CT性能质量检测与评价

C T 性能质量检测与评价,浙江省医疗设备管理质控中心 谢 松 城 2011.6 杭州,CT性能质量检测与评价,X射线计算机断层扫描装置， Computer Tomography简称CT机，1972年Hounsfield博士发明计算机断层摄影的方法进入临床使用,Developments in CT Technology CT技术的发展,Early CT detectors and scanner早期的CT检测和扫描装置,Modern Multi-Slice CT Scanner现代多层螺旋CT,CT图像的基本概念：,.CT图像的产生： CT图像是由计算机扫描、重建方式产生的， CT扫描过程中，被扫描人体的某一断层面在扫描场中被分割成许多小的单元，称之为体素。由这些体素组成一个矩阵（例如 512X512）,称之为扫描矩阵。一幅CT图象显示出各个体素的衰减系数。此衰减系数由与之成线性关系的CT值来表示(以HU为单位)。代表体素的衰减系数的每个CT值在监视器上被赋于一定的灰度(亮度)。,CT Coordinates CT 坐标,CT扫描的成像系统组成,数据采集（扫描架）X线球管、探测器、准直器、滤过器、数据采集系统（ DAS）数据重建 (计算机)重建函数 数字图像数据显示显示器、胶片（激光照相机产生）中央控制系统（控制机械扫描，参数设定等）,探测器阵列,国际CT性能质量检测的发展过程,国内CT性能质量检测与评价,检测与评审规范： 全国大型医用设备X射线计算机断层扫描装置（CT）应用质量应用技术评审委员会1997X射线计算机断层摄影装置影像质量保证检测规范GB/T 175891998 医用诊断螺旋计算机断层摄影装置（CT） X射线辐射源计量检定规程 JJG1026-2007,CT检测模体,CT性能质量检测模体,CT性能检测模体：美国模体实验室Catphan 500、600Victoreen公司76-410-4130AAPM模体PMI公司461A,CT性能质量检测,- 验收检测（厂方给的技术指标） - 状态检测（使用周期中定期检测）- 稳定性检测（日常工作中对设备的检测）- 设备维修后的检测,CT质量检测主要性能参数,剂量指数 CTDI100 ：mGy 中心、表面 CTDIw, CTDIvol水的CT值： （HU）CT值均匀性:（HU）噪声 %空间分辨率：(mm) ，LP/cm低对比度分辨率：（mm)层厚偏差：（s,mm,%）*CT值线性床位移精度（mm)定位光精度: (mm)* 螺旋CT测量标准不作要求,CT 辐射剂量检测,CT辐射剂量的表述 CTDI、CTDI100、 CTDIW、 DLP（剂量长度乘积）、E（有效剂量） CTDIVOL（ CT容积剂量指数 ） （多层螺旋CT专用剂量指标）,C T辐射剂量分布 理想状态,Radiation delivered only to the imaged volume 辐射仅涵盖成像部分,- 5 mm 0 + 5 mm,Peak dose = “dose”,C T辐射剂量分布. 现实情况,Radiation distribution crosses the imaged volume 辐射跨越成像区域,- 5 mm 0 + 5 mm,Peak dose,“Tails” of dose distribution 剂量分布尾迹,CT辐射剂量实际分布CTDI=沿Z轴的辐射剂量曲线积分，宽度为nT的单一轴向扫描,nT“nominal beam width” = “total nominal scan width”,Z,radiation dose profile 辐射剂量曲线,CT扫描剂量检测,检测器材：剂量仪、CT专用长杆电离室、剂量模体,CTDI Phantoms CTDI模体,CT剂量检测模体摆放,CT扫描幅射剂量检测:,CT剂量指数CTDI 测量：CTDI定义: CTDI1/T7T D(z).dz （mGy) T:标称层厚， D(z):沿Z直线的单次扫描吸收剂量曲线 电离室长度为100mm时，常用CTDI100 表示 检测要求:CTDI 50mGy 或厂方规定要求。测量时调 节CT 扫描KV、的mAs值，可达到测量要求的剂量值,mGy,CT扫描幅射剂量检测:,Weighted average of center and periphery doses 中心和外围剂量的加权平均,CTDIW = 2/3 CTDI100 (edge) + 1/3 CTDI100 (center),CTDIW加权剂量指数,CT剂量检测,CT容积剂量指数 CTDIVOL ： 代表螺旋CT扫描时X、Y、Z三个方向上某点的平均吸收剂量分布。 CTDIVOL=CTDIW/pitch (mGy) pitch为CT螺距因子，定义：pitch=d/(NT） d 为扫描Z轴方向进床距离 N 为一次扫描的切片层数 T 为扫描层厚 CTDIVOL 在螺旋CT的扫描参数设定后会自动显示（估算值），,有效剂量 Effective Dose （E）,DLP剂量长度乘积：CTDIVOL*扫描长（cm）。单位：mGy.cm 代表总扫描路径中的累计剂量（层数乘以层厚）有效剂量意义：表达X线辐射对人体的损害风险。就整个躯体的而言，单个剂量参数反映了非均匀暴露的风险,So, DLP represent the greater biologic risk!所以，DLP代表了更高的生物风险！,DLP = 20 radcm,DLP = 40 radcm,CTDIvol = 2 rad ten 1-cm slices,CTDIvol STILL = 2 radtwenty 1-cm slices,CT有效剂量（E）,CT扫描仪控制台上DLP值得出的有效剂有效剂量计算 E(mSv) = DLP (mGy.cm) 因子(mSv /mGy.cm） 身体部位 因子 (有效剂量的规格化) 头部 0.0023 颈部 0.0054 胸部 0.017 腹部 0.014 盆腔 0.019 有效剂量意义：表达X线辐射对人体的损害风险。,ICRP 60 Weighting Values国际辐射防护委员会的60号报告有效剂量加权值,Gonads0.20RBM, colon, lung, stomach0.12Bladder, breast, liver0.05Esophagus, thyroid0.05Skin, bone surface0.01Remainder0.05 1.00,CT 性 能 指 标 检 测,CT性能检测模体Catphan500结构,CT性能检测前准备,模体的正确摆放、对位 十分重要 使用模体检测CT 性能指标时一般要将模体放置在诊视床前端，最好去除扫描头架。将模体摆在机架的中心，然后用扫描架定位光来确保模体中心定位正确。 模体对称轴必须与CT 的扫描旋转轴一致，扫描平面与模体的对称轴垂直.,CT 定位像扫描,CT扫描定位像,CT性能检测前扫描条件选择,选择合适的扫描条件 厂方所给的性能指标的测试条件 临床实用扫描条件 性能极限的扫描条件 正确选择CT扫描参数的条件 KV，mA，s，FOV，層厚，重建函数，,CT值的概念,CT值代表X线穿过组织被吸收后的衰减值. CT值的计算：某物质的CT值等于该物质的衰减系数与水的衰减系数之差，再与水的衰减系数之比后乘以1000。 公式： 某物质CT值=1000（uu水）/ u水, 其单位为HU（Hounsfield Unit ）CT值不是一个绝对值,而是一个相对值。 水的CT值为0 HU ；空气的CT值为-1000HU. 骨头CT值1000；脂肪是-70-90；软组织是30-50。 在读片时， CT值可以让医生了解 某个部位 到底是什么成分 。,水的CT值与CT值场均匀性测量,CATPHAN500中扫描模块CTP486在单层均匀水模图像中心取一个大于100个象素点（约1cm2面积)的ROL，测量CT均值和标准差，后者用来表示噪声;在相当于钟表时针3, 6, 9, 12时的方向上，距离体模边缘约1cm处，取同样大小的ROI，计算CT均值，其中与中心区域CT均值的最大差值用来描述场均匀性。中心CT值: 04 HU 注: CTP486模块采用固体水, 中心CT值约为84 HUCT值场均匀性（HU） 要求最大CT 4 HU(验收） CT 6（状态）,水的CT值测量,水的CT值测量中的几项注意事项,CATPHAN500中CTP486模块采用特制的“固体水” 中心CT值约为84 HU。检测时使用头颅扫描条件时，某些型号CT的头颅扫描成像函数有专门的颅骨补偿算法，使用通用水模测量水CT值会有较大偏差，建议采用厂家随机的水模测量。,CT质量检测主要性能参数,噪声(H)： 指均匀性物质的影像中给定区域CT值对其平均值的变异。通常可以用感兴趣区中均匀物质CT值的标准差（SD）表示,与扫描剂量有关. 要求H0.5% 或厂方规定要求,CT质量检测主要性能参数,噪声的计算方法: 取上述5个测量区的CT值的标准偏差平均值（SD平均），噪声水平以下式计算： 式中：H 噪声水平 % ； k=1000HU。,CT质量检测主要性能参数,空间分辨率（Spatial resolution） 通常叫高对比度分辨率 定义：当物体与背景物对X线的衰减之差（CT值差）比噪声大得多时，CT图像上区别物体的能力空间分辨率测量方法： MTF法 线对法 分辨成排圆空法,空间分辨力的测量模块(CTP528),CT质量检测主要性能参数,空间分辨率表述方式1： MTF调制传递函数MTF调制传递函数（modulation transfer function, MTF）：用数字方法描述系统再现成像物体的空间频率的能力成像系统在一定的空间频率下对对空间结构的成像能力横扫均匀介质中细金属丝测点扩散函数或高对比度界面上的边缘扩散函数经付里叶变换计算调制传递(MTF);）影响因素：X线球管焦点、FOB、层厚、重建函数、 MTF %可视空间分辨率Lp/mm：MTF=10%时的值状态检测合格：可分辨孔径1.25mm,CT质量检测主要性能参数,MTF调制传递函数测量 ：点扩散函数 CTP528模块,-PSF：测量模体（CTP528模块）中可分辨的点 -LSF：测量模体中可分辨的细线 -PSF的一维傅立叶变换即为MTF,MTF测量什么是点扩散函数PSF ?,CT空间分辨率的调制传递函数（MTF）测量,MTF(f ) = ( | F F TLpS (x) | / | F F T LpS ( x) | f =0) 其中, | | 表示对付氏变换取模。f 为空间频率,单位为线对/厘米(Lp/ CM) 。计算并经线性拟和后得到 MTF 曲线如图。,重建函数：H30S 10%: 8.82； 50%: 4.65,不同重建函数的MTF曲线,U90. 10%: 16.00 50%: 10.74,H30S 10%: 8.82 ， 50%: 4.65,CT质量检测主要性能参数,空间分辨率表述方式2： 每毫米线对数（LP/mm） 多组不同厚度塑料片与水(或金属与非金属材料)相间结构断层扫描后可得一系列条状图像(线对) 称条模,如Catphan500,空间分辨率,每毫米线对数（LP/mm）测量,CT质量检测主要性能参数,空间分辨率表述方式3，mm（孔模） 在有机玻璃中设置多组不同边长正方形长条空气间隙条与条之间的有机玻璃厚度与正方形边长相等断层扫描后得一系列孔状图像，称孔模; 单位：mm （毫米）,CT质量检测主要性能参数,低对比度分辨率（Low Contract resolution）又称密度分辨率定义：当物体与均匀背景物对X线的线性衰减之差1% （物体与周围介质的CT值在10以内），CT图像上区别物体一定形状、大小的能力。影响因素：扫描剂量、重建函数低对比度测量模块测量结果确定：调整好窗宽、窗位，在CRT或胶片上观察能识别最小孔径状态检测合格：6%，能识别最小孔径5mm,低密度分辨力的测量模块(CTP515),CT扫描层厚的测量,CT层厚定义： CT 扫描野中心沿着垂直于扫描平面的直线上用位置的函数来表示CT 系统相对灵敏度的曲线称为灵敏度分布曲线此曲线的半高宽(FWHM)被定义为断层厚度 现有模体Catphan500测量CT 扫描层厚的方法是扫描CAT401模体中一斜置的金属丝, 利用几何投影原理金属丝在扫描影像上的长度(CT 值分布曲线的半高宽)乘以金属丝与扫描平面夹角的正切(tg=0.42)即为层厚CT,CT扫描层厚的测量,斜面法测量层厚,层厚的测量,检查目的：确定层厚设定值与实际扫描断层的一致性测量工具：CTP401模块测量步骤：将窗宽调最小，逐渐调高窗位，分别记录斜线消失与背景出现的窗位，再把图像窗位调至前面2个窗位的中间值，测量此时斜线的投影长度，乘以0.42，等于实际的层厚值。,CT质量检测主要性能参数,验证CT标称层厚与实际值的偏差层厚偏差：（s,mm,%）CT层厚测量容许误差 当S8， 10%； S 在8-2，25% S2， 50%,CT值线性的测量,测量工具：CTP401模块， Acrylic(尼龙), CT值 120 Air, -1000 Teflon(聚四氟乙烯), 990 LDPE(聚丙乙烯) ， -100 测量原理：CT值与其X线性衰减系数成正比关系称为CT值线性。测量方法：分别测量上述物质的CT值，将4个CT值和线性衰减系数分别标明在坐标轴上，用最小二乘法作出按拟合直线。,CTP 401模块,定位光精度的测量,检查目的：检查扫描定位灯和X线扫描面的一致性测量工具：CTP401模块测量原理：将定位光对准测试模块的中心面进行扫描，计算扫描图像与理想已知图像的位置偏差。测量步骤：体模定位、体模位置较准，测量斜线图像中心到模块图像中心的距离，乘0.42即为Z轴方向激光定位灯的误差,床精度 扫描床位移的精度应在+ 2 mm之内,CT质量检测主要性能参数,螺 旋 C T （MSCT）,螺旋 C T,螺旋CT是在采用滑环技术基础上单向沿人体长轴连续匀速旋转，扫描床同步匀速递进（传统CT扫描床在扫描时静止不动），扫描轨迹呈螺旋状前进，可快速、不间断地完成容积扫描。 单层螺旋CT只有单排探测器。在旋转一周期间只能采集一个层面的数据（信息）。 多层螺旋CT在探测器系统中采用多排探测器，旋转一周可同时采集多个层面的数据（信息）。,多层螺旋CT的层与排,多层螺旋CT的层与排是不同概念，并不是有多少排探测器就能在旋转一周的时间内，采集多少个层面的数据。例如： GE公司的 LightSpeed Ultra 16有24排探测器，但是同时采集层面数就只有16个； GE LightSpeed Plus有16排探测器，但同时只能采集4个层面的数据； 飞利浦公司的Brillianc CT 16有24排探测器，同时采集的就只有16个层面的数据； Brilliance CT 6能够同时采集6个层面的数据，但是它也有24排探测器；,多层螺旋CT的层与排,西门子公司的SOMATOM Sensation 16 有24排探测器，但同时只采集16个层面； SOMATOM Emotin 6有16排探测器，同时采集只有6个层面的数据； 东芝公司的Aquillion 16有40排探测器，同时采集的数据，只有16层；Auillon 4有34排探测器，每周采集的数据仅为4个层面；等等,多层螺旋CT的层与排,多层螺旋CT的层最主要的就是要看探测器系统有多少数据采集通道。每周采集的层面数基本上是由数据采集通道来决定的。如果有64排探测器，而只有32个数据采集通道，那么每周基本上只能扫描32个层面。,多层螺旋CT的特点,多层螺旋CT的探测器为多排探测器，从X线球管发射出来的射线已经不是薄的扇形X线束，而是一个锥形束。 多层螺旋CT图像重建的算法也区别于单层CT，它是采取锥形束的算法。这是为了解决锥形束引起的伪影。 多层螺旋CT扫描的层厚也不是采取由准直器的开口大小来决定，而是由不同的探测器排的不同组合来得到。 探测器的厚度最小可做到0.5mm,使得提高Z轴的分辨率成为可能,多层螺旋CT的特点,扫描数据的采集是在一个螺旋轨迹上进行的。扫描所得到的数据不是从垂直于纵轴的平面内得到的，而是从呈现为螺旋状的平面内得到的。 因而，要得到垂直于纵轴的平面的图像必须采用临近数据利用内插法进行重建。 螺旋CT图像重建的内插方式： 180线性内插、360线性内插、单边叶法、双边叶法,4类16层CT的参数对比,多层扫描平均剂量MSAD,MSAD is the average dose over the central scan of a multiple scan exam MSAD是多扫描检测时中心扫描的平均剂量Typically 2 - 4 times higher than peak doseslice 典型情况为层峰剂量的2-4倍 Dependent on position in the Field of View (FOV) 取决于在视场中的位置Overestimates patient dose at beginning & end of scan volume 高估了病人在扫描开始和结束时的剂量Measured directly with TLD & multiple scans 直接进行TLD和多扫描,MSCT机性能检测模体,螺旋CT（ MSCT）性能检测参数,Z轴图像之间的一致性螺距时间分辨率层面敏感度剖面 Section Sensitivity Profile（SSP),螺旋CT值Z轴的图像一致性测量,对于MSCT，一次扫描可以得到多层图像，但其CT值一致性与噪声检测方法还是沿用常规CT的方法，在轴向扫描方式下任取一层图像进行测量，这种测量只对单层图像上的x, y轴方向上的场均匀性与噪声进行了检测。MSCT螺旋扫描的纵轴扫描范围增加，而且探测器组的效率互有差异，导致纵轴(z轴)方向上场均匀性与噪声也存在着差异，以各层图像中心区域的CT值最大均值之差表示Z轴的场均匀性，以最大标准差作为z轴的噪声水平。MSCT的纵向场CT值偏差不超过6HU。,螺旋CT场均匀性测量,螺旋CT（MSCT)质量检测相关参数,螺距Pitch MSCT中两种螺距的定义准直器螺距: Pitchx =每周进床距离/X线束宽度探测器螺距: Pitchd =每周进床距离/每层探测器宽度准直器螺距= 探测器螺距/层数n对于单层螺旋CT来讲准直器螺距等于 探测器螺距,螺距Pitch,对于单层螺旋CT来讲，扫描架旋转一周床行进距离为5mm，射线束宽度为5mm，则螺距Pitch等于1。对于多层螺旋CT而言，例如4层螺旋CT，假设层厚宽度为5mm，