医用CT机的质量控制与计量检定

医用CT机的质量控制与计量检定yixuejiliang@126.com夏勋荣主要内容：

1、与CT相关的概念

2、CT机的结构及成像原理

3、CT机的主要性能指标

4、CT机质量检测的设备

5、CT机各项指标的检定意义CT的含义CT是ComputedTomography的缩写。“computed”意为计算机技术；“tomos”的含义是“断层”，意为人体中的单一层面；后缀“graphy”，意为成像技术，例如“radiography”-放射成像技术。普通X线成像技术中，人体组织和结构被重叠在一起，而CT成像技术中得到的是人体某一层面的影像。CT成像与普通X线成像的区别1.1895年伦琴发现X线；2.1917年，奥地利数学家J.Radon证明了CT成像的数学原理，即投影重建图像数学理论；3.1963年，美国科学家Cormack从人体扫描试验中研究出了重建图像的数学方法；4.1971年9月，英国的Hounsfield研制成功了第一台CT，并应用于临床诊断；5.1979年Hounsfield和美国的Cormack获得了医学生理学奖；6.1998年11月在北美放射学会年会上有4家公司分别展出了多排螺旋CT机。CT成像技术的发展历史CT机的发展历史体素与像素CT机的结构及成像原理1mm10mm由于被扫描人体的组成是不均匀的，在实际应用中将人体断层分成很多小块，这种被分成许多密度均匀的小立方体，称之为“体素”。体素是产生CT图像的基本单元，体素越小图像越清晰。体素的大小由下式决定：体素=FOV×层厚/矩阵所以CT力争较多的原始数据，而原始数据又与采集点数和探测器的数目有关。体素与像素像素是显示图像的基本单元，它与体素有关，但又是两回事。像素大小与图像处理系统的存储矩阵有关，与监视器显示图像部分的尺寸有关。像素=FOV/矩阵体素和像素采用同一坐标系，像素值（像素的CT值）代表对应体素的平均吸收特性并在图像上显示出来。体素与像素CT值的概念CT值代表X线穿过人体组织被吸收后的衰减值。为了定量衡量组织对于X光的吸收率，Hounsfield定义了一个新的标度“CT值”。为了表示对他的敬意，后人将CT值的单位定位“H”。CT值的计算：某物质的CT值等于该物质的衰减系数与水的衰减系数之差，再与水的衰减系数之比后乘以1000。CT值的概念某物质CT值=1000×（µ-µ水）/µ水,其单位名称为HU（HounsfieldUnit）。CT值不是一个绝对值,而是一个相对值。不同组织的CT值各异,各自在一定范围内波动。骨骼的CT值最高,为1000HU；软组织的CT值为20～70HU；水的CT值为0（±10）HU；脂肪的CT值为-50～

-100以下；空气的CT值为-1000HU。窗宽窗位的概念窗宽是CT图像上显示的CT值范围。在此CT值范围内的组织和病变均以不同的模拟灰度显示。而CT值高于此范围的组织和病变，无论高出程度有多少，均以白影显示，不再有灰度差异；反之，低于此范围的组织结构，不论低的程度有多少，均以黑影显示，也无灰度差别。

窗位是窗的中心位置，同样的窗宽，由于窗位不同，其所包括CT值范围的CT值也有差异。例如窗宽同为100H，当窗位为0HU时，其CT值范围为-50～+50H；如窗位为+35H时，则CT值范围为-15～+85HU。通常，欲观察某组织结构及发生的病变，应以该组织的CT值为窗位。例如脑质CT值约为+35H,则观察脑组织及其病变时，选择窗位以+35H为妥。

窗宽窗位的概念CT成像的物理原理图CT机的结构及成像原理CT成像的基本原理CT机的结构及成像原理CT成像的数学原理图μ1=4μ2=3μ3=2μ4=1

CT每扫描一次，即可得到一个关于衰减系数的方程，经过若干次扫描，即得到一联立方程。经过计算机运算（傅立叶转换、反投影法等）可以解出这一联立方程，从而求出每个体素的X线吸收系数(衰减系数)，将其排列成数字矩阵（digitalmatrix），数字矩阵经过数字/模拟转换器（D/A）把数字矩阵中的每个数字转变为由黑到白不同灰度的小方块，即像素（pixel），也按矩阵排列，即构成了CT图像。CT机的结构及成像原理模数转换器高压发生器X线球管人体模型探测器群操作控制台相机电子计算机存储器显示器

CT影像设备的基本结构与工作原理流程CT机的结构及成像原理第一代单束平移-旋转方式视频7.20第二代窄扇束平移-旋转方式第三代宽扇束旋转-旋转方式第四代宽扇束静止-旋转方式螺旋CT第五代泛指各种先进的扫描方式双源CTConebeamCTCT常规X线数字化图像化模拟图像图像重建，三维断层重建几何聚焦，二维X光片密度分辨好（0.5%）密度分辨差空间分辨一般（4～15）Lp/cm空间分辨好（12～35）Lp/cm成像剂量较高成像剂量低CT与常规X线比较（1）扫描系统（X线管、探测器和扫描架）;（2）计算机系统（数据储存、运算等）;（3）图像显示和存储、照相系统。

CT影像设备的组成与功能CT机的结构及成像原理（1）扫描系统（X线管、探测器和扫描架）:

扫描机架（gantry）内安装有X线系统、图像采集、X线过滤器、系统准直器等，其中X线球管和数据采集系统（dataacquisitionsystem，DAS）最为重要。目前多数扫描机架的孔径为70cm，倾斜角度通常为±12°～±30°。

CT扫描系统的扫描机架与扫描床扫描机架内部结构CT机的结构及成像原理CT机的结构及成像原理探测器滑环高压部分（1）扫描系统（X线管、探测器和扫描架）:

X线球管是CT影像设备的心脏部分，由阴极、阳极和真空玻璃或金属管组成，其类型可分为固定阳极和旋转阳极两种。固定阳极X线球管主要应用于单束和多束形的扫描机中，其焦点是矩形的，主要用于第1、2代CT机中；旋转阳极X线球管主要用在扇束旋转扫描机中，故在第3、4代CT机中多采用此种X线球管；CT机的结构及成像原理

目前，CT多采用2个焦点交替工作，大大延长了X线球管的寿命，其曝光次数由原来的2万次达到25～50万次以上。

2003年末Siemens公司推出零兆阳极热容量的概念，代表球管为Straton电子束控金属球管，以0.37秒速度进行机架旋转的球管,可以实现亚毫米满负荷扫描。Straton电子束控金属球管外形

CT机的结构及成像原理（1）扫描系统（X线管、探测器和扫描架）:

CT的数据采集系统（DAS）作用是测量X射线束，并将这些数据编码成二进制数据，送往计算机进行运算。探测器（detector）是DAS系统中重要的部件，主要功能：①接受透过病人检查部位的X射线；②将接收到的X线转换成模拟形式的电子信号；③将模拟信号放大；④将模拟信号转换成数字信号（通过A/D转换器）。CT机的结构及成像原理（1）扫描系统（X线管、探测器和扫描架）:

探测器是位于X线球管和计算机系统之间重要的数据检测部件。一般来说，探测器的数量越多，采集到的扫描数据就越多，可提高X射线的利用率，相应的缩短扫描时间和提高图像的质量。比如GE公司LightSpeed16排MSCT的探测器系统共有24排矩阵式探测器组合，每排有912个稀土陶瓷探测器，共有21，888个探测器。（1）扫描系统（X线管、探测器和扫描架）:CT机的结构及成像原理（2）计算机系统:

CT和MRI等临床大型医疗设备均使用的是小型计算机。CT的计算机系统包括主计算机和阵列计算机两部分。主计算机控制CT整个系统的正常工作，其主要的功能有：①扫描监控，并将CT扫描得到的数据进行存储；②CT值的校正；③图像的重建控制；④CT机自身故障的诊断与分析。阵列处理器（ArrayProcessor,AP）：本身不能独立工作，它与主计算机相连，在其控制下进行高速的数据运算以完成CT扫描的庞大数据量的处理与运算。CT机的结构及成像原理

（3）图像显示与存储：

CT图像的显示：由操作台上的CRT等显示屏显示，目前多层螺旋CT多配有高性能的工作站（workstation），也可以在工作站的显示屏上显示。

CT图像的记录系统：系统硬盘、外部存储器等构成。CT图像的外部存储器包括磁带、合式磁带、光盘、磁光盘、软盘以及各种照相机等。CT机的结构及成像原理CT机的性能指标JJG961-2001医用诊断计算机断层摄影装置（CT）X射线辐射源JJG1026-2007医用诊断螺旋计算机断层摄影装置（CT）X射线辐射源CT机的性能指标CT机的性能指标检定项目技术指标管电压在（80～145）kV范围内，误差不超过±5%管电流在（50～2000）mA范围内，误差不超过±10%输出的辐射值电压/kV80100120140半值层/mmAl2.43.03.84.2剂量指数头部剂量模体，中心和边缘均不超过50mGy均匀性水模中心区域CT值与边缘各点CT值的偏差不超过4HU噪声水平噪声水平应不大于0.35%CT值一般不超过±10%(后面详细数据)层厚标称层厚在（3～10）mm范围内，误差的绝对值小于1mm空间分辨力头部：4Lp/cm；腹部：3Lp/cm。低对比分辨力1.0%的对比度，应能分辨直径为3.5mm的一组圆孔普通CT的性能指标螺旋CT性能指标剂量指数：头部的加权CT剂量指数不超过60mGy，腹部不超过35mGy均匀性：新安装4HU；使用中5HU图像之间的一致性：不同层面之间不超过6HUCT值：空气（-1000±30）HU；水（0±4）HU空间分辨力：5.0Lp/cm（FOV小于20cm的放大扫描7.5Lp/cm）低对比分辨力：1.0%的对比度，应能分辨直径为3.0mm的一组圆孔；0.3%的对比度，应能分辨直径为6.0mm的一组圆孔CT机的性能指标电压表CT机质量检测的标准器电流表CT机质量检测的标准器剂量仪长杆电离室及剂量模体CATPHANCT机质量检测的标准器国产TM164模体Victoreen1，管电压的检测（1）将电压表的探测器置于X射线照射野中心，射线束与探测器截面垂直。（2）选常用的电压值至少重复测量3次，取其平均值，用相对偏差表示电压的准确度。CT机的质量检测2，管电流的检测（1）将电流表的钳型探测器夹在CT机靠近X射线管阳极电缆上。（2）选常用的电流值至少重复测量3次，取其平均值，用相对偏差表示电流的准确度。CT机的质量检测3，辐射值的检测（1）将CT电离室的中心部分置于X射线照射野中心。X射线管置于非旋转状态，吸收片放在X射线管焦点和电离室之间，其间距大于20cm并与电离室平行。（2）测量未加吸收片和通过不同厚度的吸收片时空气比释动能率。（3）用作图法或计算法求出空气比释动能率降到初始值(无吸收片)一半时的吸收片厚度，即为输出的辐射质。CT机的质量检测1），基本方法2），简便方法用BARRACUDA直接测量4，剂量指数的检测CT扫描要比普通X射线检查带给患者更大的辐射剂量，它在临床上的广泛应用增加了群体中辐射诱发癌症的发生几率。因此，当多层螺旋CT等各种新设备的出现更加方便和有利于临床诊断时，必须充分正视合理控制CT检查所致受检者的辐射剂量问题，这是当前社会各界关注的一个重点课题。在CT剂量学研究领域，目前应用最广泛的描述是CT剂量指数，剂量指数常用下面三个概念来表征：CTDI100、加权CTDIW、容积CTDIvol。CT机的质量检测CTDI100CT机的质量检测加权CTDIWCT机的质量检测容积CTDIvolCT机的质量检测4，剂量指数的检测

将头部和腹部剂量模体分别置于射线照射野中心，将长杆电离室依次放置模体中通孔里，其余圆孔插人圆棒，用CT机头部和腹部条件扫描剂量模体，扫描区域内不应有影响射线束的物质。CT机的质量检测4，剂量指数的检测CT机的质量检测影像性能的检测定位片CT机的质量检测模体的摆位5，均匀性的检测均匀性的定义：

扫描野中均质体各局部在CT图像上显示出来的CT值的一致性。偏离程度越大，均匀度越差；越小越好，最好为0检测方法（1）用CT机头部条件扫描水模体，所扫描区周围不应有影响射线束的物质。（2）在图像里选取5个测量区，分别在图像的中心和上下左右距图像边缘10mm处取面积约为100mm2的区域，测量其CT值及标准偏差。（3）以中心感兴趣区域平均CT值与边缘各点的平均CT值之间的差别来表示均匀性。CT机的质量检测均匀性图像CT机的质量检测环状伪影X射线的硬化

X射线的光子能量不一，具有一定的频谱宽度，随着球管的老化，光子的频谱变宽。我们在