CT圖像的質量控制與設備維護保養

李廣義 郭執章 程起元 孫欣 山東大學附屬省立醫院醫學工程部 （濟南 250021）

CT圖像的質量控制與設備維護保養

李廣義 郭執章 程起元 孫欣 山東大學附屬省立醫院醫學工程部 （濟南 250021）

計算機斷層掃描（computed tomography，CT）技術已廣泛應用于臨床，其圖像質量的好壞直接影響疾病的診斷。本文闡明了CT質量控制工作的重要性，并討論了CT的掃描劑量指數、空間分辨率、密度分辨率、噪聲水平、CT值以及偽影對圖像質量的影響。同時，為了保證得到良好的圖像質量，我們對CT應當開展的質量控制和設備維護保養項目進行了詳細探究。

計算機斷層掃描 圖像質量 質量控制 維護保養

1.引言

計算機斷層掃描（computed tomography，CT）系統發明于1972年，提高了臨床診斷和治療的效果，從而在臨床上得到廣泛應用。與之伴生的質量問題（如額外的醫療輻射，圖像質量欠佳而導致的誤診、漏診等）也日益受到業界的重視。CT設備質量控制（Quality Control，QC）就是保證設備在臨床應用中的高效和安全。

CT設備應用質量參數主要包括劑量指數、圖像性能參數和機械性能參數。CT劑量指數（CT Dose Index，CTDI）直接影響圖像質量；圖像性能參數包括空間分辨率、密度分辨率、噪聲水平、層厚、CT值線性、場均勻性等；機械性能參數如檢查床運動精度、激光定位光精度、機架滑環的旋轉運動和傳感等，這些決定圖像的定位精度。

2.CT圖像性能參數分析

CT圖像是以不同的灰度來表示，反映器官和組織對X線的吸收程度。CT掃描的影像質量的評判受操作人員的視覺、經驗和掃描參數的選擇等主觀因素影響。CT成像質量的好壞并無嚴格的評價準則，不過可以通過解剖結構顯示的清晰程度、CT值測量的準確性、圖像有無偽影和圖像的觀感四個方面進行評價[1]。

2.1 CT劑量對圖像質量的影響

掃描劑量越大，CT獲取的信息越多，圖像質量就越高，但輻射水平也越高。根據正當化的原則，在保證影像質量的前提下，減少受檢者劑量。而一味追求低劑量，使用過低的掃描條件會影響空間分辨力及低對比度分辨力等性能指標。從劑量指數分布與臨床實際影像評測分析，劑量指數應保持在20～50mGy[2]，定期對CTDI進行檢測。

在管電壓一定的情況下，劑量指數由毫安秒（mAs）決定。另外還與照射野尺寸、過濾等因素有關。其它條件不變的情況下，減小層厚，劑量指數相應升高而空間分辨率增大；加大層厚，劑量指數相應降低而空間分辨率減小[3]。

2.2 空間分辨率和密度分辨率

空間分辨率指在物體與背景衰減程度上的差異與噪聲相比足夠大的情況下（一般超過100H對比度差別），分辨空間相鄰結構的能力。

CT機固有分辨率取決于探測器孔隙的寬度、X線管焦點的尺寸、被檢者與探測器的相對位置等。傳統的空間分辨力檢測方法是采用一個帶有不同孔徑的測試體模，還常用系統的調制傳遞函數（modulation transfer function，MTF）來描述[4～5]。CT成像系統的MTF曲線不依賴于X線量，取決于系統的幾何特性——X線焦點及檢測器元件的尺寸、重建濾波及像素尺寸。如果系統的幾何特性及像素尺寸不變，MTF只依賴于重建算法。

密度分辨率表示可以分辨最小密度差的程度。與信噪比有關，CT的球管輸出參數（kV，mA等）和噪聲是影響圖像密度分辨率的重要因素。觀察密度分辨率常采用對比度—細節曲線[4]，它能描繪出對比度與細節大小之間能鑒別的極限。與切層厚薄有關，增加層厚有助于提高密度分辨率，但體素的增加產生部分容積效應損失圖像空間分辨率。重建算法也可影響密度分辨率，將高分辨率重建算法改為軟組平滑的算法，減少了噪聲會使圖像密度分辨率提高。尤其是對比度很高時，重建算法的影響會突出。

2.3 噪聲水平和部分容積效應

噪聲是指均勻物質的影像中CT值在其均值上下的隨機漲落，一般用充有均勻物質的模型成像中某特定區域CT值的標準偏差來表征。噪聲的大小與圖像質量呈負相關。噪聲的來源較多，探測器的種類與質量、電子線路元件、X線散射、機械性能等都是噪聲的來源。其它噪聲源如重建算法的圓整誤差、電子噪聲、顯示系統噪聲等。CT噪聲主要受斷層厚度、像素尺寸和照射量等因素影響。一般低劑量會引起傳感器的欠釆樣并造成過量的噪聲，從而降低了信噪比，致使圖像退化，進而影響低劑量的實際應用[6]。像素增加可提高空間分辨率同時降低噪聲。

部分容積效應：我們所說的CT值實質上是三位像素（體素）的平均值，對于非均質的體素來說，顯示的組織CT值作為平均值，不能完全反映組織的真實細微結構，這種現象稱為部分容積效應。測量高密度中的低密度灶，CT值因有骨的影響，必然偏高。相反，測量低密度組織中的高密度灶，CT值必然因肺的影響而偏低。為了克服部分容積效應的影響，可以實施薄層CT掃描。

2.4 偽影

掃描物體并不存在，而出現于CT圖像上的各種假性圖像稱為偽影。CT中常見的有條紋狀、環狀、帶狀、圖像模糊等偽影。病人的移動或生理運動（腸蠕動、心跳）所致偽影，稱之為運動偽影，通常呈現模糊的圖像[7]；病人體內金屬異物（義齒、銀夾等）可導致高對比偽影；人體內高密度組織與低密度組織（典型如骨與空氣，骨與軟組織）相鄰，在重建過程中可能出現射線硬化偽影（圖1）。如果設備的旋轉中心與重建矩陣的中心不匹配，會出現細實條紋線。如果X線束照射未能對齊探測器的中心，可能出現環狀或帶狀偽影。探測器電子元件的增益或補償的漂移或者多個探測器單元輸出改變往往導致環狀偽影（圖2.a）的出現。比較少見的如條紋偽影（圖2.b）呈現條紋延長交匯至一點，可以肯定由于一個方向的視角缺失引起。擺動偽影（圖3）往往與旋轉機械部件有關，通過調整旋轉帶的松緊往往能去除該偽影。

圖1. 重建造成偽影示例

圖2. 環狀偽影（a）與Fan Streak偽影（b）示例

圖3. 擺動偽影示例

2.5 其它性能參數

影響CT圖像質量的性能參數包括CT值及其均勻性，重建矩陣，床移精度，層厚，時間分辨率等。CT值指特定感興趣區內所有像素CT值的均值，均勻度表示在均勻物體掃描成像中任何區域所測得的CT值的一致性。由于X線管老化及計算機功能的影響，各不同密度物質原始CT值將會改變，定期進行空氣、水的CT值校正，才能使圖像質量得以保證。重建矩陣越大則在同樣的掃描野（field of view，FOV）情況下，像素越小清晰度越高，其關系為：像素大小=FOV/矩陣。但并不是矩陣越大圖像質量就越好，矩陣增大像素減小，所得的光子數減少，使像素噪聲增加，并使密度分辨率降低[8]。檢查床作用是準確地把病人送入預定或適當的位置上，床的移動要平滑，移動的精度要求很高，絕對誤差不允許超過±0.5 mm，一些高檔CT機可達到±0.25 mm。

一般認為層厚越薄空間分辨率越高，密度分辨率越低。改變層厚對于空間分辨率和密度分辨率的影響是矛盾的。如增加層厚，在掃描條件不變的情況下，X線的光通量增加，探測器接受到的光子數增加，改善了密度分辨率。CT的時間分辨率（Temporal Resolution）是指CT設備采集到可以重建出一層完整圖像數據所需的時間，準確說是“單扇區時間分辨率”。該參數對于冠脈成像非常關鍵。CT的時間分辨率越高，心臟掃描的檢查條件就能越寬，甚至可以實現呼吸狀態下的心臟冠脈成像。

3.CT的質量控制

CT質量控制是指對CT機的一些硬件如高壓發生器、球管、檢查床和掃描機架，數據收集系統（Data Acquisition System，DAS）和操作臺等系統等進行檢測。CT質量控制的依據主要是《X射線計算機斷層攝影裝置質量保證檢測規范（GB17589-2011）》，該規范建議進行十一項性能檢測，亦可參照Sasa等[9]的CT質量保證方法。

CT質量控制應貫穿設備安裝、驗收、維護保養直至報廢的整個過程。圖像質量優良的設備某些參數也許并不理想，這說明設備隱含的問題并不是都能通過對圖像質量的主觀判斷發現的，必須加強科學管理，重視周期性的狀態檢測。部分廠家的CT提供了質量保證的運用程序和相應的檢測體模，但多數都存在檢測校正項目不全等缺陷。醫院應要求廠家能提供更大的透明度，更系統全面地培訓醫院本身的設備工程師，使醫院工程師能對CT進行調整。

4.CT的維護保養與校準

目前，廠家工程師對設備的維護保養工作也 存在執行不徹底的情況，未能嚴格按照設備廠商的維護保養規程進行。某些工程師忽視對DAS系統的通道檢測，以及準直器開檔運動測試等項目。如果某個或某幾個通道板故障，對CT的圖像質量肯定存在影響。CT準直器如果開檔不精確，可能導致輻射劑量偏大，直接危害病人健康。

4.1 掃描機架、檢查床等機械部件的維護和保養

日常定期檢查運動聲響、運動聲音是否正常是否平滑、正負傾斜運動時是否均衡等。對運動部位按照設備維護手冊加注潤滑油，防止磨損；檢查機械部位各個緊固件，螺絲、螺母、銷釘等有松動或脫落現象，應及時加以緊固。維護過程中多見檢查床側板經常被撞擊變形導致床不能正常升降，要做好防撞措施。

4.2 CT球管和DAS系統的維護

定期根據運行參數情況校準管球的各項參數，主要包括管電流、管電壓、曝光時間以及過載保護裝置的校正和檢修并記錄。冷卻的球管必須經過預熱才能進行掃描；定期查看管球的油循環是否正常，清潔散熱片上的灰塵。關注球管陽極過流情況，一般不要超過30%。對于雙源CT來說，由于兩套球管及探測器的存在，球管及機架內熱量的及時散發尤為重要，如配備高制冷效率的水冷系統，也需要定期清潔保養以增加設備性能穩定性。定期進行空氣校準和水模校準，以保證圖像質量。查看DAS系統的監測溫度，一般應維持在36～38?C。檢查DAS冷卻風扇是否正常，如有噪聲或震動應更換。

4.3 滑環的清潔和維護

螺旋CT的滑環擔負著掃描架旋轉部分 （X線發生器） 的電源引入，多種信號 （ 如X線控制信號） 和數據傳輸任務?；h不良可導致多種故障發生，是螺旋CT最常見的故障之一。應定期進行滑環清潔，保養電刷時，用酒精紗布小心清潔刷頭，應注意觀察滑環有無燒傷痕跡，如有應及時清理，保養完成后在滑環上加電刷油。

4.4 其它部位的保養

激光發射頭保養：激光發射頭故障易導致間歇性掃描失敗。激光傳輸灰塵嚴重時會影響數據傳輸，激光頭過臟會導致在系統掃描時采集的數據信號質量不好[10]。針對激光發射頭定期的保養能夠有效避免這種故障的發生。自我診斷系統：CT廠商一般均提供Service服務工具，工程師應定期閱讀錯誤報告（Error Log），可以掌握設備的運行狀態，根據錯誤提示和出現頻率，有針對性的對設備進行維護。此外，設備故障時對于有診斷軟件的部件可以運行診斷，幫助鎖定故障點。

4.5 定期校準

每次開機運行球管預熱、探測通道校準及空氣校準等。定期執行體模校準。設備定期或更換相關部件后進行整機質量控制校準以提高整機性能。校準項目如機架平衡校準、床校準、焦點校準、焦點高壓校準、燈絲調整、球管真空訓練、焦點準直校準、高壓發生器校準及定位激光系統校準等，保持CT良好的運行狀態。

5.總結

CT設備定期的質量控制和維護對圖像質量的影響是關鍵性的，這需要廠家工程師、醫學工程師和操作技術人員共同合作。在圖像的質控過程中，我們應該熟練質量控制的方法和步驟，注意相關參數的調節；在設備的維護過程中，做到對關鍵部件定期保養和校準，對其他附件做到定期清潔，并做好設備使用和維護記錄，做到有的放矢。只有這樣，我們才能發揮CT設備的最佳性能，進而提高其成像質量，保證診斷和治療的準確性。

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Image Quality Control and Maintenance of CT

LI Guang-yi GUO Zhi-zhang CHENG Qi-yuan SUN Xin Shandong Provincial Hospital affliated to Shandong University (Jinan 250021)

Computed tomography(CT) technology has been widely used in clinical. The image quality of CT has directly effected on the disease diagnosis. This paper elucidates the importance of quality control of CT, and expound the factors which can affect the image quality in CT including dose index scan, spatial resolution, density resolution, noise, CT value and artifacts and so on. Meanwhile, in order to achieve a stable and excellence image quality, the quality control and equipment maintenance of CT was explored detailedly.

computed tomography(CT), image quality, quality control, maintenance

1006-6586(2017)01-0059-04

R814.42

A

2016-10-11