基于水本底材料的C T性能測試體模的研制

楊 冬，孫志輝，徐 桓，李詠雪，趙慶軍

0 引言

CT（computed tomography）是通過X線束環(huán)繞人體某一層面進(jìn)行掃描，測得該層面中各點吸收X線的數(shù)據(jù)，然后利用電子計算機(jī)的高速運算能力及圖像重建原理，獲得該層面的橫斷面或冠狀面的圖像。近年來，由于CT設(shè)備和技術(shù)的不斷成熟，CT已逐步成為醫(yī)院的常規(guī)檢查裝置。在全國范圍內(nèi)，CT機(jī)裝備的數(shù)量日益增加，其質(zhì)量卻良莠不齊，其原因多種多樣，其中重要的一點就是機(jī)器安裝、投入使用后沒有經(jīng)過嚴(yán)格的驗收檢測，甚至有的僅僅根據(jù)肉眼觀察圖像過得去就進(jìn)行驗收。因此，機(jī)器安裝以后的科學(xué)、嚴(yán)格的檢測是必不可少的。

國家及行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1-2]確定的CT的檢測項目主要有定位光精度、CT劑量指數(shù)、水的CT值、噪聲、水模均勻性、空間分辨率、層厚、低對比度分辨率、CT值線性、檢查床的移動精度等。目前，市面常見的CT成像性能測試體模均為進(jìn)口體模，一般以模仿水的固態(tài)材料為基體材料，在圖像性能檢測以外，還需單獨配置以水為本底材料的水模[3]，對CT設(shè)備水的CT值進(jìn)行定標(biāo)測試。本研究通過對CT值的線性、層厚、定位光精度及均勻性等檢測項目特點、特性進(jìn)行深入研究和試驗，設(shè)計以純凈水為體模填充本底介質(zhì)，研制一種具有多種測試功能、結(jié)構(gòu)緊湊、攜帶方便的CT成像性能測試體模。

1 方案設(shè)計

此次研究的CT性能測試體模的設(shè)計包括CT值線性[4-5]、掃描層厚、定位光精度、均勻性及水定標(biāo)檢測等功能模塊。CT性能測試體模的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，外形為直徑15 cm、高9 cm的圓桶狀，其主體材料為透明有機(jī)玻璃，內(nèi)部中空，分上下2層，2層之間有開口隔板間隔，頂端設(shè)計了螺紋密封頂蓋，可通過頂蓋向體模內(nèi)部灌注純凈水。

圖1 CT性能測試體模整體結(jié)構(gòu)

1.1 層厚和定位光精度檢測功能模塊

層厚和定位光精度檢測功能模塊設(shè)計[6-7]在體模下半部中心位置，采取在有機(jī)玻璃薄板上開槽銜夾金屬片的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使體模即使在劇烈的運動中，金屬片也不會發(fā)生松動，和底板一體成型的定位凹槽確保了薄板的安裝精度，提高了測量的準(zhǔn)確性（如圖2所示）。

圖2 層厚和定位光精度檢測功能模塊組配圖

為提高掃描層厚的識別分辨率，設(shè)計薄板與銜夾金屬斜槽所成三角形的長高比為2∶1，則層厚的實際測量值為掃描圖像的1/2。在層厚測量時，對該模塊斜槽中間的部位進(jìn)行掃描。對層厚測量模塊的掃描圖像進(jìn)行窗寬和窗位調(diào)節(jié)，直至只顯示夾持金屬片的圖像，測量上下左右4個位置圖像的長度，其平均值為CT掃描層厚的2倍。其原理如圖3所示。

圖3 層厚檢測原理示意圖

定位光精度的測量同樣是對該模塊斜槽中間的部位進(jìn)行掃描，調(diào)節(jié)掃描圖像的窗寬、窗位至只顯示夾持金屬片圖像，測量上下左右4個位置圖像的中心位置與體模上下和左右2個中心線的距離，其平均值為定位光掃描偏差的2倍。其原理如圖4所示。

1.2 CT值線性檢測功能模塊

CT值線性檢測功能模塊設(shè)計在體模下半部周邊位置，在檢測模塊上下左右4個對稱位置設(shè)計了4個貫穿圓柱，分別為聚四氟乙烯、有機(jī)玻璃、超分子聚乙烯、空氣4種圓柱材料，與周邊的純凈水介質(zhì)共同構(gòu)成CT值線性檢測功能模塊，參照CT值分別為 1 000、100、-100、-1 000、0 HU。

圖4 定位光精度檢測原理示意圖

檢測時，對體模下半部中間的部位進(jìn)行斷層掃描（如圖5所示），在所掃描的圖像中對圖像周邊4個貫穿圓柱材料和周邊的水介質(zhì)分別選取一個約100 mm2的區(qū)域，記下CT值，與標(biāo)準(zhǔn)線性曲線比較，確定被檢設(shè)備的CT值線性度。

圖5 CT值線性掃描區(qū)域示意圖

1.3 均勻性和水定標(biāo)檢測功能模塊

體模上層設(shè)計成圓柱形空腔，作為CT均勻性和噪聲檢測模塊。檢測時，對體模上層中間的部位進(jìn)行掃描，在所掃描的圖像中選5個測量區(qū)，分別在圖像的中心和上下左右距圖像邊緣10 mm處取面積約100 mm2的區(qū)域，測量其CT值及標(biāo)準(zhǔn)偏差，以中心感興趣區(qū)域的平均CT值與邊緣各點的平均CT值之間的差別來表述均勻性。均勻性掃描區(qū)域如圖6所示。

圖6 CT值均勻性掃描區(qū)域示意圖

2 對比實驗及分析

選取GE的bright speed、飛利浦的iCT等型號的設(shè)備共6臺開展檢測試驗，對照檢測設(shè)備采用美國Catphan 500 CT性能檢測體模。被檢CT機(jī)的測試條件為：管電壓120 kV，管電流250 mA，層厚5 mm，分別對性能測試體模的均勻性、CT值線性、層厚和定位光檢測模塊進(jìn)行斷層掃描。檢測結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7 層厚、定位光精度、CT值線性的CT掃描對比圖

圖8 均勻性CT掃描對比圖

從實際的對比檢測結(jié)果得出，設(shè)計研制的CT性能測試體模的層厚和定位光檢測與Catphan 500的檢測結(jié)果基本一致，檢測精度達(dá)到±5%；CT值線性的檢測在檢測條件相同時，檢測結(jié)果的穩(wěn)定性較好，達(dá)到聚四氟乙烯（1 000±30）HU、超分子聚乙烯（-100±10）HU、有機(jī)玻璃（100±10）HU、空氣（-1 000±20）HU、水（0±3） HU；圖像均勻性的檢測由于采用純凈水作為測量介質(zhì)，明顯優(yōu)于Catphan 500采用的固體水材料，均勻性檢測得出的斷層掃描圖像100 mm2標(biāo)準(zhǔn)差小于5 HU，而Catphan 500得出的圖像100 mm2標(biāo)準(zhǔn)差在20 HU左右，基于水本底材料的CT性能測試體模的均勻性檢測性能較優(yōu)。

3 結(jié)語

基于水本底材料的CT性能測試體模將定位光精度、層厚、CT值線性、場均勻性、噪聲模塊進(jìn)行集成，并將原本場的均勻性、噪聲模塊的“固體水”材料換成灌裝的純凈水，這樣在運輸、存放時就可以減小質(zhì)量，攜帶方便。更重要的是，在測量噪聲、均勻性的同時，還能測量純水的CT值，這比測量原本與水密度近似的固體材料得到的值更加準(zhǔn)確，實現(xiàn)了同一模塊的多種功能，且無需另外配置水模；定位光精度和掃描層厚檢測模塊采用有機(jī)玻璃薄板銜夾金屬片，與底板的定位凹槽配合，使得體模即使在劇烈運動中，金屬片也不會發(fā)生松動，提高了測量的精度。

隨著醫(yī)學(xué)計量工作的不斷深入，越來越多的醫(yī)、技、護(hù)人員已經(jīng)認(rèn)識到，醫(yī)療設(shè)備的質(zhì)量安全不僅僅是依靠采購驗收檢測和年度周期檢測就能保證的，還需要開展日常質(zhì)量控制檢測，而進(jìn)口的檢測體模不但體積大、不易攜帶，而且成本也十分昂貴。實驗證明，這款基于水本底材料的CT性能測試體模的技術(shù)參數(shù)滿足總后衛(wèi)生部發(fā)布的《醫(yī)用診斷X射線計算斷層攝影裝置（CT）臨床應(yīng)用質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)范》和國際有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以成為醫(yī)院開展日常質(zhì)量控制檢測工作的有利工具，為確保醫(yī)療設(shè)備的準(zhǔn)確可靠、安全有效發(fā)揮重要作用。

[1]JJG 961—2001 醫(yī)用診斷計算機(jī)斷層攝影裝置（CT）X射線輻射源檢定規(guī)程[S].

[2]JJG 1026—2007 醫(yī)用診斷螺旋計算機(jī)斷層攝影裝置（CT）X射線輻射源檢定規(guī)程[S].

[3]安瑞金，黃崗.CT圖像質(zhì)量和輻射劑量的影響因素研究[J].生物醫(yī)學(xué)工程與臨床，2009，13（2）：92-95.

[4]張帥，劉延武，王衛(wèi)東.CT的CT值屬性檢測及質(zhì)量分析方法[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2008，23（5）：5-7.

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[7]王忠杰.測試CT機(jī)定位光簡易模體的制作[J].中國計量，2010（7）：85-86.