CT圖像的質(zhì)量控制與設(shè)備維護保養(yǎng)

李廣義 郭執(zhí)章 程起元 孫欣 山東大學附屬省立醫(yī)院醫(yī)學工程部 （濟南 250021）

CT圖像的質(zhì)量控制與設(shè)備維護保養(yǎng)

李廣義 郭執(zhí)章 程起元 孫欣 山東大學附屬省立醫(yī)院醫(yī)學工程部 （濟南 250021）

計算機斷層掃描（computed tomography，CT）技術(shù)已廣泛應用于臨床，其圖像質(zhì)量的好壞直接影響疾病的診斷。本文闡明了CT質(zhì)量控制工作的重要性，并討論了CT的掃描劑量指數(shù)、空間分辨率、密度分辨率、噪聲水平、CT值以及偽影對圖像質(zhì)量的影響。同時，為了保證得到良好的圖像質(zhì)量，我們對CT應當開展的質(zhì)量控制和設(shè)備維護保養(yǎng)項目進行了詳細探究。

計算機斷層掃描 圖像質(zhì)量 質(zhì)量控制 維護保養(yǎng)

1.引言

計算機斷層掃描（computed tomography，CT）系統(tǒng)發(fā)明于1972年，提高了臨床診斷和治療的效果，從而在臨床上得到廣泛應用。與之伴生的質(zhì)量問題（如額外的醫(yī)療輻射，圖像質(zhì)量欠佳而導致的誤診、漏診等）也日益受到業(yè)界的重視。CT設(shè)備質(zhì)量控制（Quality Control，QC）就是保證設(shè)備在臨床應用中的高效和安全。

CT設(shè)備應用質(zhì)量參數(shù)主要包括劑量指數(shù)、圖像性能參數(shù)和機械性能參數(shù)。CT劑量指數(shù)（CT Dose Index，CTDI）直接影響圖像質(zhì)量；圖像性能參數(shù)包括空間分辨率、密度分辨率、噪聲水平、層厚、CT值線性、場均勻性等；機械性能參數(shù)如檢查床運動精度、激光定位光精度、機架滑環(huán)的旋轉(zhuǎn)運動和傳感等，這些決定圖像的定位精度。

2.CT圖像性能參數(shù)分析

CT圖像是以不同的灰度來表示，反映器官和組織對X線的吸收程度。CT掃描的影像質(zhì)量的評判受操作人員的視覺、經(jīng)驗和掃描參數(shù)的選擇等主觀因素影響。CT成像質(zhì)量的好壞并無嚴格的評價準則，不過可以通過解剖結(jié)構(gòu)顯示的清晰程度、CT值測量的準確性、圖像有無偽影和圖像的觀感四個方面進行評價[1]。

2.1 CT劑量對圖像質(zhì)量的影響

掃描劑量越大，CT獲取的信息越多，圖像質(zhì)量就越高，但輻射水平也越高。根據(jù)正當化的原則，在保證影像質(zhì)量的前提下，減少受檢者劑量。而一味追求低劑量，使用過低的掃描條件會影響空間分辨力及低對比度分辨力等性能指標。從劑量指數(shù)分布與臨床實際影像評測分析，劑量指數(shù)應保持在20～50mGy[2]，定期對CTDI進行檢測。

在管電壓一定的情況下，劑量指數(shù)由毫安秒（mAs）決定。另外還與照射野尺寸、過濾等因素有關(guān)。其它條件不變的情況下，減小層厚，劑量指數(shù)相應升高而空間分辨率增大；加大層厚，劑量指數(shù)相應降低而空間分辨率減小[3]。

2.2 空間分辨率和密度分辨率

空間分辨率指在物體與背景衰減程度上的差異與噪聲相比足夠大的情況下（一般超過100H對比度差別），分辨空間相鄰結(jié)構(gòu)的能力。

CT機固有分辨率取決于探測器孔隙的寬度、X線管焦點的尺寸、被檢者與探測器的相對位置等。傳統(tǒng)的空間分辨力檢測方法是采用一個帶有不同孔徑的測試體模，還常用系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)（modulation transfer function，MTF）來描述[4～5]。CT成像系統(tǒng)的MTF曲線不依賴于X線量，取決于系統(tǒng)的幾何特性——X線焦點及檢測器元件的尺寸、重建濾波及像素尺寸。如果系統(tǒng)的幾何特性及像素尺寸不變，MTF只依賴于重建算法。

密度分辨率表示可以分辨最小密度差的程度。與信噪比有關(guān)，CT的球管輸出參數(shù)（kV，mA等）和噪聲是影響圖像密度分辨率的重要因素。觀察密度分辨率常采用對比度—細節(jié)曲線[4]，它能描繪出對比度與細節(jié)大小之間能鑒別的極限。與切層厚薄有關(guān)，增加層厚有助于提高密度分辨率，但體素的增加產(chǎn)生部分容積效應損失圖像空間分辨率。重建算法也可影響密度分辨率，將高分辨率重建算法改為軟組平滑的算法，減少了噪聲會使圖像密度分辨率提高。尤其是對比度很高時，重建算法的影響會突出。

2.3 噪聲水平和部分容積效應

噪聲是指均勻物質(zhì)的影像中CT值在其均值上下的隨機漲落，一般用充有均勻物質(zhì)的模型成像中某特定區(qū)域CT值的標準偏差來表征。噪聲的大小與圖像質(zhì)量呈負相關(guān)。噪聲的來源較多，探測器的種類與質(zhì)量、電子線路元件、X線散射、機械性能等都是噪聲的來源。其它噪聲源如重建算法的圓整誤差、電子噪聲、顯示系統(tǒng)噪聲等。CT噪聲主要受斷層厚度、像素尺寸和照射量等因素影響。一般低劑量會引起傳感器的欠釆樣并造成過量的噪聲，從而降低了信噪比，致使圖像退化，進而影響低劑量的實際應用[6]。像素增加可提高空間分辨率同時降低噪聲。

部分容積效應：我們所說的CT值實質(zhì)上是三位像素（體素）的平均值，對于非均質(zhì)的體素來說，顯示的組織CT值作為平均值，不能完全反映組織的真實細微結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱為部分容積效應。測量高密度中的低密度灶，CT值因有骨的影響，必然偏高。相反，測量低密度組織中的高密度灶，CT值必然因肺的影響而偏低。為了克服部分容積效應的影響，可以實施薄層CT掃描。

2.4 偽影

掃描物體并不存在，而出現(xiàn)于CT圖像上的各種假性圖像稱為偽影。CT中常見的有條紋狀、環(huán)狀、帶狀、圖像模糊等偽影。病人的移動或生理運動（腸蠕動、心跳）所致偽影，稱之為運動偽影，通常呈現(xiàn)模糊的圖像[7]；病人體內(nèi)金屬異物（義齒、銀夾等）可導致高對比偽影；人體內(nèi)高密度組織與低密度組織（典型如骨與空氣，骨與軟組織）相鄰，在重建過程中可能出現(xiàn)射線硬化偽影（圖1）。如果設(shè)備的旋轉(zhuǎn)中心與重建矩陣的中心不匹配，會出現(xiàn)細實條紋線。如果X線束照射未能對齊探測器的中心，可能出現(xiàn)環(huán)狀或帶狀偽影。探測器電子元件的增益或補償?shù)钠苹蛘叨鄠€探測器單元輸出改變往往導致環(huán)狀偽影（圖2.a）的出現(xiàn)。比較少見的如條紋偽影（圖2.b）呈現(xiàn)條紋延長交匯至一點，可以肯定由于一個方向的視角缺失引起。擺動偽影（圖3）往往與旋轉(zhuǎn)機械部件有關(guān)，通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)帶的松緊往往能去除該偽影。

圖1. 重建造成偽影示例

圖2. 環(huán)狀偽影（a）與Fan Streak偽影（b）示例

圖3. 擺動偽影示例

2.5 其它性能參數(shù)

影響CT圖像質(zhì)量的性能參數(shù)包括CT值及其均勻性，重建矩陣，床移精度，層厚，時間分辨率等。CT值指特定感興趣區(qū)內(nèi)所有像素CT值的均值，均勻度表示在均勻物體掃描成像中任何區(qū)域所測得的CT值的一致性。由于X線管老化及計算機功能的影響，各不同密度物質(zhì)原始CT值將會改變，定期進行空氣、水的CT值校正，才能使圖像質(zhì)量得以保證。重建矩陣越大則在同樣的掃描野（field of view，F(xiàn)OV）情況下，像素越小清晰度越高，其關(guān)系為：像素大小=FOV/矩陣。但并不是矩陣越大圖像質(zhì)量就越好，矩陣增大像素減小，所得的光子數(shù)減少，使像素噪聲增加，并使密度分辨率降低[8]。檢查床作用是準確地把病人送入預定或適當?shù)奈恢蒙?，床的移動要平滑，移動的精度要求很高，絕對誤差不允許超過±0.5 mm，一些高檔CT機可達到±0.25 mm。

一般認為層厚越薄空間分辨率越高，密度分辨率越低。改變層厚對于空間分辨率和密度分辨率的影響是矛盾的。如增加層厚，在掃描條件不變的情況下，X線的光通量增加，探測器接受到的光子數(shù)增加，改善了密度分辨率。CT的時間分辨率（Temporal Resolution）是指CT設(shè)備采集到可以重建出一層完整圖像數(shù)據(jù)所需的時間，準確說是“單扇區(qū)時間分辨率”。該參數(shù)對于冠脈成像非常關(guān)鍵。CT的時間分辨率越高，心臟掃描的檢查條件就能越寬，甚至可以實現(xiàn)呼吸狀態(tài)下的心臟冠脈成像。

3.CT的質(zhì)量控制

CT質(zhì)量控制是指對CT機的一些硬件如高壓發(fā)生器、球管、檢查床和掃描機架，數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)（Data Acquisition System，DAS）和操作臺等系統(tǒng)等進行檢測。CT質(zhì)量控制的依據(jù)主要是《X射線計算機斷層攝影裝置質(zhì)量保證檢測規(guī)范（GB17589-2011）》，該規(guī)范建議進行十一項性能檢測，亦可參照Sasa等[9]的CT質(zhì)量保證方法。

CT質(zhì)量控制應貫穿設(shè)備安裝、驗收、維護保養(yǎng)直至報廢的整個過程。圖像質(zhì)量優(yōu)良的設(shè)備某些參數(shù)也許并不理想，這說明設(shè)備隱含的問題并不是都能通過對圖像質(zhì)量的主觀判斷發(fā)現(xiàn)的，必須加強科學管理，重視周期性的狀態(tài)檢測。部分廠家的CT提供了質(zhì)量保證的運用程序和相應的檢測體模，但多數(shù)都存在檢測校正項目不全等缺陷。醫(yī)院應要求廠家能提供更大的透明度，更系統(tǒng)全面地培訓醫(yī)院本身的設(shè)備工程師，使醫(yī)院工程師能對CT進行調(diào)整。

4.CT的維護保養(yǎng)與校準

目前，廠家工程師對設(shè)備的維護保養(yǎng)工作也 存在執(zhí)行不徹底的情況，未能嚴格按照設(shè)備廠商的維護保養(yǎng)規(guī)程進行。某些工程師忽視對DAS系統(tǒng)的通道檢測，以及準直器開檔運動測試等項目。如果某個或某幾個通道板故障，對CT的圖像質(zhì)量肯定存在影響。CT準直器如果開檔不精確，可能導致輻射劑量偏大，直接危害病人健康。

4.1 掃描機架、檢查床等機械部件的維護和保養(yǎng)

日常定期檢查運動聲響、運動聲音是否正常是否平滑、正負傾斜運動時是否均衡等。對運動部位按照設(shè)備維護手冊加注潤滑油，防止磨損；檢查機械部位各個緊固件，螺絲、螺母、銷釘?shù)扔兴蓜踊蛎撀洮F(xiàn)象，應及時加以緊固。維護過程中多見檢查床側(cè)板經(jīng)常被撞擊變形導致床不能正常升降，要做好防撞措施。

4.2 CT球管和DAS系統(tǒng)的維護

定期根據(jù)運行參數(shù)情況校準管球的各項參數(shù)，主要包括管電流、管電壓、曝光時間以及過載保護裝置的校正和檢修并記錄。冷卻的球管必須經(jīng)過預熱才能進行掃描；定期查看管球的油循環(huán)是否正常，清潔散熱片上的灰塵。關(guān)注球管陽極過流情況，一般不要超過30%。對于雙源CT來說，由于兩套球管及探測器的存在，球管及機架內(nèi)熱量的及時散發(fā)尤為重要，如配備高制冷效率的水冷系統(tǒng)，也需要定期清潔保養(yǎng)以增加設(shè)備性能穩(wěn)定性。定期進行空氣校準和水模校準，以保證圖像質(zhì)量。查看DAS系統(tǒng)的監(jiān)測溫度，一般應維持在36～38?C。檢查DAS冷卻風扇是否正常，如有噪聲或震動應更換。

4.3 滑環(huán)的清潔和維護

螺旋CT的滑環(huán)擔負著掃描架旋轉(zhuǎn)部分 （X線發(fā)生器） 的電源引入，多種信號 （ 如X線控制信號） 和數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)?；h(huán)不良可導致多種故障發(fā)生，是螺旋CT最常見的故障之一。應定期進行滑環(huán)清潔，保養(yǎng)電刷時，用酒精紗布小心清潔刷頭，應注意觀察滑環(huán)有無燒傷痕跡，如有應及時清理，保養(yǎng)完成后在滑環(huán)上加電刷油。

4.4 其它部位的保養(yǎng)

激光發(fā)射頭保養(yǎng)：激光發(fā)射頭故障易導致間歇性掃描失敗。激光傳輸灰塵嚴重時會影響數(shù)據(jù)傳輸，激光頭過臟會導致在系統(tǒng)掃描時采集的數(shù)據(jù)信號質(zhì)量不好[10]。針對激光發(fā)射頭定期的保養(yǎng)能夠有效避免這種故障的發(fā)生。自我診斷系統(tǒng)：CT廠商一般均提供Service服務(wù)工具，工程師應定期閱讀錯誤報告（Error Log），可以掌握設(shè)備的運行狀態(tài)，根據(jù)錯誤提示和出現(xiàn)頻率，有針對性的對設(shè)備進行維護。此外，設(shè)備故障時對于有診斷軟件的部件可以運行診斷，幫助鎖定故障點。

4.5 定期校準

每次開機運行球管預熱、探測通道校準及空氣校準等。定期執(zhí)行體模校準。設(shè)備定期或更換相關(guān)部件后進行整機質(zhì)量控制校準以提高整機性能。校準項目如機架平衡校準、床校準、焦點校準、焦點高壓校準、燈絲調(diào)整、球管真空訓練、焦點準直校準、高壓發(fā)生器校準及定位激光系統(tǒng)校準等，保持CT良好的運行狀態(tài)。

5.總結(jié)

CT設(shè)備定期的質(zhì)量控制和維護對圖像質(zhì)量的影響是關(guān)鍵性的，這需要廠家工程師、醫(yī)學工程師和操作技術(shù)人員共同合作。在圖像的質(zhì)控過程中，我們應該熟練質(zhì)量控制的方法和步驟，注意相關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)；在設(shè)備的維護過程中，做到對關(guān)鍵部件定期保養(yǎng)和校準，對其他附件做到定期清潔，并做好設(shè)備使用和維護記錄，做到有的放矢。只有這樣，我們才能發(fā)揮CT設(shè)備的最佳性能，進而提高其成像質(zhì)量，保證診斷和治療的準確性。

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Image Quality Control and Maintenance of CT

LI Guang-yi GUO Zhi-zhang CHENG Qi-yuan SUN Xin Shandong Provincial Hospital affliated to Shandong University (Jinan 250021)

Computed tomography(CT) technology has been widely used in clinical. The image quality of CT has directly effected on the disease diagnosis. This paper elucidates the importance of quality control of CT, and expound the factors which can affect the image quality in CT including dose index scan, spatial resolution, density resolution, noise, CT value and artifacts and so on. Meanwhile, in order to achieve a stable and excellence image quality, the quality control and equipment maintenance of CT was explored detailedly.

computed tomography(CT), image quality, quality control, maintenance

1006-6586(2017)01-0059-04

R814.42

A

2016-10-11