CT設備質(zhì)量控制檢測及其處置界限建立*

陳 堅 陳自謙* 劉冰川 付麗媛 鐘 群 肖 慧 許尚文

X射線計算機斷層掃描(X-ray computed tomography，CT)是目前重要的診斷設備之一，其性能可靠性、參數(shù)準確性及圖像質(zhì)量對于疾病的準確診斷十分重要。由于X射線發(fā)生裝置性能隨時間發(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設備性能參數(shù)易產(chǎn)生漂移。因此，做好設備的定期質(zhì)量控制檢測，設置質(zhì)量控制檢測指標處置界限，并對CT設備進行校正，對于保證CT設備正常穩(wěn)定運行至關重要。

目前，國際比較通用的CT檢測規(guī)范是由美國放射學會(American College of Radiology，ACR)和美國醫(yī)學物理學會(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)提出的質(zhì)量控制檢測系列標準。AAPM和Catphan 500型CT性能檢測體模是目前醫(yī)用CT檢測使用較多的體模。為此，本研究于2018年3-10月，采用Catphan 500型CT性能檢測體模對飛利浦Brilliance iCT elite型CT進行質(zhì)量控制檢測，依據(jù)國際與國內(nèi)建立的標準體系，為醫(yī)用CT質(zhì)量控制檢測提供重要參考依據(jù)，并建立CT質(zhì)量控制檢測指標處置界限，為CT設備常規(guī)質(zhì)量控制檢測提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 檢測器材及受檢設備

采用Catphan 500型CT性能檢測體模(美國模體實驗室)；Barracuda多功能X射線參數(shù)測試儀(瑞典奧利科公司)；76-414型160 mmCT劑量頭模(美國Victoreen公司)，DCT10長桿電離室(瑞典奧利科公司)，卷尺、CT自帶水模。受檢設備為飛利浦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)檢測環(huán)境。①環(huán)境溫度為20～22 ℃；②相對濕度為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，長桿電離室置于體模中心位置，調(diào)整檢查床位置使長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型性能檢測體模擺位。將Catphan 500型性能檢測體模置于檢查床面，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。前進體模使體模上方第一個定位點位于內(nèi)定位燈中點，并將檢查床位置設置為0(如圖2所示)。

圖2 Catphan 500型CT性能檢測體模擺位示意圖

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)時間為1 s，視野(field of view，F(xiàn)OV)為250 mm；④重建算法為標準算法，準直器寬度為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型性能檢測體模先掃描CTP401體模層面，通過觀察該層面23°金屬斜線是否完全對稱，確定定位是否準確，準確定位該層面后分別前進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性能檢測體模掃描層面圖像

1.4 質(zhì)量控制檢測指標測算

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為劑量頭模中心測量的CTDI100，CTDIp為劑量頭模外圍4個點的平均測量CTDI100。

1.4.2 空間分辨率

分別調(diào)整標準算法和骨算法圖像，適當放大圖像，調(diào)整窗位窗寬至能夠分辨周期性細節(jié)的最大線對。

1.4.3 密度分辨率

測量的目標物質(zhì)。測量其CT值及標準差，在其邊上選取同樣大小區(qū)域測量CT值及標準差，調(diào)整窗寬窗位至計算值為公式2：

窗寬=CT目標-CT背景+5 SDmax；

式中SDmax為目標和背景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性能檢測體模密度分辨率測量圖像

1.4.4 定位光精度

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

1.4.5 層厚偏差

層厚偏差測量。測量斜線附件區(qū)域CT值設為背景窗位，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量窗位，將窗寬到最小，測量斜線長度，平均長度即為半高寬(full width at half maximum，F(xiàn)WHM)，實測層Z=0.42×FWHM(如圖5所示)。

圖5 Catphan 500型CT性能檢測體模檢測層厚偏差測量圖像

1.4.6 CT值線性測量

分別測量空氣、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值線性測量圖像

測得CT值的總體方差和衰減系數(shù)/CT值協(xié)方差，按以下公式進行比較，Varp(CTvalue)÷Cov(μ，CTvalue)，測得比值為CT值線性，體模材質(zhì)的衰減系數(shù)及標準CT值見表1。

1.4.7 噪聲及CT值均勻性

選取體模中心及四周共5個點，ROI 300 mm2左右，測量CT值及SD，中心測量點與四周最大的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性能檢測體模噪聲及CT值均勻性測量圖像

1.4.8 診斷床運動精度

診斷床做好標記，使用按鈕前進300 mm，用卷尺測量距離并記錄偏差，再將診斷床退回原來位置，同樣用卷尺測量誤差并記錄。

1.4.9 水的CT值測量

由于Catphan 500型性能檢測體模對水的CT值檢測欠佳，需使用機器自帶水模，標準頭部質(zhì)量控制掃描協(xié)議(Head STD QA-2D)條件，測量水的CT值并記錄(如圖8所示)。

圖8 機器自帶水模檢測水的CT值圖像

1.5 處置界限標準

在設備運行狀態(tài)良好的情況下，對飛利浦Brilliance iCT elite 128排CT連續(xù)檢測，綜合國家標準GB/T-17589-1998、軍隊標準JJG961-2001和JJG1026-2007等，CT機的質(zhì)量控制檢測計量檢定規(guī)程及文獻[6-11]設置處置界限：CTDIw變化≤5%；空間分辨率標準算法應≥7 LP/cm，骨算法應≥9 LP/cm；密度分辨率檢測可分辨對比度差異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，診斷床運動精度≤1 mm，CT值線性應在(1.9±0.1)×10-4范圍內(nèi)。

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

2 結(jié)果

基于Catphan 500型CT性能檢測體模及當前通用的CT行業(yè)標準[1-5]對Brilliance iCT elite型128排CT進行6次質(zhì)量控制檢測，其中第一次檢測時由于設備故障無法使用定位燈，未測得定位光精度。

2.1 Brilliance iCT Elite質(zhì)量控制檢測

(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%；空間分辨率檢測結(jié)果標準算法均為7 LP/cm，骨算法應均為9 LP/cm，處置界限應分別≥7 LP/cm和≥9 LP/cm。

(2)密度分辨率檢測均可分辨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；定位光精度檢測結(jié)果≤1 mm，處置界限應≤1 mm。

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

(4)水的CT值檢測結(jié)果≤±3.6 HU，處置界限應≤±4 HU；診斷床運動精度均為0 mm，處置界限為≤1 mm；CT值線性檢測結(jié)果在(1.95±0.01)×10-4范圍內(nèi)，處置界限(1.95±0.02)×10-4，見表2。

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

2.2 Brilliance iCT Elite CT值線性檢測

測量聚丙乙烯、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值線性檢測結(jié)果在(1.95±0.01)×10-4范圍之內(nèi)，見表3。

3 討論

CT是目前使用最多的影像設備，對于診斷十分重要，國內(nèi)外均較早開展了CT質(zhì)量控制檢測。目前國外主要有ACR標準、AAPM標準及美國電氣制造業(yè)協(xié)會(National Electrical Manufacturers Association，NEMA)標準等，國內(nèi)主要有GB9706.18-2006/IEC 60601-2-44：2002“醫(yī)用電氣設備(第2部分)：X射線計算機體層攝影設備安全專用要求”、JJG 1026-2007“醫(yī)用診斷螺旋計算機斷層攝影裝置(CT)X射線輻射源檢定規(guī)程”、“醫(yī)用診斷X射線計算斷層攝影裝置(CT)臨床應用質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)范(試行)”和“GB17589-2011X射線計算機斷層攝影裝置質(zhì)量保證檢測規(guī)范”等國家和行業(yè)標準。由于醫(yī)院運行模式和檢查工作流程不同，CT質(zhì)量控制檢測在國外有些醫(yī)院能做到一周一檢，甚至每日一檢，國內(nèi)目前一般在驗收前進行驗收檢測，運行周期內(nèi)僅1～2年一檢，進行一次狀態(tài)檢測，檢測頻次較低。隨著近年來新的CT設備電氣性能穩(wěn)定性較之前大幅提高，檢測中發(fā)現(xiàn)CT設備性能偏移較小，因此應每3～6個月檢測一次，并且建議在更換主要配件后進行一次檢測，以保障設備性能[12-14]。

目前，CT的質(zhì)量控制檢測項目主要包括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精度。眾所周知，CT劑量越大則密度分辨率越高，同時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檢測保障X射線輸出劑量與標稱劑量的一致性，周期性檢測還能監(jiān)控輸出劑量的穩(wěn)定性，其受到X射線球管燈絲及陽極靶面老化、高壓發(fā)生器及準直器影響，目前主要廠商在設備保養(yǎng)時已開展燈絲校正保障X射線輸出穩(wěn)定[15]。

本研究CT為新安裝設備，在檢測周期內(nèi)輸出穩(wěn)定，結(jié)果符合標準要求。空間分辨力反映了設備分辨細小組織的能力，CT質(zhì)量控制檢測中通過檢測層面能夠區(qū)分的最大線對數(shù)表示，一般檢測標準算法及高分辨率算法，其主要受物理探測器、準直器等硬件及重建矩陣、重建算法等影響，如本研究中當使用1024×1024重建矩陣，骨重建算法時最大可分辨11 LP/cm的線對，當該檢測參數(shù)產(chǎn)生偏移時應首先檢查掃描參數(shù)設置，排除后可聯(lián)系廠商檢查硬件指標是否偏離。密度分辨力反映了設備分辨最小密度差異的能力，與CT值線性、CT值、噪聲及均勻性相關聯(lián)，決定設備區(qū)分不同組織、區(qū)別組織成分的能力，這些檢測指標受探測器性能，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探測器由多個模塊組合而成，模塊之間存在性能差異，隨時間變化的幅值也不同，因此需要定期進行空氣校正及CT值校正，同時掃描野內(nèi)的碘對比劑及受檢者體液殘留也會造成圖像偽影及檢測指標的偏離，應定期清潔。圖像重建算法也對這些檢測指標結(jié)果產(chǎn)生重大影響，故檢測結(jié)果偏差時應首先考慮參數(shù)設置問題再排除硬件故障[18-19]。

本研究中受檢設備的CT值線性、CT值、噪聲及均勻性檢測結(jié)果偏差均極小，且符合標準要求，3次密度分辨率檢測結(jié)果可分辨3 mm 0.5%密度差異的圓柱，另3次檢測結(jié)果為4 mm 0.5%密度差異的圓柱，均符合檢測標準要求，考慮為檢測時間與校正時間的間隔不同，以及體模定位時細微的偏差所致。定位光精度、層厚及檢查床移動精度決定了病灶的定位，病灶的大小，其主要受準直器、激光燈、驅(qū)動電機編碼器等硬件影響，如檢測指標超出范圍應及時聯(lián)系設備廠商校正或更換相應部件。

處置界限的建立方法。設備安裝并投入使用之后，在正常運行狀態(tài)下，檢測環(huán)境及條件與檢查患者時保持一致，通過連續(xù)多次檢測建立設備運行基線。由于相關國家標準及行業(yè)標準都考慮了不同廠商型號設備性能偏差，處置界限取值范圍一般較大，而現(xiàn)有CT機正常狀態(tài)下偏差值極小，可根據(jù)不同廠商、不同設備型號設備的檢測結(jié)果設定處置界限，縮小處置界限范圍，如由于標準算法及骨算法MTF函數(shù)取值不同，GE CT機上標準算法空間分辨率一般可達9 LP/cm，骨算法空間分辨率可達11 LP/cm，而本研究受檢設備分別為7 LP/cm和9 LP/cm。此外，從醫(yī)院CT、磁共振連續(xù)檢測結(jié)果而言，檢測的時間跨度越小，性能參數(shù)變化值就會越小，得到的處置界限的范圍也會較小，因此應建立處置界限時增加檢測頻次。本研究的檢測時間間隔由3個月縮短到6周，得到的處置界限范圍也較常規(guī)標準縮小。

本研究基于Catphan 500型CT性能檢測體模對CT的關鍵質(zhì)量控制參數(shù)進行了檢測，介紹了檢測方法，展示了檢測結(jié)果，建立了處置界限，設備運行狀態(tài)良好的情況下，質(zhì)量控制檢測指標均圍繞建立的基線波動，處置界限的建立有助于更早發(fā)現(xiàn)設備性能漂移，及時做出干預及處置，與定期的維護保養(yǎng)相結(jié)合，保障設備良好運行及圖像的準確可靠。同時也為后續(xù)本項目組研究的CT動態(tài)心血管體模及其建立CT心血管成像臨床應用軟件質(zhì)量控制檢測技術(shù)規(guī)范奠定了基礎。