CT空间分辨率和低对比度分辨率的检测及其影响因素

2010-02-06李庚高关心夏慧琳

中国医疗设备 2010年1期

李庚，高关心，夏慧琳

（内蒙古自治区医院医疗设备处，内蒙古呼和浩特 010020）

X射线计算机断层摄影装置(computed tomography或computerized tomography)简称CT。它是X射线成像技术的一次革命，在医学领域得到了广泛的应用。它采用高速多功能的电子计算机系统，结合现代图像理论，获得人体横断面的高清晰度图像。它在临床应用的范围也在发生不断变化，从第一代CT机主要用于头颅疾病诊断到现在的全身疾病诊断，提高了临床诊断效果和医疗质量。

目前，我国对各类医疗设备的质量控制越来越重视，CT机作为最重要的一种医学影像设备，对其进行使用前、使用中的质量控制是十分有必要的。其主要意义有如下几点：①保障CT机的成像质量，提高临床诊断的正确性，准确性；② 加强对CT机X射线的控制，在保证CT机在临床所必须的辐射剂量的前提下，尽可能做到保证患者接受合理的低剂量，以维护病人、医务工作人员的健康；③对新购入的CT机实施使用前的检测，可以做到对新购入的CT机的质量把关，维护使用单位的利益；④ 为CT机的日常维护与校准提供有效的依据[1]。

在《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》(JJG1026—2007)中，CT机主要的检测项目有：CT剂量指数（CTDI）、水的CT值、均匀性、噪声水平、层厚、空间分辨率和低对比分辨率[2]。在这些检测项目中，空间分辨率和低对比分辨率是CT机的比较重要的两项指标，下面将对这两项指标的检测方法及影响因素做一个论述。

检测工具采用美国体模实验室(The phantom laboratory)制造的CT性能检测体Catphan 500（如图1）。

图1 CT性能检测体Catphan 500

1 空间分辨率的检测方法及影响因素

1.1 定义

空间分辨率（spatial resolution）又称高对比度分辨率（high contrast resolution），它是衡量CT图像质量的一个重要参数，是测试一幅图像的量化指标，是指在高对比度（密度分辨率大于10%）的情况下鉴别细微的能力，即显示最小体积病灶或结构的能力。它的定义是在两种物质CT值相差100HU以上时，能分辨最小的圆形孔径或是黑白相间（密度差相同）的线对数，单位是mm或lp/cm。

其换算关系为：5÷lp/cm=可分辨的最小物体的直径(mm)。

1.2 检测方法

目前常用的检测CT空间分辨率的方法有以下几种：

1.2.1 调制传递函数（MTF）的截止频率法。如图2，此函数将图像中对比度描述为一个空间频率的函数，而被照物中的对比度假定为100%，所以它描述了成像过程中对比度的降低，于是截止频率决定了分辨率的极限。此种方法都内置于CT机系统中，用于自检。系统可以自动计算并画出调制传递函数（MTF）曲线，由此得出MTF在百分数多少的线对值。MTF的百分数越低，线对数越高。有的厂家技术参数表中给出的是MTF=0%时的数据，即截止频率的数据，以显示较高的空间分辨率。但是截止频率的线对数是没有实际意义的，一般应采用MTF=5%或MTF=10%来判断机器的空间分辨率[3]。

图2 截止频率法

1.2.2 分辨成排圆孔大小法。如图3，可分辨的一组圆孔的大小，每组圆孔按彼此间的中心距离等于该组圆孔直径的2倍的方式排列。

图3 分辨成排圆孔大小法

1.2.3 分辨线对数法。如图4，可分辨的一组黑白相间的线对的间距尺寸。不同线对数的线对卡,对应不同的空间分辨率。共有21组，即1～21 lp/cm。

图4 分辨线对数法

2 检测步骤

2.1 定位

将模体置于扫描野中心，并使模体轴线垂直于扫描层面。将CT定位线定位于空间分辨率模块所在层的中心位置。

2.2 设置扫描条件

选取被测CT内置的标准头部条件；层厚10mm，若被测CT最大层厚小于10mm，则选取其最大层厚；视野（FOV）为25cm；扫描方式为单层轴向扫描。

2.3 按设置好的条件进行扫描

2.4 图像分析

调出扫描出的图像，将窗宽调至最小(一般为0或1)，再调整窗位，找出能分辨清楚的最高一级线对，要求线对中每条线不能有断缺和粘连。从而得出空间分辨率，若低于5 lp/cm，则判断此项为不合格。如图5中所示的这台CT机的空间分辨率为7lp/cm。

图5 空间分辨率为7lp/cm的CT机

3 CT空间分辨率的影响因素

(1) 探测器孔径的宽窄，孔径越窄，孔径转移函数越宽，空间分辨率就越高。

(2) 焦点尺寸，因焦点小的X线管产生窄的X射线，可获得较高的空间分辨率。

(3) 探测器之间的距离，它决定了采样间隔，间隔越小空间分辨率越高。

(4) 在图像重建中选用的卷积滤波器的形式不同，空间分辨率也不同。

(5) X射线剂量、矩阵、层厚、像素大小，扫描装置噪声等对空间分辨率均有影响。层厚越薄，空间分辨率越高；但层厚越薄，噪声就越大，低对比分辨率就会降低。

4 低对比分辨率的检测方法及影响因素

4.1 定义

低对比分辨率（lower contrast resolution）又称密度分辨率（density resolution）。这也是影响CT图像质量的一个重要参数，其定义是：当细节与背景之间具有低对比度时，将一定大小的细节从背景中鉴别出来的能力。也就是能够分辨两种低密度差的物质(一般其CT值为相差3～5HU)构成的圆孔的最小孔径大小，即可分辨的最小密度值。低对比度分辨率与X线剂量有很大关系，当剂量大时低对比度分辨率会有所提高，因此在评价低对比分辨率时一定要了解使用的剂量，并且要和测量CT剂量指数(CTDI)时的值一致。

4.2 检测方法

目前常用的检测CT低对比度分辨率的方法是通过分辨不同直径、深度的内充低密度溶液的圆孔来检测。以密度差（%）和孔径（mm）来表示。CT机有较高的低对比度分辨率，其典型值为0.5%～1.0%。如图6。

图6 CT机低对比度分辨率的典型值为0.5%～1.0%

4.3 检测步骤

4.3.1 定位。将模体置于扫描野中心，并使模体轴线垂直于扫描层面。将CT定位线定位于低对比度分辨率模块所在层的中心位置。

4.3.2 设置扫描条件。选取被测CT内置的标准头部条件；层厚10mm，若被测CT最大层厚小于10mm，则选取其最大层厚；视野（FOV）为25cm；扫描方式为单层轴向扫描；同时扫描模体中心位置的辐射剂量应不大于50mGy。

4.3.3 按设置好的条件进行扫描。

4.3.4 图像分析。调出扫描出的图像，观察低对比度为0.5%的系列圆孔。在15mm的圆孔中选取一个感兴趣区（ROI），测量并记录其平均CT值和标准偏差（sd）值；在圆孔外侧选取一个感兴趣区（ROI），测量并记录其平均CT值和标准偏差（sd）值。之后，按公式(1)、(2)调整窗宽（WW）、窗位（WL）。