醫(yī)用計算機斷層攝影裝置性能基準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集

嚴(yán)昂，李琛偉，陳偉，黃輝，羅暉，曹揚

中南大學(xué)湘雅醫(yī)院 a. 醫(yī)學(xué)裝備部；b. 放射科，湖南 長沙 410000

引言

醫(yī)用計算機斷層掃描系統(tǒng)（Computed Tomography，CT）是醫(yī)院不可或缺的大型醫(yī)療設(shè)備[1]。各大廠商研發(fā)的高端CT設(shè)備，更是重要的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科研工具[2-4]。為保證臨床質(zhì)量和科研數(shù)據(jù)的有效性，CT設(shè)備必須處于完好的運行狀態(tài)。質(zhì)量控制（Quality Control，QC）能夠通過檢測數(shù)據(jù)反映設(shè)備的性能變化，發(fā)現(xiàn)設(shè)備不正常運行的征兆。

美國放射學(xué)會于2017年發(fā)布了最新CT設(shè)備QC手冊，列舉了CT設(shè)備的性能檢測項目、方法以及檢測周期，同時建議醫(yī)院組成以物理師、技師和設(shè)備工程師為基礎(chǔ)的設(shè)備管理團(tuán)隊，自主開展CT設(shè)備QC工作[5]。國家衛(wèi)健委、原國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局也發(fā)布更新了一系列標(biāo)準(zhǔn)，對臨床用CT設(shè)備的性能提出了相關(guān)要求，并規(guī)定各醫(yī)療機構(gòu)需接受質(zhì)量監(jiān)督部門定期開展的檢定工作[6-10]。在國內(nèi)，僅部隊醫(yī)院及少數(shù)醫(yī)院自主開展了QC工作[11-12]。本文提出了一種在新設(shè)備安裝調(diào)試完成后進(jìn)行性能檢測，使用性能基準(zhǔn)數(shù)據(jù)開展自主QC的設(shè)備管理方法。

1 檢測設(shè)備及采集項目

1.1 檢測設(shè)備

使用美國模體實驗室Catphan500 CT性能體模，其 中 包 含 4個 模 塊：CTP401、CTP528、CTP515、CTP486[13]（圖1）。檢測序列采用頭部常規(guī)條件軸掃，要求檢定環(huán)境溫度在18℃～28℃，相對濕度小于85%。

1.2 采集項目

檢測項目有6項，分別是定位精度、檢查床運動精度、空間分辨力、密度分辨力、CT值線性、CT值均勻性。

2 采集方法及標(biāo)準(zhǔn)

2.1 定位精度

定位精度體現(xiàn)操作人員由定位圖像或激光定位燈確定掃描范圍的精確性，與設(shè)備的機械運動、位置編碼器是否正常工作相關(guān)。本文建議CT設(shè)備的定位精度應(yīng)在0.5 mm以內(nèi)。手冊[5]中建議定位精度應(yīng)在1.0 mm以內(nèi)，計量檢定規(guī)程[9]中并無此項檢定項目。

圖1 Catphan500 CT體模

2.2 檢查床運動精度

檢查床運動精度是獲取質(zhì)量合格圖像的因素之一。本文建議CT設(shè)備檢查床的距離精度及位置重復(fù)精度小于0.5 mm。手冊[5]中建議精度應(yīng)在1.0 mm以內(nèi)，計量檢定規(guī)程[9]中并無此項檢定項目。

2.3 空間分辨力

空間分辨力是指在高對比度影像中能分辨最小物體的能力。手冊[5]和計量檢定規(guī)程[9]中建議使用附帶空間分辨力模塊的性能模體進(jìn)行檢測。本文使用Catphan500 CT體模CTP528模塊評價設(shè)備的空間分辨力，并建議在512×512矩陣，頭部常規(guī)條件，5 mm和2.5 mm的層厚下，分別能分辨出線對數(shù)5 Lp/cm和7 Lp/cm。

2.4 密度分辨力

密度分辨力又稱為低對比度分辨力，指在一定百分率對比度差中能分辨的最小物體的能力。手冊[5]和計量檢定規(guī)程[9]中建議使用附帶密度分辨力模塊的性能模體進(jìn)行檢測。本文使用Catphan500 CT體模的CTP515模塊來評價設(shè)備的密度分辨力，并建議頭部常規(guī)掃描條件下，在1%、0.5%和0.3%三種不同孔徑分別能夠分辨出3、5和7 mm的圓孔。

2.5 CT值線性

CT值用來反映圖像中每個元素區(qū)域代表的X射線衰減的平均數(shù)值，單位為HU，其中純水的CT值為0。參考我國軍用標(biāo)準(zhǔn)[11]中的方法，本文使用Catphan500 CT體模CTP515模塊中4種材質(zhì)丙烯酸、空氣、特氟龍、低密度聚乙烯的CT值擬合直線，定義直線斜率的倒數(shù)為對比度標(biāo)度，單位為cm-1·HU-1，并建議對比度標(biāo)度范圍為（1.9±0.1）×10-4cm-1·HU-1。此項目在手冊[5]和地方計量檢定規(guī)程[9]中并沒有具體要求。

2.6 CT值均勻性

CT值均勻性表示同一材質(zhì)在圖像中顯示CT值的一致性。在國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中，均使用掃描水模的方式來檢測與評價CT值均勻性及噪聲。本文參考類似方式，使用水模中5個感興趣區(qū)域（上、下、左、右、中心）的CT值來計算均勻性及噪聲值，并建議四周的CT值與中心偏差一定不能超過5 HU。手冊[5]中建議偏差一定不能超過7 HU，地方計量檢定規(guī)程[9]中要求偏差不能超過5 HU。

3 數(shù)據(jù)采集及記錄

3.1 定位及檢查床運動精度

采用激光定位（圖2a）和圖像定位（圖2b）兩種定位方式進(jìn)行定位精度測量，采集CTP528模塊獲取到評價圖像分別如圖2c和圖2d所示。從圖2c和圖2d可以看出圖像中的結(jié)構(gòu)清晰完整，說明通過設(shè)備的兩種定位方式能夠精確掃描到需要的層面，設(shè)備定位精度性能良好。

表1是檢查床運動精度的3次測量數(shù)據(jù)。其中Catphan500 CT體模兩個模塊之間的實際距離為30.0 mm，使用激光線定位這兩個模塊的標(biāo)記點，床位置讀數(shù)差值記為距離值。使用激光線定位一個模塊的標(biāo)記點，床位置讀數(shù)回零后移動至極限位置，再重新定位回到這個標(biāo)記點，記檢查床位置讀數(shù)為回零值。經(jīng)實驗測量，回零測量值和距離測量值誤差均未超過0.5 mm。

表1 檢查床運動精度（mm）

3.2 空間分辨力及密度分辨力

表2中數(shù)據(jù)為空間分辨力的評價結(jié)果。在5 mm和2.5 mm兩種層厚掃描條件下，CTP 528模塊中的線對數(shù)均為7 Lp/cm。

表2 空間分辨力結(jié)果

表3中數(shù)據(jù)為密度分辨力的評價結(jié)果。在1%，0.5%和0.3%三種密度下，能夠分辨出的孔徑分別為3、5和5 mm。

表3 密度分辨力結(jié)果

3.3 CT值線性及均勻性

表4中記錄CT值線性評價結(jié)果，分別測量模塊CTP 515中4種材料的CT值，重復(fù)測量3次。使用4個數(shù)據(jù)點擬合直線，定義直線斜率的倒數(shù)為對比度標(biāo)度，單位為cm-1·HU-1。圖3中帶有4個數(shù)據(jù)點的直線是使用本次采集數(shù)據(jù)點擬合得到，求得對比度標(biāo)度為1.993×10-4cm-1·HU-1；無數(shù)據(jù)點直線是使用標(biāo)準(zhǔn)參考值擬合生成。

圖3 CT值線性擬合結(jié)果

CT值均勻性計算方法為：分別在CTP 486圖像的中心位置和上下左右距圖像邊緣1 cm處標(biāo)記5個面積為100 mm2的區(qū)域，測量其CT值分別為12.07、11.21、10.72、10.82和10.54。邊緣對中心CT值的最大偏差為場均勻性，經(jīng)計算為1.53。

3.4 QC檢測記錄

表5中是制定的QC檢測記錄總表，可用于多次QC檢測數(shù)據(jù)的記錄匯總。本次采集了定位精度、運動精度、空間分辨力、密度分辨力、CT值線性及CT值均勻性等性能參數(shù)作為設(shè)備的性能基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在設(shè)備的使用管理中，臨床和工程人員應(yīng)該密切關(guān)注各性能參數(shù)的變化，如對比基準(zhǔn)數(shù)據(jù)發(fā)生明顯波動，應(yīng)立即上報設(shè)備管理部門，執(zhí)行進(jìn)一步的維修檢測。

表4 CT值線性結(jié)果

表5 CT設(shè)備QC檢測記錄表

4 討論

醫(yī)院開展CT設(shè)備QC工作，能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備性能下降及潛在故障。使用設(shè)備基準(zhǔn)數(shù)據(jù)作為基線標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備性能的縱向比較。更換、維修重要模塊后，例如X射線管球、高壓發(fā)生器、準(zhǔn)直器、探測器等部件，也應(yīng)進(jìn)行一次與更換配件相關(guān)的性能數(shù)據(jù)采集。新采集數(shù)據(jù)應(yīng)部分或全部作為新的性能基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，錄入設(shè)備QC手冊。每一臺CT設(shè)備應(yīng)該建立重大維修文檔，其中記錄更換配件類型、更換日期、配件編號以及配件合格證書。

CT設(shè)備技術(shù)的日益發(fā)展，對醫(yī)院開展QC工作提出了新挑戰(zhàn)。一方面，傳統(tǒng)的QC工作內(nèi)容需要改變。手冊[5]中提出使用多排探測器的CT設(shè)備，由于層厚是由數(shù)值重建而來，因此在檢測時不再做要求。崔晶蕾等[14]對傳統(tǒng)檢測規(guī)范進(jìn)行了討論，其中對CTDI、低對比度分辨力和層厚參數(shù)提出了新評價思路。另一方面，QC的內(nèi)容需要創(chuàng)新。周平等[15]提出使用大數(shù)據(jù)對CT設(shè)備進(jìn)行管理，通過統(tǒng)計掃描協(xié)議和輻射劑量等相關(guān)數(shù)據(jù)，對QC管理提供幫助。某醫(yī)學(xué)院發(fā)明了一種心臟動態(tài)CT體模[16]，通過模擬心臟器官，實現(xiàn)對動態(tài)成像的QC。本文所提出的方法操作流程較精簡，且在評價性能時較嚴(yán)格，適用于多數(shù)中高檔CT設(shè)備。