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CT笔记4-质控及计量参数

  对CT机的评价一般是依据设备的参数,设备的参数又分为几大类,它们分别是图像性能参数、机械部件参数

  图像性能指标

  从技术或物理的角度来看,一台CT机的决定性参数是图像的质量。对CT图像质量的评价和检测,就是对成像系统整体性能的评价和检测。X-CT图像的建立要经过许多技术环节,图像的质量受许多因素的制约,所以临床医生不但要了解评价图像的质量标准和方法,而且也要了解影响图像质量的因素及技术环节。

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  下面介绍评价CT像质量的主要参数、某些参数的国家标准及其检测方法。在CT图像中,与图像的质量有关的最主要的三个参数是:分辨率、噪声、伪影、以及层厚、剂量等等。

  (一)空间分辨力

  1.空间分辨力的定义

 空间分辨力在CT机中有时又称为几何分辨力或高对比度分辨力,它是指在高对比度的情况下鉴别细微结构的能力,也即显示最小体积病灶或结构的能力。在评价CT图像质量的时候,经常首先考虑空间分辨力。空间分辨力与密度分辨力存在一定的制约关系。

  2.影响空间分辨力的主要因素影响空间分辨力的因素很多,主要有检测器单元的孔径、空间采样间隔(每360o的采样次数)、卷积函数形式、重建影像的象素尺寸、X射线管焦点大小、被测物体的吸收系数μ以及系统噪声等。要获得高的空间分辨力,就要合理选择控制上述因素。

  (1)空间分辨力由X射线管焦点和检测器单元的几何尺寸决定

  (2)卷积函数形式对空间分辨力的影响:多数CT可以在不改变测量几何尺寸的情况下。通过选用不同的算法来改变断面的空间分辨力。

  (3)矩阵对空间分辨力的影响:用大矩阵所重现的图像要比用小矩阵重现的图像平滑得多。如果像点大于测量系统所能分辨的物体的细节时,则像点数将会限制CT图像的分辨力。

  (4)层厚对空间分辨力的影响在X射线剂量一定的情况下,层厚越薄,空间分辨力越好,但同时层厚越薄,噪声加大,密度分辨力就会降低,不可能同时改善空间分辨力与低对比度分辨率。

  3.度量CT机的空间分辨力的方法

空间分辨率通常采用两种方法来度量和表示,一是采用成对排列、黑白相间的分辨率测试体模或由大到小排列的圆孔测试体模测试表示;二是采用调制传递函数(ModulationTransferFunction,MTF)测试表示。采用黑白线条体模测试以线对数(LP/cm)表示,而用圆孔体模测试则以毫米线径数(mm)表示。两者之间可用数学式转换,即5÷LP/cm=线径(mm)

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  4.空间分辨力的测量方法

  (1)测试工具:空间分辨力测试模块。

  (2)测试步骤:a.使空间分辨力模块轴线与扫描层面垂直并处于扫描野中心;b.采用生产厂家给出的标准头部扫描条件进行扫描,单次扫描的剂量指数不得大于50mGy。得到扫描像;c.调整窗宽和窗位等条件,使测量空间分辨力的图像达到最清晰状态,确定能分开的最小构件尺寸。其单位分别用mm、或LP/cm表示;d.改变不同的算法、层厚、矩阵再分别在原来的位置上扫描模块。

  (3)结果分析:设置最窄窗宽,逐步调高窗位,确定每幅图像目测的极限分辨力,如有必要可放大图像来识别。另一种评判结果的方法是从线对卡中端拉出一条倾斜的层灵敏度剖面线,剖面线的波峰数即等于可分辨的线对卡数。

(二)密度分辨力

  1.定义密度分辨力表示系统所能分辨的对比度差别的能力。密度分辨力通常用百分数来表示。若一个CT机的CT密度分辨力为0.3%,这就意味着如果两部分组织的密度差别≥0.3%就可以区分开。

图像密度分辨率的主要因素是CT机在扫描过程中所产生的噪声。除噪声以外,密度分辨率还受物体的大小、通道分辨率、层厚、重建卷积函数等因数影响,与常规X射浅影像设备相比,CT具有更高的密度分辨率。

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  2.噪声对密度分辨力的制约对密度分辨力的主要限制因素是噪声,因此常常用噪声的标准偏差来表示它。然而固有噪声只有在没有伪影的图像中才有可能测量。

  3.密度分辨力测试方法

  (1)测试工具:密度分辨力测试的传统方法是采用一个带有许多孔的圆柱形模型,通过模型中的孔注入不同密度的物质来改变孔与周围的对比度,因为不同的物质可以具有不同的射线衰减能力。见上图。

  (2)测试原理:低对比度物体的能见度主要受到图像噪声的幅频特性的限制。物体对比度可以简单地用图像中相邻两区域的CT平均值的差来表示。

  (3)测试步骤:a.根据厂家建议进行校准扫描;b.将检测体模放在诊视床上c.采用标准头部扫描条件扫描该模块;d.用窄的窗宽检查图像看是否存在可见的伪影;e.调整窗宽、窗位,仔细观察图像;f.在同样条件下扫描3次,求求3次测量的平均结果;g.在验收检测中,需改变不同的毫安秒(mAs)、管电压、卷积函数再分别按以上步骤测试。

  (三).噪声

  噪声是影响图像质量的重要因素。前面己经定义:噪声是均匀物质的图像中,某一确定区域内CT值偏离平均值的程度。

用平均值和标准偏差来度量。4.jpg

 噪声无处不在,常见的噪声有:量子噪声、电子元件形成的噪声、图像重建时形成的噪声等。噪声分为随机噪声和统计噪声。

  (1)随机噪声:在CT成像中X线光子数是一个随机起伏的统计量,既使用在电源非常稳定,一切技术条件都不变,表示X线强度的光子数(N)也随时间统计起伏变化。

  (2)统计噪声:统计噪声又称像素噪声,指服从统计分布的噪声。

  在CT扫描中,影响噪声的因素有:

  ①X线量:X线量由光子数量的多少决定。X线剂量越高,噪声水平越低。在CT扫描中,可根据不同部位增加或减少扫描条件。光子的数量通常还受管电压的影响,高的管电压可降低噪声,能改变密度分辨率,使图像细节显示更清楚。

  ②扫描的层厚:扫描层厚的大小可影响噪声的量和图像的空间分辨率,和密度分辨率,一般来说,大的层厚图像较细致,小的层厚则分辨率较高。

有关糸式:5.jpg如前面所述。

  ③扫描的算法:扫描的算法是供重建图像时选用,采用不同的算法可同时影响噪声和分辨率。

  (3).噪声、平均CT值、均匀度的的测试:

噪声、平均CT值、均匀度可通过计算均匀的被测设备图像感兴趣区(ROI)中CT值的平均值与标准偏差来评价。

测试设备:内含圆柱形水模。见下图

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测试步骤:把测试体模放在扫描架的中心(可放在检查床上),定位后按规定的参数进行扫描。

  将感兴趣区(ROI)选在测试图像的中心,计算该感兴趣区(ROI)内像素,平均CT值及标准偏差,在将感兴趣区(ROI)选在距被测试图像边缘1cm处的四个位置,再计算CT平均值。此感兴趣区(ROI)的位置,国标规定在相当于时钟上的3、6、9、12点钟的位置。

  感兴趣区(ROI)必须按以下标准选择:

  感兴趣区(ROI)内包含至少100个像素。

  在中心的感兴趣区(ROI不能和四边的感兴趣区ROI相重叠)。

  感兴趣区(ROI)的直径不能超过被测试图像直径的10%。

  标准:噪声应不大于0.35%。

  中心感兴趣区的平均CT值应在±3Hu以内。

  均匀度:中心感兴趣区(ROI)与四周感兴趣区(ROI)平均CT值的差

  (四)断层厚度

在CT机中断层厚度的大小是通过调节准直器的狭缝宽度来决定的。准直器孔径必须小于探测器的探测孔径。小的层厚可以改善空间分辨力,并且可以减小容积效应伪影。

  1.层厚的理想剖面线和实际剖面线图5.2.8准直器对断层灵敏度剖面线的影响

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  2.层厚的测量方法和设备通过测量铝带宽来评价层厚,宽度为半值全宽。如下图所示

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测试设备:测试设备含有一个或两个斜面,其材料的线性衰减系数不应小于铝的µ值。

  3.测试步骤:测试物的轴要与CT的旋转轴一致;测试物的位置要记录以便今后能重复此测试;定位后扫描。以后的测试要用相同的测试条件。

  4.测试评估:除了按测试方法所述测试步骤规定的条件外,还应用两组扫描参数扫描,对应于临床上使用的最大、最小的标称层厚。

  按下文对所获CT图像进行评估:调整窗宽至最窄的设置,调整窗位直至背景刚刚消失,记录背景CT值。

  以下步骤处理每个斜面:

  使用与建立背景CT值相同的方法确定每个斜面的最大CT值。

  将斜面的最大CT值与背景CT值相加,并除以2,得到斜面CT值的最大值的一半,记录此值。

  设置最窄,窗宽,调整水平至1/2最大值,测量每个铝带的宽度,得到半值全宽(即层厚)。如果含有一个以上斜面,将结果取平均值获得(FWHM)平均值。

  评价:将结果与半值全宽(FWHM)的基准值比较。标准:层厚的测量值与基线值之间的差值为:

  标准:层厚的测量值与基线值之间的差值为:

  2mm以上层厚,<±25%。2mm以下层厚,<±50%。

  说明:由于被测斜面的宽度,薄的层厚可能会使标称值宽一些。

  (五)伪影

  1.伪影定义伪影是指在实际物体被扫描时,重建后的图像中出现了在实物中不存在的成分,这种现象称为伪影。

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  2.伪影的类型、产生原因及解决方法

  (1)Housfield伪影:X射线光子是一个随机变量,因而不可避免的含有噪声。理论和实践都已证明:较小的透射量产生较大的测量误差。所以反映在图像上的高密度物质区域产生较严重的条状伪影,这种伪影称为Housfield伪影。

  消除这种伪影的方法是提高光子辐射强度,X射线管老化,辐射量下降,就会使图像质量恶化,这时应更换新的x射线管。以保证图像质量。

  (2)X射线硬化而引起的伪影:CT机中所用x射线源均不是单色源,当一定频谱宽度的X射线穿过物体时,射线衰减系数是能量的函数,即高能光子衰减小,低能光子衰减大,因此在重建后的图像上产生“帽状伪影(图5.2.10)。解决方法是采用补偿滤线器或软件算法来减少这类伪影的影响。

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  (3)部分体积效应引起的伪影:出现在同一个检测器上一半有高密度的检测数据,在另一半有低密度的检测数据,而检测器的输出信号是按一个信号来自一个检测器的方式,(图5.2.11),这样检测器的输出信号就不能准确地反映人体某一体积的真实密度,会生产称为部分体积效应的伪影。通常采用薄描层扫的办法来减少部分体积效应对图像的影响。

  (4)运动伪影在扫描过程中,被扫描物体发生位移而导致某些部分改变,使获得的投影数据不准确,其主要表现为从空气、骨或其他高对比物体延伸出来的长条纹状(图5.2.12)。解决方法是提高CT扫描速度使器官的不自主运动相对于扫描速度慢得多,而可忽略不计。另一方面要争取病人的合作。

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  (5)环状伪影第三代CT机是采用X射线管与探测器一起转动的扫描方式。而每个探测器与X射线管的相对位置是不变的,检测器灵敏度的变化和不一致性极易在CT图像中产生环状伪影。解决方法是提高探测器的稳定性和一致性。应用定标校正软件,来经常校正探测器性能变化后对图像的影响,以保证图像中没有环状伪影。

  (七)受检者剂量

  受检者剂量这一参数必须给予充分地重视。因为诊断工具对病人必须是安全的。在CT机的设计中,必须注意保证病人接受的剂量尽可能被有效地利用并在安全范围之内。因此,设计者必须在病人的剂量与改进分辨力或改进鉴别小密度差别的能力这两方面进行折中考虑。

  1.轴向剂量分布和灵敏度剖面线把剂量分布曲线和灵敏度剖面线进行比较十分重要,

  2.影响CT剂量的参数

  (1)X射线管电压(kVp):X射线管电压增加,剂量也增加。

  (2)x射线管电流:管电流增加,剂量呈正比性增加。

  (3)扫描时间:对于360度旋转,扫描时间增加,剂量呈正比增加;

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  (4)过滤:(5)扫描旋转角度:(6)射野大小:(7)病人在射野中的取向和位置:(8)源的准直:(9)层厚和层距:降低层厚通常会导致半影的相对增加,这样就会令剂量得不到充分地利用。

 3.剂量表示方法

  (1)单次扫描的剂量描述方法(图5.2.23):必须把剂量分布因子与剂量绝对值、达到的分辨率以及噪声联系起来观察。

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  1981年,Shope建议单次扫描剂量描述方法用CT剂量指数(CTDI)来表示。CTDI是长度剂量乘积除以断层厚度的商。长度剂量乘积是地区性剂量对整个剂量剖面在轴上的积分。其数学表达式为

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  CT剂量指数100computedtomographydoseindex100(CTDI1oo)沿着垂直于体层平面方向上的剂量分布除以X射线管在360o的单次旋转时产生的体层切片的数目N与标称切片厚度T的乘积从-50mm到+50mm的积分。

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  式中:Z为沿垂直于断层面上的某一点Z;

  D(z)为z点上的剂量;

  T为标称层厚;

  N为单次扫描产生断层数目

  4.受检者剂量的测量方法:一般有三种方法测量CT剂量:电离室法、热释光剂量计法和胶片剂量计法(图5.2.24)。其中笔形电离室法测量剂量是目前最好的一种方法,这种方法正逐步普及。(1)用笔形电离室测量剂量:CT剂量的测量要求。a.要保证剂量率测量有足够的灵敏度,电离室尺寸必须足够大。b.CT扫描剂量测量需要在体表和体内多处测量。c.CT受检者剂量的测量需要一个特别的剂量体模,笔形电离室以及读数仪等。图5.2.25展示了所需的设备。(2)热释光剂量计(TLD):用热释光剂量计(通常为棒或薄片)测量单次扫描CT剂量分布细节是比较好的一种方法。

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 5.剂量的测量:用辐射检测装置,在测试物中心离边缘1cm处测定CT剂量指数(CTDI)来确定剂量。

  测试设备:测试剂量的体模为16cm直径(用于头部)和32cm直径(用于体部)的有机玻璃圆柱体,该测试体模的厚度要大于所用辐射检测装置中电离室的长度。

  测试体模内有足够大的孔,以便放入辐射检测装置的电离室。这些孔要平行于测试物的对称轴,共有5个孔,中心一个孔,其他四个孔离测试体模表面1cm,相互间隔为90o。在测量中不用的孔要紧紧地插入与测试体模相同的材料插件。

  辐射检测装置电离室的长度至少为10cm,其直径应与测试体模中的孔相一致。

  测试步骤:在扫描区中心土5mm处,放置测试体模(头部或体部),其中有一个孔要在时钟12点钟的位置,测试体模的长轴与扫描中心线,无论在水平(冠状面)或垂直面(矢状面)误差均要在±2mm以内,另外扫描面需在测试体模中心。

  评价:记录各部位CT剂量指数(CTDI)值。

  标准:CT剂量指数(CTDI)值的变化应小于基线值的±20%。测试周期:每半年一次,重大维修后也要测量CT剂量指数(CTDI)。


注:本文为“影像之家”原创,如转载请标记来源。


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评论 1

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  1. #1

    谢谢分享,值得学习

    ddyysbk9个月前 (11-21)