不同CT性能模体低对比分辨力检测结果探讨

尤 良

1 目的

根据1999年6月实施的中华人民共和国国家标准GB/T17589-1998《X射线计算机断层摄影装置影像质量保证检测规范》(以下简称《规范》)规定，可通过在特定条件下对低对比度性能模体扫描、并对获得的影像来评价CT装置的低对比度物质分辨能力。

由于低对比度分辨力是影响CT图像质量的重要参数之一，在实际检测中发现使用常用的两种低对比度分辨力模体在同一台CT装置上以相同扫描条件测试获得的低对比度分辨力有差别。所以通过对两种低对比度分辨力模体的比对测试、结果分析，找出产生低对比度分辨力差别的原因，避免今后在实际测量中出现误差。

2 方法

2.1 性能体模

常用的CT低对比度分辨能力检测性能模体是美国体模实验室或德国IBA Dosimetry制造的Catphan 500性能测试模体和美国原子能协会制造的Victoreen76-421性能测试模体。

2.1.1 Catphan 500低对比度分辨力测试模体组件(CTP515)（见图1）结构

图1圆形模块直径15 cm、厚4 cm，内外两组低密度孔径(呈放射状分布)。内圈孔阵分为三组，每组对比度分别为0.3%、0.5%、1.0%，每组四个孔，直径分别是3 mm、5 mm、7 mm、9 mm，孔深分别为3 mm、5 mm、7 mm。外圈孔阵分为三组，每组对比度分别为0.3%、0.5%、1.0%；每组九个孔，直径分别是2 mm、3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、7 mm、8 mm、9 mm、15 mm，孔深均为40 mm。

图1 Catphan 500低对比度模体组件

2.1.2 Victoreen76-421低对比度分辨力测试模体组件（见图2）结构

图2圆形模块直径14.6 cm，厚2.5 cm，圆模上分布11组孔，每组孔由4～5个相同孔组成，每组孔相邻孔中心距离分别为2.5 mm、3.0 mm、3.5 mm、4.0 mm、4.5 mm、5.0 mm、5.5 mm、6.0 mm、6.5 mm、7.0 mm、7.5 mm；圆形模块两侧由透明有机玻璃板夹住，孔内充满蒸馏水；在120 kV扫描条件下对比度为0.3%。

图2 Victoreen76-421低对比度模体组件

2.2 检测方法

2.2.1 Catphan 500低对比度分辨力测试模体组件测试

(1)用CT机头部扫描条件（CTDI100中心剂量指数≤40 mGy）对放置在水等效组织中的该组件进行10 mm层厚断层扫描，圆形模块影像应置扫描视野中心位置，并使模体组件轴线与扫描层面垂直，所扫描区域周围不应有影响射线束的其它物质存在。

(2)在扫描后的影像上对孔内水等效组织和孔附近的模体组件分别用约100 mm2感兴趣区域（ROI）测出孔内水的CT值（CTw）、模体组件的CT值（CTm）和两者最大的标准差(SDmax)(见图3)。根据测得的CTw、CTm、SDmax数值，按公式WL=(CTw＋CTm)÷2和WW=(CTm－CTw)＋5SDmax计算得到的窗宽(WW)和窗位(WL)调节Catphan 500低对比度分辨力测试模体组件影像，记录外圈三组对比值孔中与CTm和CTw绝对差值最接近的一组孔里可分辨的最小孔径KD值。

图3 Catphan 500低对比度测试影像图

2.2.2 Victoreen76-421低对比度分辨力测试模体组件测试

⑴用CT机头部扫描条件（CTDI100中心剂量指数≤40 mGy）对放置在水等效组织中的该组件进行10 mm层厚断层扫描，圆形模块影像应置扫描视野中心位置，并使模体组件轴线与扫描层面垂直，所扫描区域周围不应有影响射线束的其它物质存在。

⑵在扫描后的影像上对棱形孔内水等效组织和棱形孔附近的模体组件分别用约100 m2感兴趣区域(ROI)测出孔内水CT值(CTw)、模体组件的CT值(CTm)和两者最大的标准差(SDmax)(见图4)。根据测得的CTw、CTm、SDmax数值，按公式WL=(CTw＋CTm)÷2和WW=(CTm－CTw)＋5SDmax计算得到的窗宽(WW)和窗位(WL)调节Victoreen76-421低对比度分辨力测试模体组件影像，记录该模体组件影像中11组孔里可完全分辨该组5个孔时的最小一组孔径KD值。

图4 Victoreen76-421低对比测试影像图

2.3 计算

由于在国家标准GB/T17589-1998《X射线计算机断层摄影装置影像质量保证检测规范》中规定，在对比度为0.6%时使用状态下的低对比度分辨力至少应达到5.6 mm，但每台设备每次测量的实际对比度不一定是0.6%，因此都必须进行换算（见表1、见表2、见表3）。

2.3.1 孔位与孔经对应关系

表1 Catphan 500孔位与孔经对应关系

表2 Victoreen76-421孔位与孔经对应关系

2.3.2 标准要求

表3 国家标准要求表

2.3.3 换算公式

标准条件下实际分辨力=[K D×(C T m－CTw)÷10]÷0.6

式中KD=实际测试孔经（mm）；CTm=孔外模体CT值；CTw=孔内水CT值

3 结果

3.1 在相同扫描条件下对8台CT装置分别使用Catphan 500（以下用C表示）和Victoreen76-421（以下用V表示）进行低对比度分辨力模体测试，其结果分为用C实测的孔径mm（表中以Cmm表示）和换算到0.6%对比度下的低对比度分辨力（表中以CHmm表示）、用V实测的孔径mm（表中以Vmm表示）和换算到0.6%对比度下的低对比度分辨力（表中以VHmm表示），以及用CH/VH差值表示在标准规定约0.6%对比度下用C和V实测换算后的低对比度分辨力差值(见表4)。

3.2 对上表中数据分析后可提出以下问题

为什么用C模体测试评价低对比度分辨力可达到国家验收标准，而用V模体测试评价低对比度分辨力却不能符合国家验收标准？为什么两种模体实测结果会有偏差？为什么V模体的实测对比度超过了1%？

4 结论

⑴C模体组件观察低对比度最小可分辨孔时的认定范围较V模体组件宽。C模体组件观察低对比度最小可分辨孔是以能见到该孔径的孔影像为准，无论是一小点或是一个完整的圆斑，认定点是个范围，较难统一和规范；而V模体组件观察低对比度最小可分辨孔是以能同时见到该组全部孔影像为准，观察认定方式较容易统一和规范。所以两种模体实测结果会有一些偏差，理论上讲用V模体组件观察低对比度最小可分辨孔的精度要高些。

⑵从V模体组件结构可以看出，最小孔径为2.5 mm，在实际测试中CT装置可分辨的低对比度最小孔径均已达到模体上最小孔径极限；换句话说，CT装置的实际低对比度最低分辨力可能是2.0 mm或更小孔经的孔，但限于V模体组件上没有更小孔径的测量孔，而且只有一种对比度孔，从而导致低对比度分辨力不能满足实际验收测试的需求。而在C模体组件上低对比度最小孔径为2.0 mm，满足了实际测量的需求。

⑶从C模体组件结构可以看出，它不仅具有2.0 mm的低对比度分辨力孔，而且还具有三种对比度的测试孔，大大增加了低对比度分辨能力评价范围。例如当在1%对比度时可分辨已达到或接近最小的孔经，则可改为在5%对比度的孔经上观察，甚至可改为在3%的对比度的孔经上观察，这样实际是加大了对低对比度测试的适应范围。

⑷该V模体的实测对比度超过了1%的状况是否属特殊性或有其它因素影响还在分析研究中，但可明确认为低对比度分辨力测试应选择C模体组件Catphan 500为宜。

表4 实测和换算到0.6%对比度下的低对比度分辨力情况统计和结果比较

[1]中华人民共和国国家标准.GB/T17589-1998,X射线计算机断层摄影装置(CT)影像质量保证检测规范[S].北京：中华人民共和国卫生部,1998.

[2]中华人民共和国国家计量检定规程.JJG 1026-2007,医用诊断螺旋计算机断层摄影装置(CT)X射线辐射源[S].北京:国家质量监督检验检疫总局,2007.

[3]Chao EH, Toth TL, Bromberg NB, et al. A statistical method of defining low contrast detectability[J].Radiology,2000,217:162.

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[5]聂聪.多层CT探测器的发展[J].中国医学装备,2008,5(7):68-71.

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