基于水本底材料的C T性能测试体模的研制

杨 冬，孙志辉，徐 桓，李咏雪，赵庆军

0 引言

CT（computed tomography）是通过X线束环绕人体某一层面进行扫描，测得该层面中各点吸收X线的数据，然后利用电子计算机的高速运算能力及图像重建原理，获得该层面的横断面或冠状面的图像。近年来，由于CT设备和技术的不断成熟，CT已逐步成为医院的常规检查装置。在全国范围内，CT机装备的数量日益增加，其质量却良莠不齐，其原因多种多样，其中重要的一点就是机器安装、投入使用后没有经过严格的验收检测，甚至有的仅仅根据肉眼观察图像过得去就进行验收。因此，机器安装以后的科学、严格的检测是必不可少的。

国家及行业相关标准[1-2]确定的CT的检测项目主要有定位光精度、CT剂量指数、水的CT值、噪声、水模均匀性、空间分辨率、层厚、低对比度分辨率、CT值线性、检查床的移动精度等。目前，市面常见的CT成像性能测试体模均为进口体模，一般以模仿水的固态材料为基体材料，在图像性能检测以外，还需单独配置以水为本底材料的水模[3]，对CT设备水的CT值进行定标测试。本研究通过对CT值的线性、层厚、定位光精度及均匀性等检测项目特点、特性进行深入研究和试验，设计以纯净水为体模填充本底介质，研制一种具有多种测试功能、结构紧凑、携带方便的CT成像性能测试体模。

1 方案设计

此次研究的CT性能测试体模的设计包括CT值线性[4-5]、扫描层厚、定位光精度、均匀性及水定标检测等功能模块。CT性能测试体模的整体结构如图1所示，外形为直径15 cm、高9 cm的圆桶状，其主体材料为透明有机玻璃，内部中空，分上下2层，2层之间有开口隔板间隔，顶端设计了螺纹密封顶盖，可通过顶盖向体模内部灌注纯净水。

图1 CT性能测试体模整体结构

1.1 层厚和定位光精度检测功能模块

层厚和定位光精度检测功能模块设计[6-7]在体模下半部中心位置，采取在有机玻璃薄板上开槽衔夹金属片的结构设计，使体模即使在剧烈的运动中，金属片也不会发生松动，和底板一体成型的定位凹槽确保了薄板的安装精度，提高了测量的准确性（如图2所示）。

图2 层厚和定位光精度检测功能模块组配图

为提高扫描层厚的识别分辨率，设计薄板与衔夹金属斜槽所成三角形的长高比为2∶1，则层厚的实际测量值为扫描图像的1/2。在层厚测量时，对该模块斜槽中间的部位进行扫描。对层厚测量模块的扫描图像进行窗宽和窗位调节，直至只显示夹持金属片的图像，测量上下左右4个位置图像的长度，其平均值为CT扫描层厚的2倍。其原理如图3所示。

图3 层厚检测原理示意图

定位光精度的测量同样是对该模块斜槽中间的部位进行扫描，调节扫描图像的窗宽、窗位至只显示夹持金属片图像，测量上下左右4个位置图像的中心位置与体模上下和左右2个中心线的距离，其平均值为定位光扫描偏差的2倍。其原理如图4所示。

1.2 CT值线性检测功能模块

CT值线性检测功能模块设计在体模下半部周边位置，在检测模块上下左右4个对称位置设计了4个贯穿圆柱，分别为聚四氟乙烯、有机玻璃、超分子聚乙烯、空气4种圆柱材料，与周边的纯净水介质共同构成CT值线性检测功能模块，参照CT值分别为 1 000、100、-100、-1 000、0 HU。

图4 定位光精度检测原理示意图

检测时，对体模下半部中间的部位进行断层扫描（如图5所示），在所扫描的图像中对图像周边4个贯穿圆柱材料和周边的水介质分别选取一个约100 mm2的区域，记下CT值，与标准线性曲线比较，确定被检设备的CT值线性度。

图5 CT值线性扫描区域示意图

1.3 均匀性和水定标检测功能模块

体模上层设计成圆柱形空腔，作为CT均匀性和噪声检测模块。检测时，对体模上层中间的部位进行扫描，在所扫描的图像中选5个测量区，分别在图像的中心和上下左右距图像边缘10 mm处取面积约100 mm2的区域，测量其CT值及标准偏差，以中心感兴趣区域的平均CT值与边缘各点的平均CT值之间的差别来表述均匀性。均匀性扫描区域如图6所示。

图6 CT值均匀性扫描区域示意图

2 对比实验及分析

选取GE的bright speed、飞利浦的iCT等型号的设备共6台开展检测试验，对照检测设备采用美国Catphan 500 CT性能检测体模。被检CT机的测试条件为：管电压120 kV，管电流250 mA，层厚5 mm，分别对性能测试体模的均匀性、CT值线性、层厚和定位光检测模块进行断层扫描。检测结果如图7、图8所示。

图7 层厚、定位光精度、CT值线性的CT扫描对比图

图8 均匀性CT扫描对比图

从实际的对比检测结果得出，设计研制的CT性能测试体模的层厚和定位光检测与Catphan 500的检测结果基本一致，检测精度达到±5%；CT值线性的检测在检测条件相同时，检测结果的稳定性较好，达到聚四氟乙烯（1 000±30）HU、超分子聚乙烯（-100±10）HU、有机玻璃（100±10）HU、空气（-1 000±20）HU、水（0±3） HU；图像均匀性的检测由于采用纯净水作为测量介质，明显优于Catphan 500采用的固体水材料，均匀性检测得出的断层扫描图像100 mm2标准差小于5 HU，而Catphan 500得出的图像100 mm2标准差在20 HU左右，基于水本底材料的CT性能测试体模的均匀性检测性能较优。

3 结语

基于水本底材料的CT性能测试体模将定位光精度、层厚、CT值线性、场均匀性、噪声模块进行集成，并将原本场的均匀性、噪声模块的“固体水”材料换成灌装的纯净水，这样在运输、存放时就可以减小质量，携带方便。更重要的是，在测量噪声、均匀性的同时，还能测量纯水的CT值，这比测量原本与水密度近似的固体材料得到的值更加准确，实现了同一模块的多种功能，且无需另外配置水模；定位光精度和扫描层厚检测模块采用有机玻璃薄板衔夹金属片，与底板的定位凹槽配合，使得体模即使在剧烈运动中，金属片也不会发生松动，提高了测量的精度。

随着医学计量工作的不断深入，越来越多的医、技、护人员已经认识到，医疗设备的质量安全不仅仅是依靠采购验收检测和年度周期检测就能保证的，还需要开展日常质量控制检测，而进口的检测体模不但体积大、不易携带，而且成本也十分昂贵。实验证明，这款基于水本底材料的CT性能测试体模的技术参数满足总后卫生部发布的《医用诊断X射线计算断层摄影装置（CT）临床应用质量检测技术规范》和国际有关标准的要求，可以成为医院开展日常质量控制检测工作的有利工具，为确保医疗设备的准确可靠、安全有效发挥重要作用。

[1]JJG 961—2001 医用诊断计算机断层摄影装置（CT）X射线辐射源检定规程[S].

[2]JJG 1026—2007 医用诊断螺旋计算机断层摄影装置（CT）X射线辐射源检定规程[S].

[3]安瑞金，黄岗.CT图像质量和辐射剂量的影响因素研究[J].生物医学工程与临床，2009，13（2）：92-95.

[4]张帅，刘延武，王卫东.CT的CT值属性检测及质量分析方法[J].中国医疗设备，2008，23（5）：5-7.

[5]胡利丰，应正巨，刘蛟.CT值线性的检测与分析[J].中国辐射卫生，2009，18（3）：289-291.

[6]王忠杰.CT机定位光标对实际位置的检测与评价[J].上海医学影像，2009，18（2）：175.

[7]王忠杰.测试CT机定位光简易模体的制作[J].中国计量，2010（7）：85-86.