李广义 郭执章 程起元 孙欣 山东大学附属省立医院医学工程部 （济南 250021）

CT图像的质量控制与设备维护保养

李广义 郭执章 程起元 孙欣 山东大学附属省立医院医学工程部 （济南 250021）

计算机断层扫描（computed tomography，CT）技术已广泛应用于临床，其图像质量的好坏直接影响疾病的诊断。本文阐明了CT质量控制工作的重要性，并讨论了CT的扫描剂量指数、空间分辨率、密度分辨率、噪声水平、CT值以及伪影对图像质量的影响。同时，为了保证得到良好的图像质量，我们对CT应当开展的质量控制和设备维护保养项目进行了详细探究。

计算机断层扫描 图像质量 质量控制 维护保养

1.引言

计算机断层扫描（computed tomography，CT）系统发明于1972年，提高了临床诊断和治疗的效果，从而在临床上得到广泛应用。与之伴生的质量问题（如额外的医疗辐射，图像质量欠佳而导致的误诊、漏诊等）也日益受到业界的重视。CT设备质量控制（Quality Control，QC）就是保证设备在临床应用中的高效和安全。

CT设备应用质量参数主要包括剂量指数、图像性能参数和机械性能参数。CT剂量指数（CT Dose Index，CTDI）直接影响图像质量；图像性能参数包括空间分辨率、密度分辨率、噪声水平、层厚、CT值线性、场均匀性等；机械性能参数如检查床运动精度、激光定位光精度、机架滑环的旋转运动和传感等，这些决定图像的定位精度。

2.CT图像性能参数分析

CT图像是以不同的灰度来表示，反映器官和组织对X线的吸收程度。CT扫描的影像质量的评判受操作人员的视觉、经验和扫描参数的选择等主观因素影响。CT成像质量的好坏并无严格的评价准则，不过可以通过解剖结构显示的清晰程度、CT值测量的准确性、图像有无伪影和图像的观感四个方面进行评价[1]。

2.1 CT剂量对图像质量的影响

扫描剂量越大，CT获取的信息越多，图像质量就越高，但辐射水平也越高。根据正当化的原则，在保证影像质量的前提下，减少受检者剂量。而一味追求低剂量，使用过低的扫描条件会影响空间分辨力及低对比度分辨力等性能指标。从剂量指数分布与临床实际影像评测分析，剂量指数应保持在20～50mGy[2]，定期对CTDI进行检测。

在管电压一定的情况下，剂量指数由毫安秒（mAs）决定。另外还与照射野尺寸、过滤等因素有关。其它条件不变的情况下，减小层厚，剂量指数相应升高而空间分辨率增大；加大层厚，剂量指数相应降低而空间分辨率减小[3]。

2.2 空间分辨率和密度分辨率

空间分辨率指在物体与背景衰减程度上的差异与噪声相比足够大的情况下（一般超过100H对比度差别），分辨空间相邻结构的能力。

CT机固有分辨率取决于探测器孔隙的宽度、X线管焦点的尺寸、被检者与探测器的相对位置等。传统的空间分辨力检测方法是采用一个带有不同孔径的测试体模，还常用系统的调制传递函数（modulation transfer function，MTF）来描述[4～5]。CT成像系统的MTF曲线不依赖于X线量，取决于系统的几何特性——X线焦点及检测器元件的尺寸、重建滤波及像素尺寸。如果系统的几何特性及像素尺寸不变，MTF只依赖于重建算法。

密度分辨率表示可以分辨最小密度差的程度。与信噪比有关，CT的球管输出参数（kV，mA等）和噪声是影响图像密度分辨率的重要因素。观察密度分辨率常采用对比度—细节曲线[4]，它能描绘出对比度与细节大小之间能鉴别的极限。与切层厚薄有关，增加层厚有助于提高密度分辨率，但体素的增加产生部分容积效应损失图像空间分辨率。重建算法也可影响密度分辨率，将高分辨率重建算法改为软组平滑的算法，减少了噪声会使图像密度分辨率提高。尤其是对比度很高时，重建算法的影响会突出。

2.3 噪声水平和部分容积效应

噪声是指均匀物质的影像中CT值在其均值上下的随机涨落，一般用充有均匀物质的模型成像中某特定区域CT值的标准偏差来表征。噪声的大小与图像质量呈负相关。噪声的来源较多，探测器的种类与质量、电子线路元件、X线散射、机械性能等都是噪声的来源。其它噪声源如重建算法的圆整误差、电子噪声、显示系统噪声等。CT噪声主要受断层厚度、像素尺寸和照射量等因素影响。一般低剂量会引起传感器的欠釆样并造成过量的噪声，从而降低了信噪比，致使图像退化，进而影响低剂量的实际应用[6]。像素增加可提高空间分辨率同时降低噪声。

部分容积效应：我们所说的CT值实质上是三位像素（体素）的平均值，对于非均质的体素来说，显示的组织CT值作为平均值，不能完全反映组织的真实细微结构，这种现象称为部分容积效应。测量高密度中的低密度灶，CT值因有骨的影响，必然偏高。相反，测量低密度组织中的高密度灶，CT值必然因肺的影响而偏低。为了克服部分容积效应的影响，可以实施薄层CT扫描。

2.4 伪影

扫描物体并不存在，而出现于CT图像上的各种假性图像称为伪影。CT中常见的有条纹状、环状、带状、图像模糊等伪影。病人的移动或生理运动（肠蠕动、心跳）所致伪影，称之为运动伪影，通常呈现模糊的图像[7]；病人体内金属异物（义齿、银夹等）可导致高对比伪影；人体内高密度组织与低密度组织（典型如骨与空气，骨与软组织）相邻，在重建过程中可能出现射线硬化伪影（图1）。如果设备的旋转中心与重建矩阵的中心不匹配，会出现细实条纹线。如果X线束照射未能对齐探测器的中心，可能出现环状或带状伪影。探测器电子元件的增益或补偿的漂移或者多个探测器单元输出改变往往导致环状伪影（图2.a）的出现。比较少见的如条纹伪影（图2.b）呈现条纹延长交汇至一点，可以肯定由于一个方向的视角缺失引起。摆动伪影（图3）往往与旋转机械部件有关，通过调整旋转带的松紧往往能去除该伪影。

图1. 重建造成伪影示例

图2. 环状伪影（a）与Fan Streak伪影（b）示例

图3. 摆动伪影示例

2.5 其它性能参数

影响CT图像质量的性能参数包括CT值及其均匀性，重建矩阵，床移精度，层厚，时间分辨率等。CT值指特定感兴趣区内所有像素CT值的均值，均匀度表示在均匀物体扫描成像中任何区域所测得的CT值的一致性。由于X线管老化及计算机功能的影响，各不同密度物质原始CT值将会改变，定期进行空气、水的CT值校正，才能使图像质量得以保证。重建矩阵越大则在同样的扫描野（field of view，FOV）情况下，像素越小清晰度越高，其关系为：像素大小=FOV/矩阵。但并不是矩阵越大图像质量就越好，矩阵增大像素减小，所得的光子数减少，使像素噪声增加，并使密度分辨率降低[8]。检查床作用是准确地把病人送入预定或适当的位置上，床的移动要平滑，移动的精度要求很高，绝对误差不允许超过±0.5 mm，一些高档CT机可达到±0.25 mm。

一般认为层厚越薄空间分辨率越高，密度分辨率越低。改变层厚对于空间分辨率和密度分辨率的影响是矛盾的。如增加层厚，在扫描条件不变的情况下，X线的光通量增加，探测器接受到的光子数增加，改善了密度分辨率。CT的时间分辨率（Temporal Resolution）是指CT设备采集到可以重建出一层完整图像数据所需的时间，准确说是“单扇区时间分辨率”。该参数对于冠脉成像非常关键。CT的时间分辨率越高，心脏扫描的检查条件就能越宽，甚至可以实现呼吸状态下的心脏冠脉成像。

3.CT的质量控制

CT质量控制是指对CT机的一些硬件如高压发生器、球管、检查床和扫描机架，数据收集系统（Data Acquisition System，DAS）和操作台等系统等进行检测。CT质量控制的依据主要是《X射线计算机断层摄影装置质量保证检测规范（GB17589-2011）》，该规范建议进行十一项性能检测，亦可参照Sasa等[9]的CT质量保证方法。

CT质量控制应贯穿设备安装、验收、维护保养直至报废的整个过程。图像质量优良的设备某些参数也许并不理想，这说明设备隐含的问题并不是都能通过对图像质量的主观判断发现的，必须加强科学管理，重视周期性的状态检测。部分厂家的CT提供了质量保证的运用程序和相应的检测体模，但多数都存在检测校正项目不全等缺陷。医院应要求厂家能提供更大的透明度，更系统全面地培训医院本身的设备工程师，使医院工程师能对CT进行调整。

4.CT的维护保养与校准

目前，厂家工程师对设备的维护保养工作也 存在执行不彻底的情况，未能严格按照设备厂商的维护保养规程进行。某些工程师忽视对DAS系统的通道检测，以及准直器开档运动测试等项目。如果某个或某几个通道板故障，对CT的图像质量肯定存在影响。CT准直器如果开档不精确，可能导致辐射剂量偏大，直接危害病人健康。

4.1 扫描机架、检查床等机械部件的维护和保养

日常定期检查运动声响、运动声音是否正常是否平滑、正负倾斜运动时是否均衡等。对运动部位按照设备维护手册加注润滑油，防止磨损；检查机械部位各个紧固件，螺丝、螺母、销钉等有松动或脱落现象，应及时加以紧固。维护过程中多见检查床侧板经常被撞击变形导致床不能正常升降，要做好防撞措施。

4.2 CT球管和DAS系统的维护

定期根据运行参数情况校准管球的各项参数，主要包括管电流、管电压、曝光时间以及过载保护装置的校正和检修并记录。冷却的球管必须经过预热才能进行扫描；定期查看管球的油循环是否正常，清洁散热片上的灰尘。关注球管阳极过流情况，一般不要超过30%。对于双源CT来说，由于两套球管及探测器的存在，球管及机架内热量的及时散发尤为重要，如配备高制冷效率的水冷系统，也需要定期清洁保养以增加设备性能稳定性。定期进行空气校准和水模校准，以保证图像质量。查看DAS系统的监测温度，一般应维持在36～38˚C。检查DAS冷却风扇是否正常，如有噪声或震动应更换。

4.3 滑环的清洁和维护

螺旋CT的滑环担负着扫描架旋转部分 （X线发生器） 的电源引入，多种信号 （ 如X线控制信号） 和数据传输任务。滑环不良可导致多种故障发生，是螺旋CT最常见的故障之一。应定期进行滑环清洁，保养电刷时，用酒精纱布小心清洁刷头，应注意观察滑环有无烧伤痕迹，如有应及时清理，保养完成后在滑环上加电刷油。

4.4 其它部位的保养

激光发射头保养：激光发射头故障易导致间歇性扫描失败。激光传输灰尘严重时会影响数据传输，激光头过脏会导致在系统扫描时采集的数据信号质量不好[10]。针对激光发射头定期的保养能够有效避免这种故障的发生。自我诊断系统：CT厂商一般均提供Service服务工具，工程师应定期阅读错误报告（Error Log），可以掌握设备的运行状态，根据错误提示和出现频率，有针对性的对设备进行维护。此外，设备故障时对于有诊断软件的部件可以运行诊断，帮助锁定故障点。

4.5 定期校准

每次开机运行球管预热、探测通道校准及空气校准等。定期执行体模校准。设备定期或更换相关部件后进行整机质量控制校准以提高整机性能。校准项目如机架平衡校准、床校准、焦点校准、焦点高压校准、灯丝调整、球管真空训练、焦点准直校准、高压发生器校准及定位激光系统校准等，保持CT良好的运行状态。

5.总结

CT设备定期的质量控制和维护对图像质量的影响是关键性的，这需要厂家工程师、医学工程师和操作技术人员共同合作。在图像的质控过程中，我们应该熟练质量控制的方法和步骤，注意相关参数的调节；在设备的维护过程中，做到对关键部件定期保养和校准，对其他附件做到定期清洁，并做好设备使用和维护记录，做到有的放矢。只有这样，我们才能发挥CT设备的最佳性能，进而提高其成像质量，保证诊断和治疗的准确性。

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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