張海成
CT設(shè)備的質(zhì)量控制分析與應(yīng)用
張海成①
目的:對CT設(shè)備的質(zhì)量控制提出具體方案,保障CT機(jī)處于正常工作狀態(tài)、獲得最佳圖像質(zhì)量。方法:依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB17589-2011“X射線計算機(jī)斷層攝影裝置質(zhì)量保證檢測規(guī)范”,在不同時期對GE Lightspeed VCT進(jìn)行質(zhì)量檢測,從而獲得各時期的檢測數(shù)據(jù)。結(jié)果:季度檢測中各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足質(zhì)量要求,與規(guī)范值相差甚微,經(jīng)過校準(zhǔn)后各項(xiàng)檢測指標(biāo)無明顯變化;半年度檢測中各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足質(zhì)量要求,與規(guī)范值相差不大,經(jīng)過校準(zhǔn)后各項(xiàng)檢測指標(biāo)明顯改善。結(jié)論:根據(jù)質(zhì)量檢測結(jié)果結(jié)合日常使用與質(zhì)量控制經(jīng)驗(yàn),切合醫(yī)院實(shí)際情況,制訂并實(shí)施基于各種參數(shù)的檢測周期和參數(shù)的校準(zhǔn)周期、保養(yǎng)內(nèi)容及周期的質(zhì)量控制方案,可降低設(shè)備的故障率,提高CT圖像質(zhì)量。
圖像質(zhì)量;質(zhì)量檢測;校準(zhǔn);質(zhì)量控制方案;CT設(shè)備
[First-author’s address] People’s Hospital of Beijing Daxing District, Beijing 102600, China.
目前,CT設(shè)備的質(zhì)量控制已引起各級醫(yī)療機(jī)構(gòu)設(shè)備管理部門的高度重視,但尚無統(tǒng)一的方案。本研究依據(jù)CT周期性質(zhì)量控制數(shù)據(jù)、保養(yǎng)前后的質(zhì)量控制數(shù)據(jù)及維修經(jīng)驗(yàn),為保證參數(shù)的準(zhǔn)確性和機(jī)器的穩(wěn)定性,根據(jù)實(shí)際需要制定出質(zhì)量控制參數(shù)的檢測周期、校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)周期,優(yōu)化質(zhì)量控制方案;注重環(huán)境溫度和濕度對CT機(jī)的影響,將環(huán)境溫度和濕度控制在一定范圍內(nèi),降低故障率;定期除塵,防止灰塵阻塞過濾網(wǎng)、影響機(jī)器散熱,減少造影劑對圖像質(zhì)量的影響。
1.1CT質(zhì)量控制檢測設(shè)備
被檢設(shè)備為GE Light Speed VCT(美國 GE Light Speed VCT);檢測設(shè)備為UNFORS XI多功能X射線分析儀、CT專用電離室、CT劑量頭模(φ16 cm)、CT性能體模Catphan500、CT質(zhì)控水模、水平尺及直尺等,均經(jīng)北京計量院檢定合格,并處于檢定有效期內(nèi)。
1.2檢測方法及評價參數(shù)
依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB17589-2011“X射線計算機(jī)斷層攝影裝置質(zhì)量保證檢測規(guī)范”、衛(wèi)生部“X射線計算機(jī)體層攝影裝置檢測與評審規(guī)范”等用以下檢測項(xiàng)目來評價CT設(shè)備的質(zhì)量狀況[1-5]。
(1)劑量指數(shù)。計算機(jī)斷層掃描劑量指數(shù)(computed tomography dose index,CTDI)100用來測量單層掃描的某點(diǎn)空氣吸收劑量,進(jìn)而計算出掃描劑量和患者的有效劑量。
(2)空間分辨率、密度分辨率及噪聲水平。主要檢測CT對不同細(xì)小組織的分辨能力。
(3)水和空氣的CT值、CT值線性、CT值的均勻性檢測,主要用來保障CT對不同組織定性的準(zhǔn)確性。
(4)層厚偏差、定位光精度及床運(yùn)動精度,用來保證CT對病灶的定位精度。
1.3部分質(zhì)量控制參數(shù)的檢測方法
在質(zhì)量控制參數(shù)檢測中,掃描模體時應(yīng)保證模體位置擺放準(zhǔn)確,即水模的上下、左右中心與掃描野的上下、左右中心重合;水模沿Z軸方向水平并與床的中心線平行,如圖1所示。
圖1 Catphan 500水模擺放位置示圖
1.3.1CTDIw的測量
(1)對于劑量測量應(yīng)選用合適的掃描條件,通常頭部平掃常用條件為:掃描管電壓120 kV,管電流200 mAs,準(zhǔn)直器寬度10 mm。
(2)正確擺放模體后將長桿電離室放置到CT劑量頭模相應(yīng)位置,連接長桿電離室和X射線測試儀,然后設(shè)置單次軸位掃描。分別測量頭模上中心(C)、3點(diǎn)、6點(diǎn)、9點(diǎn)以及12點(diǎn)位方向的CTDI 100值,記錄數(shù)值,計算出加權(quán)劑量指數(shù)CTDIw,可使用公式1和公式2:
1.3.2水的CT值、噪聲及均勻性測量
正確擺放Catphan500體模,采用常規(guī)頭部掃描條件對CTP486中心進(jìn)行掃描(如圖2所示)。
圖2 Catphan 500水模內(nèi)部結(jié)構(gòu)示圖
(1)頭部掃描條件為:管電壓120 kV,管電流200 mAs,掃描層厚10 mm,標(biāo)準(zhǔn)濾波函數(shù)。在得到的掃描圖像中以圖像中心為圓心,測量1 cm2的圓形區(qū)域內(nèi)CT值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差£,計算出圖像噪聲N,可采用公式3:
(2)均勻性測量應(yīng)在中心點(diǎn)的基礎(chǔ)上,選取3點(diǎn)、6點(diǎn)、9點(diǎn)及12點(diǎn)方向,距模體邊緣1 cm處為參考點(diǎn),分別記錄同樣大小的測量區(qū)域內(nèi)CT值的平均值,計算出與中心CT值的最大偏差,該值反應(yīng)了CT值的均勻性。如果層厚不能選擇10 mm(如GE的CT最大層厚為5 mm),需對噪聲進(jìn)行修正,可采用公式4:
1.3.3空間分辨率
正確擺放Catphan500模體,采用常規(guī)頭部掃描條件對CTP528中心進(jìn)行掃描。調(diào)節(jié)圖像的窗寬窗位直至能看到清晰的線對圖,記錄其線對數(shù)最大值作為空間分辨率。在空間分辨率測量中,濾波函數(shù)的選擇和重建視野的大小,對測量均有很大的影響。為了便于以后數(shù)據(jù)比較,檢測條件固定為管電壓120 kV,管電流200 mAs,層厚5 mm,重建視野240以及骨重建算法。
1.3.4密度分辨率
正確擺放Catphan500模體,采用常規(guī)頭部掃描條件對CTP515中心進(jìn)行掃描,選擇模體組成的密度差為0.5%的物體作為測量物,然后進(jìn)行測量。調(diào)節(jié)窗寬,使窗寬等于目標(biāo)與背景物CT值之差加上目標(biāo)和背景物標(biāo)準(zhǔn)偏差中的較大值的5倍,窗位等于目標(biāo)與背景CT值的平均值。將面積可辨識度>80%的最小的圓的直徑值記錄下來作為密度分辨率。密度分辨率與層厚、掃描劑量及重建算法高度相關(guān)。為了便于以后數(shù)據(jù)比較,檢測條件固定為管電壓120 kV,管電流200 mAs,層厚5 mm,及標(biāo)準(zhǔn)重建算法。
2.1日常質(zhì)量控制檢測及分析
檢測結(jié)果顯示,CT的空間分辨率和密度分辨率符合要求,場的均勻性和噪聲都在正常范圍內(nèi),表明機(jī)器的圖像質(zhì)量保持在良好的范圍內(nèi),但CTDIw指標(biāo)接近劑量限值,這時設(shè)備可以只做相應(yīng)的除塵保養(yǎng)和燈絲電流校正,避免了以前維修保養(yǎng)的盲目性,節(jié)省了人力物力,見表1。
表1 64排CT質(zhì)量控制檢測后的結(jié)果
表2 2014年64排CT季度性周期檢測結(jié)果
2.2周期性質(zhì)量控制檢測及分析
根據(jù)日常質(zhì)量控制檢測周期要求及設(shè)備的使用情況,對原有的質(zhì)量控制方案進(jìn)行優(yōu)化,即每季度進(jìn)行質(zhì)量控制檢測一次,并在每半年進(jìn)行設(shè)備保養(yǎng)維修后對設(shè)備再進(jìn)行一次質(zhì)量控制分析。通過對同一臺CT設(shè)備的質(zhì)控數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,認(rèn)清質(zhì)量控制指標(biāo)的變化規(guī)律,季度性周期檢測結(jié)果見表2。
2014年64排CT在季度性周期檢測結(jié)果(表2)顯示,該臺CT各項(xiàng)性能指標(biāo)較穩(wěn)定,均符合要求,設(shè)備處于比較良好的工作狀態(tài),與實(shí)際臨床工作的感受一致。同時,電子及機(jī)械部件的老化反映在質(zhì)量控制方面就是圖像質(zhì)量的下降,包括CT值的偏差、噪聲水平的增加以及密度分辨率的下降[6-7]。
2.3保養(yǎng)前后質(zhì)量控制結(jié)果對比分析
基于周期性質(zhì)量控制監(jiān)測的結(jié)果及實(shí)際使用中出現(xiàn)的問題制定維修保養(yǎng)計劃:每3個月對該CT進(jìn)行一次除塵清潔的保養(yǎng)及一些機(jī)械運(yùn)動和安全設(shè)施的檢查,進(jìn)行刪除多余患者圖像等軟件維護(hù)工作和水值校準(zhǔn)(Phantom Calibration)。每6個月需要進(jìn)行全部校準(zhǔn)(Detail Calibration)、燈絲電流校正,以此來保障CT的圖像質(zhì)量。6個月保養(yǎng)前后質(zhì)量控制結(jié)果見表3。
表3 64排CT6個月保養(yǎng)前后質(zhì)量控制結(jié)果
6個月保養(yǎng)前后的質(zhì)量控制結(jié)果中顯示,經(jīng)過保養(yǎng)后水的CT值、場的均勻性及密度分辨率等顯著提高,有利于臨床醫(yī)生從圖像中分辨出密度相近的病變組織。由于空間分辨率是在高對比度情況下發(fā)現(xiàn)細(xì)節(jié)的能力,其只與X射線束幾何尺寸、探測器單元的大小數(shù)目和取樣間隔以及X射線管的焦點(diǎn)尺寸等因素相關(guān)[8]。因此,相同的測試條件下所得結(jié)果相差不大,在此次保養(yǎng)中對其提升并不是很明顯。
2.4優(yōu)化質(zhì)量控制方案的建立與實(shí)施
由于各醫(yī)院設(shè)備使用者的操作習(xí)慣和工作負(fù)荷的特異性,機(jī)器參數(shù)的偏差和配件的損壞會有一定的規(guī)律性,工程師需要結(jié)合維修記錄和定期的質(zhì)量控制結(jié)果,個性化制定CT設(shè)備的保養(yǎng)時間和項(xiàng)目。同時對圖像質(zhì)量影響較大的參數(shù)加強(qiáng)檢測,這對保證參數(shù)的準(zhǔn)確性和機(jī)器的穩(wěn)定性有著重要意義。根據(jù)以上數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn),提出質(zhì)量控制方案(見表4)以及CT基線值一覽表(見表5)。
表4 X射線CT質(zhì)量控制檢測項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)
表5 CT基線值一覽表
X射線CT質(zhì)量控制檢測項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)(表4)中不僅包含了要求的檢測項(xiàng)目,也包含了本研究認(rèn)為應(yīng)該開展的項(xiàng)目。由于性能體模Catphan500和計量檢測儀器非常昂貴,大部分醫(yī)院不具備這些設(shè)備,因此表4中1~14項(xiàng)的檢測可以利用廠商質(zhì)控水模進(jìn)行檢測。而表4中15~23項(xiàng)必須用性能體模Catphan500和計量檢測儀器檢測。除日常檢測以外,對于CT設(shè)備經(jīng)過重大維修、更換關(guān)鍵部件后,還需要對某些性能指標(biāo)進(jìn)行檢測,合格后才能進(jìn)行臨床使用。具體如下:①更換高壓發(fā)生器、高壓油箱等高壓部件后應(yīng)進(jìn)行管電壓、管電流及CTDIw的測量;②更換床運(yùn)動馬達(dá)、控制板及位置電位器應(yīng)進(jìn)行床的運(yùn)動精度檢查;③更換探測器部件后應(yīng)進(jìn)行快速校準(zhǔn),測量空氣CT值、水的CT值、噪聲、均勻性、CT值線性、空間分辨力以及低對比度分辨力,發(fā)現(xiàn)問題后做相應(yīng)的校準(zhǔn);④更換X射線管后,應(yīng)進(jìn)行全面校準(zhǔn),進(jìn)行管電壓、管電流、CTDIw、空氣CT值、水的CT值、噪聲、均勻性、CT值線性、空間分辨力以及低對比度分辨力的測量。
在表4中第三項(xiàng)快速校準(zhǔn)必須每日做,此項(xiàng)校準(zhǔn)具有以下作用:①可以檢測掃描野內(nèi)有無異物,如有無造影劑,有異物則校準(zhǔn)結(jié)束,提示相應(yīng)錯誤。造影劑在掃描野內(nèi)會引起高密度條狀偽影,也會引起塊狀低密度偽影,均會影響診斷;②發(fā)現(xiàn)探測器模塊是否有壞道,若每個模塊少于10個壞道,機(jī)器會屏蔽壞通道而不會影響圖像質(zhì)量,若每個模塊多于10個壞道,校準(zhǔn)程序停止,提示壞模塊及相應(yīng)的壞通道數(shù),圖像質(zhì)量將受到影響。動態(tài)觀察壞通道數(shù)的變化可以預(yù)測更換探測器的時間;③當(dāng)由于環(huán)境溫度變化或電路放大倍數(shù)漂移導(dǎo)致探測器性能不一致出現(xiàn)較淡環(huán)形偽影時(如圖3、圖4所示),通過此項(xiàng)校準(zhǔn)可以消除此種偽影,如果長期不做此項(xiàng)校準(zhǔn),一旦數(shù)據(jù)偏移過大,此項(xiàng)校準(zhǔn)不能糾正偽影,必須做全部校準(zhǔn)。
圖3 定位片偽影圖
圖4 螺旋掃描偽影圖
在表4中第六項(xiàng)水的CT值檢測也必須日檢,有時第三項(xiàng)空氣值快速校準(zhǔn)雖然能正常通過,掃描水模時還會出現(xiàn)CT值不均(如圖5所示)。此種情況下一般為探測器參數(shù)發(fā)生變化,需要做全部校準(zhǔn)。球管窗口有氣泡時,同樣會造成低密度偽影(如圖6所示)。
圖5 均勻性影像圖
圖6 氣泡偽影圖
3.1環(huán)境溫濕度對CT機(jī)的影響
CT機(jī)在進(jìn)行正常掃描時,各部分如計算機(jī)系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)、掃描機(jī)架內(nèi)的電機(jī)及控制旋轉(zhuǎn)運(yùn)行的電子電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和X射線球管等都會產(chǎn)生大量的熱量[9]。機(jī)器產(chǎn)生的熱量通過風(fēng)扇排出機(jī)架,若熱量積累過多,會增加工作風(fēng)扇的數(shù)量和旋轉(zhuǎn)速度來增加散熱,一旦聽到風(fēng)扇噪音增大,一定要仔細(xì)查找原因,防止引起其他故障。在日常工作中機(jī)房環(huán)境溫度一般在20~22 ℃、環(huán)境濕度在30%~75%(相對濕度)。
3.2定期除塵
防止灰塵對CT機(jī)元器件的污染,也是不可忽視的問題。過濾網(wǎng)主要分布在機(jī)架的進(jìn)風(fēng)口、探測器進(jìn)風(fēng)口、球管熱交換器及控制臺進(jìn)風(fēng)口?;覊m過多導(dǎo)致過濾網(wǎng)堵塞,尤其是探測器的過濾網(wǎng)堵塞會引起探測器溫度過高,導(dǎo)致探測器損壞;球管熱交換器的過濾網(wǎng)堵塞會引起球管曝光產(chǎn)生的熱量無法散出,減少球管的使用壽命[10]。
3.3檢測規(guī)范
在檢測規(guī)范中,CTDI 100要求準(zhǔn)直器寬度為10 mm,用100 mm電離桿測量,進(jìn)而計算出CTDIw、CTDIvol及劑量長度乘積DLP。但64排CT應(yīng)用時,準(zhǔn)直器寬度普遍采用40 mm,128排CT達(dá)到80 mm,256達(dá)到160 mm。用CTDI 100評價機(jī)器的性能已經(jīng)無實(shí)際意義,以CTDI 100計算出的劑量長度乘積、患者的有效劑量明顯偏低,故應(yīng)在規(guī)范中重新制定劑量的測量標(biāo)準(zhǔn)和方法。
水的CT值、噪聲、均勻性以及密度分辨率均與掃描層厚有關(guān)。在檢測規(guī)范里,這些指標(biāo)的測量均要求層厚為10 mm。但64排CT有部分廠商最厚層厚只有5 mm,檢測機(jī)構(gòu)用5 mm層厚的圖像測量密度分辨率,用10 mm層厚的規(guī)范數(shù)值來判定,往往造成機(jī)器檢測不合格。有的檢測機(jī)構(gòu)將重建得出的相鄰兩層5 mm圖像采用圖像加的方法獲得“10 mm”圖像進(jìn)行測量,此種檢測方法不科學(xué),在以往的文獻(xiàn)中已有討論。由于64排CT都是將0.625 mm厚度的探測器獲得的數(shù)據(jù)傳到原始數(shù)據(jù)硬盤中,根據(jù)需要用數(shù)學(xué)方法重建出不同厚度的圖像,但是層厚為0.625 mm的圖像能夠更好的反映機(jī)器本身的圖像質(zhì)量,且所有三維重建都需要0.625 mm層厚的圖像,建議以后CT值、噪聲、均勻性以及密度分辨率的檢測標(biāo)準(zhǔn)中,將掃描層厚從10 mm改為0.625 mm。
本研究根據(jù)醫(yī)院GE Lightspeed VCT各階段的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)和實(shí)際使用中出現(xiàn)的問題,提出適合醫(yī)院實(shí)際情況的質(zhì)量控制方案,此方案包括各種參數(shù)的檢測周期和參數(shù)的校準(zhǔn)周期、保養(yǎng)內(nèi)容及周期。質(zhì)量控制方案適合GE公司CT產(chǎn)品,通過實(shí)施此方案可以減少CT故障率,及時發(fā)現(xiàn)故障隱患,確保正常使用機(jī)器,獲得最佳圖像質(zhì)量。同時對目前的檢測方法提出改進(jìn)方案,以便能更符合CT臨床質(zhì)量控制要求。
通過對比日常質(zhì)量控制、周期性質(zhì)量控制和保養(yǎng)前后質(zhì)量控制的檢測數(shù)據(jù)、分析影響CT圖像質(zhì)量的主要因素以及質(zhì)量控制方案的實(shí)施,可以有效降低設(shè)備的故障率,提高CT圖像質(zhì)量,保障CT設(shè)備正常運(yùn)行。
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Quality control analysis and application of CT equipment
ZHANG Hai-cheng// China Medical Equipment,2016,13(10):24-29.
Objective: We propose a quality control plan which is suitable for the actual situation of our hospital and keep our CT equipment in a normal working condition, so that we can get the best image quality. Methods: According to “GB 17589-2011 Specification for quality assurance testing of X-ray computed tomography apparatus”, we can get quality testing data of GE Lightspeed VCT from different time. Results: The indicators in quarterly testing meet the requirements, and have little difference with ideal value. Meanwhile the testing indicators have no significant change after calibration. The indicators in half year testing meet the requirements, and have large difference with ideal value. Meanwhile the testing indicators have significant change after calibration. Conclusion: According to the test results, combined with the daily use of experience, we carry out the quality control program for the actual situation of our hospital. It reduces the failure rate of the equipment, and improves the picture quality of CT equipment.
Image quality; Quality testing; Calibration; Quality control program; CT equipment
10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.10.008
1672-8270(2016)10-0024-06
R812
A
2016-04-27
①北京市大興區(qū)人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程部 北京 102600
張海成,男,(1972- ),本科學(xué)歷,工程師。北京市大興區(qū)人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程部,研究方向:醫(yī)療影像設(shè)備質(zhì)量控制。