除硬件故障[18-19]。

本研究中受檢設(shè)備的CT值線性、CT值、噪聲及均勻性檢測(cè)結(jié)果偏差均極小，且符合標(biāo)準(zhǔn)要求，3次密度分辨率檢測(cè)結(jié)果可分辨3 mm 0.5%密度差異的圓柱，另3次檢測(cè)結(jié)果為4 mm 0.5%密度差異的圓柱，均符合檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求，考慮為檢測(cè)時(shí)間與校正時(shí)間的間隔不同，以及體模定位時(shí)細(xì)微的偏差所致。定位光精度、層厚及檢查床移動(dòng)精度決定了病灶的定位，病灶的大小，其主要受準(zhǔn)直器、激光燈、驅(qū)動(dòng)電機(jī)編碼器等硬件影響，如檢測(cè)指標(biāo)超出范圍應(yīng)及時(shí)聯(lián)系設(shè)備廠商校正或更換相應(yīng)部件。

處置界限的建立方法。設(shè)備安裝并投入使用之后，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，檢測(cè)環(huán)境及條件與檢查患者時(shí)保持一致，通過(guò)連續(xù)多次檢測(cè)建立設(shè)備運(yùn)行基線。由于相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都考慮了不同廠商型號(hào)設(shè)備性能偏差，處置界限取值范圍一般較大，而現(xiàn)有CT機(jī)正常狀態(tài)下偏差值極小，可根據(jù)不同廠商、不同設(shè)備型號(hào)設(shè)備的檢測(cè)結(jié)果設(shè)定處置界限，縮小處置界限范圍，如由于標(biāo)準(zhǔn)算法及骨算法MTF函數(shù)取值不同，GE CT機(jī)上標(biāo)準(zhǔn)算法空間分辨率一般可達(dá)9 LP/cm，骨算法空間分辨率可達(dá)11 LP/cm，而本研究受檢設(shè)備分別為7 LP/cm和9 LP/cm。此外，從醫(yī)院CT、磁共振連續(xù)檢測(cè)結(jié)果而言，檢測(cè)的時(shí)間跨度越小，性能參數(shù)變化值就會(huì)越小，得到的處置界限的范圍也會(huì)較小，因此應(yīng)建立處置界限時(shí)增加檢測(cè)頻次。本研究的檢測(cè)時(shí)間間隔由3個(gè)月縮短到6周，得到的處置界限范圍也較常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)縮小。

本研究基于Catphan 500型CT性能檢測(cè)體模對(duì)CT的關(guān)鍵質(zhì)量控制參數(shù)進(jìn)行了檢測(cè)，介紹了檢測(cè)方法，展示了檢測(cè)結(jié)果，建立了處置界限，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好的情況下，質(zhì)量控制檢測(cè)指標(biāo)均圍繞建立的基線波動(dòng)，處置界限的建立有助于更早發(fā)現(xiàn)設(shè)備性能漂移，及時(shí)做出干預(yù)及處置，與定期的維護(hù)保養(yǎng)相結(jié)合，保障設(shè)備良好運(yùn)行及圖像的準(zhǔn)確可靠。同時(shí)也為后續(xù)本項(xiàng)目組研究的CT動(dòng)態(tài)心血管體模及其建立CT心血管成像臨床應(yīng)用軟件質(zhì)量控制檢測(cè)技術(shù)規(guī)范奠定了基礎(chǔ)。