西门子CT模拟机CT值线性的稳定性分析

任军，时飞跃，柏正璐

南京医科大学附属南京医院（南京市第一医院） a.医学影像科；b.肿瘤放疗中心；c.医疗设备处，江苏 南京 210006

引言

大孔径放疗CT模拟机在放疗领域得到了越来越广泛的应用。为了保证CT图像质量以及定位的精确性，放疗CT模拟机必须由物理师对其作定期的质量保证和质量控制检验[1]。Catphan模体由于其使用方便，一次定位后可连续多层扫描等优点，常被用于CT设备的质控检测中[2]。物质CT值和CT值线性的测量，是CT设备质量控制和质量保证的重要内容。理想的CT系统，物质的CT值与其对应的线性衰减系数μ应呈线性关系[3]。CT值线性作为质量保证的重要参数，可反映设备的性能，CT值线性不好会直接导致图像出现伪影，严重时影响诊断，对于大孔径放疗CT模拟机，将影响患者肿瘤靶区勾画和放疗剂量计算[4]。因此，为综合评价CT值的准确性，保证CT设备的成像质量，有必要对CT值线性进行检测。本研究工作，通过使用Catphan504模体对2014～2015年两年中每月检测的所有CT值线性数据进行整理分析，使用两种方式对CT值线性进行评估，评价该西门子CT模拟机CT值线性的稳定性。

1 材料与方法

1.1 实验材料

西门子Sensation Open CT模拟机，机架孔径为82 cm。Catphan504性能模体，模体为圆柱体，内部直径15 cm，外部直径20 cm，长约25 cm[5]。内嵌模块CTP404厚约4 cm，在水平和垂直方向嵌有两条斜线和8个圆柱形插件[6]。该模块含有7种直径1.25 cm的不同物质小圆柱体样品，选取其中四种物质进行分析，分别为空气（Air，模仿人体气腔），低度聚乙烯（LDPE），丙烯酸（Acrylic，模仿人体软组织）和聚四氟乙烯（Te flon，模仿人体骨骼）。对于临床上常使用的120 kV CT球管峰值电压，对应的等效单能光子能量为66 keV，上述4种物质的线性衰减系数（66 keV）分别为0、0.177、0.219和0.374 cm-1，对应的标称CT值分别为-1000、-100、120和990 HU。

1.2 检测方法

每月使用Catphan504模体对Sensation Open CT模拟机进行质控检测。把Catphan504模体悬挂在配套木箱上，将木箱放置在CT扫描床上，使模体部分悬空。采用头部常规序列（HeadSeq）协议扫描，参数为：管电压120 kV，层厚10 mm，视野（FOV）220 mm。使用DoseLab质控分析软件对2014年1月至2015年12月的24张CTP404模块的CT图像进行分析，分别获取CTP404模块中4种物质感兴趣区域（ROI）的平均CT值，通过计算分析CT值线性的变化。

2 结果

2.1 4种物质的CT值

Catphan504的CTP404模块中4种物质在2014年1月至2015年12月的24次CT月检结果中的CT值列出如下。Air、LDPE、Acrylic和Te flon四种物质的CT值（平均值±标准差）分别为（-1010.89±0.54）、（-94.25±0.82）、（123.50±0.75）和（944.54±1.83）HU。两年的24次检测中4种物质的CT值比较稳定。

2.2 对比度标度

对比度标度为CT值变化一个单位时所对应的X射线衰减系数的变化值[7-8]。Catphan504使用手册给出的计算公式为：CS=(μ1-μ2)/(CT1-CT2)。以4种已知物质的标准线衰减系数为横坐标，测量所对应的CT值为纵坐标，分别标明在坐标上得到4个点，得到线性拟合直线Y1=K1X+B1。根据定义，拟合得到的直线斜率的倒数即为CT的对比度标度[9]。2014～2015年采用HeadSeq扫描协议得到的24次月检结果中CT对比度标度结果，见图1。其中平均值、最大值、最小值分别为1.913×10-4，1.917×10-4和1.909×10-4cm-1·HU-1。

2.3 检测CT值和标称CT值的线性及相关系数R

以标称CT值为横坐标，检测CT值为纵坐标，画图并使用公式Y2=K2X+B2拟合。其中，线性拟合数据中的直线斜率K2和相关系数R同为CT值线性的评价指标。斜率K2与相关系数R在24个月中的变化（图2～3）。斜率K2的平均值、最大值和最小值数据分别为0.9830，0.9852和0.9812，相关系数R均＞0.999。

图1 CT对比度标度在24个月中的变化

图2 测量CT值与标称CT值的斜率在24个月中的变化

图3 测量CT值与标称CT值的相关系数R在24个月中的变化

3 讨论

物质的CT值与其X射线线性衰减系数之间具有线性关系，是CT设备正确成像的物理基础[10]。在日常工作中，需要通过对CT值线性的分析来评估CT值的变化。描述CT值线性有两种方式，一是由对比度标度来描述CT值线性；另一种是对4种物质CT值的测量值和其标准值进行线性拟合，以拟合的直线方程斜率及相关系数来评价CT值线性[10-11]。

由结果2.2节可知，2014年1月至2015年12月该CT模拟机CT对比度标度的最大值和最小值分别为1.917×10-4和1.909×10-4cm-1·HU-1。按照我国军队CT应用质量检测与评审规范，对比度标度范围为（1.9±0.1）×10-4cm-1·HU-1[12]。依照此标准，该CT模拟机24次月检结果的CT对比度标度均符合要求。

由结果2.3节可知，检测CT值和标称CT值的斜率的最大值和最小值分别为0.9852和0.9812，相关系数R的最小值为0.99970。参照美国辐射防护和测量委员会（NCRP）和美国医学物理师协会（AAPM）推荐的评价标准：K=l±0.05，相关系数R≥0.99[13]。依照此标准，该CT模拟机24次月检结果中检测CT值和标称CT值的斜率和相关系数R均符合要求。

本文分别采用两种不同的方法作为CT值线性的评价指标，得出的结论相同，表明该CT 模拟机两年中CT值线性的稳定性很好。我国2011年发布的GB17589-2011《X射线计算机断层摄影装置质量保证检测规范》中，相比1998年规范新增了CT值线性的检测内容，规定CT值线性在验收检测时要求各物质标称CT值与测量CT值的最大偏差＜50 HU，状态检测时＜60 HU，稳定性检测暂未给出评价标准。根据结果2.1节的数据，24次CT月检结果中的4种物质标称CT值与检测CT值的偏差均＜50 HU，符合验收检测和状态检测的标准。

CT值线性受很多因素影响，不同的设备，或是同一设备在不同的检测条件下，CT值的线性都会有所不同[14]。本研究使用的Catphan模体是广泛用于检测CT设备各项参数（包括CT值线性）的模体，采用的扫描协议是标准头部扫描条件的HeadSeq扫描协议。HeadSeq扫描协议对应的最大FOV为300 mm，本研究中采用接近模体圆柱直径（200 mm）的220 mm视野（FOV），对应的矩阵像素大小为0.4297 mm×0.4297 mm。放疗患者CT模拟定位通常采用较大的FOV，例如500 mm，对应的像素大小为0.9766 mm×0.9766 mm。图像矩阵一定的情况下，较大的FOV对应较大的像素。ROI面积相同的情况下，较大FOV情形ROI包含的像素个数较少，这对ROI区域的平均CT值有轻微的影响。使用放疗胸部、放疗乳腺和放疗腹部3种扫描协议，我们对Catphan模体中7种物质在FOV为220 mm和500 mm两种情形的CT值进行了比较，CT值差异较小，最大相差仅约3 HU。X射线球管电压决定了发射X射线的硬度，即X射线光子的能量。对同一种物质，其对X射线的衰减系数与X射线的能量相关，因此物质的CT值随管电压而变化。郑庆增等[15]的研究结果表明，不同管电压对低密度组织等效插件的CT值影响较小，对较高密度的组织等效插件的CT值影响较大。张连宇等[14]的研究结果表明，对Air、LDPE及Acrylic三种物质，CT值随着管电压的升高增加，而对Te flon，CT值随管电压的增加而降低。

由数据结果和上述讨论可见，该西门子Sensation Open CT模拟机CT值的线性，在两年时间里非常稳定，符合临床使用的要求。CT值线性用于不均匀性组织密度的确定，是保证图像质量的重要参数，工作人员应当定期检测CT设备的CT值线性，从而更好地服务广大患者[16]。

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