MSCT成像系统的质量控制检测与质量管理

叶培筠，梁永刚，陈佳敏，陈楚洁，付丽媛

1.福建中医药大学福总教学医院 放射诊断科，福建 福州 350025；2.联勤保障部队第900医院 放射诊断科，福建 福州 350025

引言

计算机断层成像系统（Computed Tomography，CT）是目前最重要的医学影像检查设备之一，被广泛应用于疾病诊断、监护和手术导航等领域，极大地促进了影像医学的进步与发展[1-3]。为确保医疗安全，保证图像质量及参数准确，需要定期对CT设备进行质量控制检测，以及时发现设备存在的问题并予以校正，从而确保其参数准确性并为诊疗提供优质的影像[4]。本研究通过参考国内外提出的CT质量控制检测系列标准，对CT设备的检查床运动精度、加权 CT 剂量指数（Weighted CT Dosimetry Index，CTDIw）、定位光精度、CT值线性、层厚偏差、空间分辨率、低对比度分辨率、CT值、均匀性和噪声参数进行了检测，介绍了检测及参数测算方法，通过对图像质量控制和参数测算，保证CT设备的有效稳定运行，以期为临床提供更清晰可靠的高质量图像。

1 材料与方法

1.1 检测设备与体模

采用Barracuda多功能X射线参数测试仪，Catphan500 CT性能测试体模（美国模体实验室设计制造），CT剂量头模，DCT10 CT长杆电离室及CT设备自带水模。Catphan500 CT性能测试体模内填充4个测试模块。①CTP401模块：用于测量定位光精度、层厚、CT值线性、床运动精度；直径15 cm，厚2.5 cm，内嵌两组23°金属斜线（X方向、Y方向）；内嵌4个密度不同的小圆柱体：特氟隆Teflon（高密度物质，类似骨头）、丙稀（Acrylic）、低密度聚乙稀（(Low-Density Polyethylene，LDPE）和空气（最低密度）。②CTP528模块：用于测量空间分辨率；直径15 cm，厚4 cm，21组高密度线对结构（放射状分布）。③CTP515模块：用于测量低对比度分辨率；直径15 cm，厚4 cm，内外两组低密度孔径结构（放射状分布）。④CTP486模块：用于测量均匀性、噪声等参数；直径15 cm，厚 5 cm。

1.2 检测依据与参考标准

参考WS 519-2019 X射线计算机体层摄影装置质量控制检测规范[5]；JJG 961-2017医用诊断螺旋计算机断层摄影装置（CT）X射线辐射源[6]；GB 17589-2011 X射线计算机断层摄影装置质量保证检测规范[7]；美国放射协会2017 ACR Computed Tomography Quality Control Manual[8]。

1.3 扫描方法及扫描参数

将CT剂量头模水平放置于头架上，激光定位对准模体的三维定位线，使模体位于照射野中心，分别将长杆电离室插入模体的中心孔及上、下、左、右孔内，其他孔插入4个有机玻璃圆棒，分别扫描并记录CT剂量指数（Computed Tomographic Dose Index，CTDI） 值，完 成CTDI值的测量。

将Catphan500 CT性能测试体模置于检查床面，外沿与床板齐平，体模悬空于床板外，用水平仪调整体模位置保证其在X轴和Z轴方向处于水平位置，调整检查床高度，使体模位于扫描野中心，前进体模使体模上方第1个定位点位于内定位灯中点并将床的位置归零。先扫描CTP401模体层面（图1），通过观察该层面23°金属斜线是否完全对称，确定定位是否准确，准确定位该层面后分别前进30、70、110 mm扫描获得另外3幅图像（图2～4）。

图1 CTP401断层图像

图2 CTP528断层图像

图3 CTP515断层图像

图4 CTP486断层图像

扫描参数：管电压120 kV，管电流250 mAs，扫描方式为断层扫描，旋转时间1 s，显示野250 mm，重建算法为标准算法，准直器宽度16×0.625 mm，重建矩阵512×512，扫描 层厚10 mm，骨算法重建时扫描 层厚5 mm。

1.4 检测项目及测算方法

1.4.1 检查床运动精度

在检查床上做好标记，使用移动按钮使检查床前进300 mm，测量实际移动距离并记录偏差值。再让检查床退回300 mm，测量实际移动距离并记录移动偏差。

1.4.2 CTDI的测算

重复测量3次并记录CT剂量头模的中心孔及上、下、左、右孔内各位置的CTDI值，分别取平均值。将各位置的CTDI值代入公式（1）计算CTDIW。

式中，CTDIP为模体四周CT剂量指数的平均值；CTDIC为模体中心的CT剂量指数。将公式（1）计算所得的CTDIW代入公式（2）中计算出容积CT剂量指数（Volume CT Dose Index，CTDIvol）。

式中，pitch为螺距。

1.4.3 定位光精度

将Catphan 500体模放置于检查床头部位置，使用水平尺进行三维调平，用激光定位对准模体第1层的3个定位点，使CTP401体模层位于照野中心，将检查床位置清零后进行扫描，观察所扫描图像是否与定位光一致，若不一致，则在Y轴方向上前后移动模体后再次扫描，直至获得与定位光一致的目标图像，模体移动的距离即为设备的定位光精度。

1.4.4 CT值线性

CT值线性的测量在CTP401断层图像上进行，该层面含有4种不同密度的目标物质，分别为Teflon、Acrylic、LDPE和Air，它们的线性衰减系数依次为0.374、0.219、0.177和0.000，CT值分别为990、120、-100和-1000 HU。用感兴趣区域（Region of Interest，ROI）分别测量4种目标物质的CT值，并要求所选ROI面积不能超出该物质所在区域，将测得CT值与对应材质标准CT值进行比较，其差值为CT值线性。

1.4.5 层厚偏差

层厚偏差的测量在CTP401断层图像上进行，按下列步骤测量4条斜线像长度：用ROI测量斜线附近区域的CT值L1；窗宽调至最窄，逐渐调高窗位至4条斜线同时消失，记录此时的窗位值L2；将窗宽调至1或0，调整窗位（Window Level，WL）=，依次测量此时4条斜线的长度，并取其平均值即为半高宽（Full Width Half Maximum，FWHM），实际层厚=tan23°×FWHM=0.42×FWHM。

1.4.6 空间分辨率

空间分辨率的测量在CTP528断层图像上进行，将扫描图像的窗宽调至最小，调整窗位观察标准算法和高分辨算法图像可分辨的最大线对数并记录。

1.4.7 低对比度分辨率

低对比度分辨率在CTP515断层图像上进行，在图像中选择目标物质，测量其CT值及SD，并在其附近背景选取同样大小的ROI测量CT值及其SD，调整窗宽=CT测量物－CT背景+5SDmax，调整窗位=（CT测量物+CT背景）/2。式中SDmax为测量物及背景CT值SD的最大值。选取可观察到大于80%面积的最小圆孔，并测量其孔径大小记录为低对比度分辨率。

1.4.8 CT值（水）

扫描设备自带水模，选取所扫描图像中心大约100 mm2的区域进行CT值测量并记录数值。

1.4.9 均匀性及噪声

均匀性及噪声的测量在CTP486断层图像上进行，分别在扫描图像上选取中心、上、下、左、右5个位置大约100 mm2的ROI分别测量其CT值及SD，周围4个位置的CT值与中心位置CT值的偏差的最大值为均匀性，噪声为，其中H为噪声水平，k=1000 HU[5]。

2 结果

采用上述检测方法，对医院某品牌MSCT进行了状态检测，其检测结果如表1所示，检查床运动精度测量的误差为0 mm，CTDIw为45.9 mGy，定位光精度测量误差为0.5 mm，CT值线性为-31 HU，层厚偏差为0.409，标准算法和高分辨算法的空间分辨率分别为7和11 Lp/cm，低对比度分辨率为3 mm，CT值（水）为2.1 HU，均匀性为1.4 HU，噪声为0.35%从与技术要求的对比可以看出，所有指标均合格，提示设备基本处于良好运行状态。

表1 MSCT质量控制检测结果

3 讨论

MSCT是医疗服务体系、公共卫生体系建设中最重要的基础装备，具有高度的战略性、带动性和成长性，建立并实施MSCT质量控制检测体系，对全面提升医院MSCT成像设备保障能力，确保患者的健康和利益具有重大的社会效益和经济效益。为了确保MSCT设备性能参数准确，保证其影像质量和诊断结果可靠性与科学性[9-13]，国家不但制定了相关检测标准，并要求相关机构必须定期对CT设备进行质量检测[14-17]。

目前CT设备质控检测主要需要对CT设备的检查床运动精度、CT剂量指数、定位光精度、层厚、CT值线性、空间分辨率、低对比度分辨率、CT值、均匀性和噪声等参数进行检测[18]。对层厚偏差、定位光精度以及床运动精度进行检验主要是为了确保CT检查能够精准的对病变部位进行诊断定位[19]。定位光精度和检查床移动精度是评价CT设备机械性能的重要指标，定位光和检查床移动精度若发生偏移，则直接影响所扫描部位的准确性，若偏移严重，会导致扫描范围不全，则需要重新扫描。故医院设备使用人员应在日常工作中及时发现此类问题，避免多次扫描，对于保证CT影像的可靠性和保障患者生命安全具有重要意义。在医用CT机验收检测、稳定性检测和状态检测中，辐射剂量指数是一项极为重要的检测指标，其表示CT检查中受检者的辐射剂量，设备检验人员调试设备时，在保证良好图像质量的同时，应尽可能减少对受检者的辐射暴露，在使用中合理设置扫描参数及功能，达到使受检者辐射剂量符合临床要求，且图像质量满意的目的[20]。

与图像性能有关的指标包括均匀性、空间分辨率、层厚偏差、低对比度分辨率以及CT值等。空间分辨率和低对比度分辨率是CT成像的重要组成部分，对CT的图像质量具有直接的影响[21]。空间分辨率对于高背景对比度的小物体的检测非常重要，如碘增强的血管或微小的骨骼结构。低对比度分辨率是物体与周围背景图像结构相差不明显时，将微小细节从周围背景中分辨出来的能力。低对比度分辨率越高，越有利于临床医生从图像中分辨出密度相近的病变组织[22]。CT值、CT值线性、噪声、均匀性等参数会直接影响CT扫描成像的质量，并对扫描过程中的辐射剂量产生影响，这些参数处于正常范围内可确保CT检查的影像诊断准确率，也是CT质量控制检测中至关重要的部分。

CT检查设备精密、价格昂贵，在各级医院的疾病检查和治疗中占有重要地位，正确的操作和维护，对延长CT使用寿命和充分发挥其效能具有重要意义。要保障CT设备的有效运行，需注意以下几点：① 由于临床应用的增多，CT设备的高强度运转易导致球管发热，故在日常的使用中，应定时暂停设备运行使其降温。若运转时间过长，则会进一步加速X射线和球管阳极的老化，导致误差偏大，影响设备使用寿命；② 加强CT设备的验收管理，在医院购置CT设备时进行严格的参数检验，为设备后期的稳定性质量检测提供基础；③ 维持合理的设备使用环境，CT机房的温度和湿度应控制在规定的范围内，如温度和相对湿度过大或过小，将导致图像伪影或图像质量下降，影响诊断，且易损坏设备；④ 提高设备使用人员的专业知识和专业操作水平，避免设备不良运行；⑤ 加强设备使用人员的日常维护意识，在设备的日常工作中对其易磨损的零部件进行维护和清洁，并定期对设备进行质量控制检测，及时发现问题，确保设备稳定提供可靠的优质图像。

本研究尚存在一定的局限性，一是不同设备的探测器性能、准直和重建算法等方面存在差异，故会对参数的检测结果产生影响；二是测算体模图像的过程主要以手工计算和目视观测为主，测算结果具有一定的主观性。今后可基于MATLAB或Python平台上通过算法实现自动计算性能参数，以替代手工计算过程，克服主观性，提高检测效率和检查结果可靠性，实现智能化、信息化与自动化。

4 结论

本研究根据国内外CT设备检测规程，通过对CT设备的检查床运动精度、CTDIw、定位光精度、CT值线性、层厚偏差、空间分辨率、低对比度分辨率、CT值（水）、均匀性和噪声进行检测并计算检测结果，表明定期对CT设备进行质量检测，可为临床提供可靠的CT检查影像，确保临床医师的诊断准确率，提高医疗水平。