層厚越薄,空間分辨力越好,但同時(shí)層厚越薄,噪聲加大,密 …

1、CT層厚的測(cè)量技術(shù)及其相關(guān)影響因素研究摘要目的測(cè)量CT設(shè)備中的層厚，探討與層厚相關(guān)的各項(xiàng)參數(shù)。材料與方法采用3種不同的方法對(duì)10臺(tái)CT設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算出CT設(shè)備的層厚。并測(cè)量了不同層厚條件下CT設(shè)備的噪聲和空間分辨力。結(jié)果三種測(cè)試方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。有多種因素影響CT層厚。結(jié)論必須通過測(cè)試校準(zhǔn)來(lái)確保CT設(shè)備層厚的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞層厚方法體模ThestudyonthemeasurementtechnologyforCTslicethicknessandrelatedparametersAbstractPurposetomeasuretheslicethicknessofCTscanners,andd

2、iscusstherelatedparametersMethodsthreemethodswerecomparedtomeasureandcalculateCTslicethicknessfor10setscomputedtomography,andtheotherparameterssuchasnoiseandspatialresolutionweremeasured.Resultsthemethodswhichwereusedhavetheirownadvantagesanddisadvantages.TherearemanyparametersaffectingCTslicethickn

3、ess.ConclusionCTslicethicknessmustbemeasuredandcalibratedtoassuretheprecisionoftheCTsets.KeywordsSlicethicknessmethodPhantom根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家（如美國(guó)）的質(zhì)量保證要求，層厚是CT機(jī)QA檢測(cè)的月檢項(xiàng)目，它關(guān)系到z軸分辨力等重要參數(shù)1。筆者對(duì)10臺(tái)CT設(shè)備的層厚用不同的方法進(jìn)行了測(cè)試，并且測(cè)試了不同層厚條件下的噪聲和空間分辨力，分析了與CT層厚相關(guān)的若干因素。材料與方法1.測(cè)試原理：現(xiàn)有體模測(cè)量層厚的方法通常是掃描模體中一斜置或成螺旋狀的金屬絲（片），利用幾何投影原理，金屬絲（片）

4、在掃描影像上的長(zhǎng)度（CT值分布曲線的半高寬）乘以金屬絲（片）與掃描平面夾角的正切即為層厚。如果在模體中放置的是螺旋狀的金屬絲（片），則通過影像弧度推算層厚。0I!OAZ0 x1BI圖3PVE法測(cè)量層厚Z圖2交叉斜面（線）測(cè)量層厚ZZ圖1斜面法測(cè)量層厚Z受檢設(shè)備：共檢測(cè)10臺(tái)CT設(shè)備，設(shè)備型號(hào)包括有GEMAX640、SOMATOMAR.T、GESytec3000、PickerI.Qxtra、GESytecS、GEHiSpeedCT/I（螺旋）。檢測(cè)方法（1）方法1：采用斜面（線）法測(cè)量層厚2（圖1）。美國(guó)體模實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的Catphan體?？梢杂眯泵娣ê徒徊嫘泵娣▉?lái)測(cè)量CT層厚。該體模的層厚測(cè)試模

5、塊內(nèi)嵌有一定方向的鎢絲，斜線與模塊上下底面的夾角為23。，掃描層的厚度為Zmm,斜線的像長(zhǎng)度X是掃描層內(nèi)斜線真實(shí)長(zhǎng)度在模塊底面平行的平面上的投影。因此，Z=Xtan230。在實(shí)際應(yīng)用中，采用設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)頭部掃描條件，對(duì)層厚模塊進(jìn)行掃描。在體模位置擺正的前提下，掃描所得的圖像如圖1所示。對(duì)圖1,將窗口調(diào)到最窄，將窗位調(diào)到等于圖像和背景CT值的平均值，調(diào)用設(shè)備所帶的測(cè)距(distance)功能測(cè)量上、下、左、右4條線的長(zhǎng)度，取其平均值，把所得平均值乘以tan23o(0.42),即得出層厚的實(shí)測(cè)值?；蛘邿o(wú)需調(diào)節(jié)窗寬窗位，調(diào)用設(shè)備自身所帶的層靈敏度剖面線(SliceSensitivityProfile：

6、SSP)功能得出上、下、左、右4條線段在z軸方向上的靈敏度曲線，分別測(cè)量層靈敏度剖面線的半高寬，取4條半高寬的平均值再乘以?shī)A角的正切值，即等于層厚的實(shí)測(cè)值。(2)方法2：利用交叉金屬斜面(線)測(cè)量層厚(圖2)。交叉斜面(線)測(cè)量層厚模塊是在體模內(nèi)置有相交成一定角度的斜面(線)。如圖2所示，用雙斜面測(cè)層厚時(shí)，假定兩斜面夾角為0,CT像上兩斜面投影像靈敏度曲線的半高寬分別為a和b，則斷層的厚度可以由下面推導(dǎo)得出：tga=z/b娥卩+tg01-tgptg0tgp=z/aa+p+0=冗a-tgP=b-tga=b-tgG-P_0)=b-tgk-(3+0)=-b-na-tg0-tg2P-(a+b)tgP-

7、btg0=0-a+bU(a+b)2+4abtg02a-tg0(a+b)cos0+J(a+b)2cos20+4absin20nz=a-tgp=2sin0ntgp=(3)方法3：利用部分體積效應(yīng)(PartialVolumeEffect：PVE)測(cè)量層厚(圖3)JunjiShiraishi提出根據(jù)PVE原理測(cè)層厚的新方法。如圖3所示，斷層跨越兩種不同CT值材料A和B的界面，位置1，A在斷層內(nèi)的厚度為些，圖象的CT值為CT位置2,A在斷層內(nèi)的厚度為x2，圖象的TOC o 1-5 h z1x12CT值為CT2。斷層僅在A或僅在B中時(shí)圖象CT值分別為CT和CTb，P=Ix,-x?丨，則層厚Z為：x2ab1

8、2Z=PICTCTI/(ICTCTI)abx1x2即在設(shè)定層厚下做四次掃描，在CT像上相當(dāng)尺寸ROI上測(cè)得CT、CTb、CTCT2，實(shí)際測(cè)量位置1、abx1x22床移動(dòng)的距離P,由上式就可算出層厚。實(shí)驗(yàn)時(shí)，體模置于掃描孔中心，棒與掃描孔同軸，無(wú)床、機(jī)架傾斜。用標(biāo)稱層厚在有機(jī)玻璃和PVC棒中各掃一幅圖象；在有機(jī)玻璃和PVC棒界面處掃兩幅圖象，兩次掃描床移動(dòng)一定距離，移動(dòng)距離用卡尺測(cè)量。在棒的圖象中心選直徑2cm的ROI測(cè)CT值。結(jié)果10臺(tái)CT設(shè)備的標(biāo)稱層厚、測(cè)試條件及由方法1和方法2測(cè)量計(jì)算出的實(shí)際層厚值列于表1。目前國(guó)家有關(guān)CT規(guī)范規(guī)定CT設(shè)備層厚(5mm)的范圍在15%之間，也就是對(duì)于標(biāo)稱層

9、厚為10mm的CT設(shè)備其層厚允許范圍為85-11.5mm之間，標(biāo)稱層厚為8mm的設(shè)備層厚的允許范圍為6.8-9.2mm之間。由表1可以看出，如用方法1所得的結(jié)果衡量，設(shè)備9和設(shè)備10的層厚都不合格。如用方法2的結(jié)果衡量，則只有設(shè)備9的層厚指標(biāo)不合格。表2列出了CT設(shè)備不同層厚下的噪聲測(cè)量值和高對(duì)比度分辨力結(jié)果。從表中可以得出，其它條件相同的前提下，層厚越薄，噪聲值越大。表110臺(tái)CT設(shè)備的測(cè)試條件和層厚實(shí)測(cè)值設(shè)備測(cè)試條件實(shí)測(cè)層厚(mm)序號(hào)mAKv掃描時(shí)間(s)標(biāo)稱層厚(mm)方法1方法21551204.8109.669.772701303.3109.149.243801205.01010.0

10、810.204701303.0109.359.465601203.6109.9110.036551204.8109.749.817451303.0109.569.6681201401.0109.669.789501204.0106.936.5910801254.086.517.02表2不同層厚下的噪聲和空間分辨力結(jié)果、”.層厚(mm)設(shè)備序號(hào)10NRESN8RES5N4RESNRESN3RES2NRES13.186/4.656/6.43622.306/3.206/5.40632.006/3.206/4.606/42.806/4.206/6.90652.206/2.506/4.40663.266

11、/4.736/6.45673.656/5.116/7.95683.807/5.517/6.586/94.715/5.665/10/3.185/5.755/10.775備注：表中N代表噪聲(),RES代表空間分辨力(線對(duì)/厘米)，/代表沒有所選層厚條件下的噪聲或空間分辨力值。討論三種測(cè)量方法的比較。（1）斜面（線）法比較簡(jiǎn)單實(shí)用。在測(cè)量時(shí)只需利用設(shè)備測(cè)距功能或靈敏度剖面線功能測(cè)出投影的長(zhǎng)度，乘上一個(gè)系數(shù)即為實(shí)測(cè)的層厚值。但它在使用過程中要求模塊位置必須與進(jìn)床位置正交，否則會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的精確性。方法2計(jì)算起來(lái)比較復(fù)雜，但它可以消除斜面擺放的方向誤差，所得的結(jié)果比較可靠。事實(shí)上方法1是方法2的一個(gè)

12、特例。（2）設(shè)備的重建算法會(huì)影響方法1和方法2的測(cè)試結(jié)果。因?yàn)橹亟ㄋ惴ú煌`敏度曲線形狀不同，所測(cè)得的層厚值也會(huì)有差異（3）PVE方法測(cè)層厚假定理想邊界的斷層，與重建算法無(wú)關(guān)。在圖象上選足夠大ROI測(cè)CT值，將噪聲的起伏平均掉，具有測(cè)量精確，重復(fù)性好的特點(diǎn)。但這種方法的缺點(diǎn)是掃描摸體的層面比較多（至少要掃4個(gè)層面），不象前兩種方法，只需一次掃描即可。斜面測(cè)試法中斜置角度4和交叉面測(cè)試法中層面厚度的考慮。早期用于測(cè)試層厚的模塊中金屬絲放置的角度一般為450，這樣使得CT分布曲線的半高寬與所測(cè)層厚是1：1的關(guān)系，降低了層厚檢測(cè)的精度，后來(lái)層厚檢測(cè)模塊采用了230斜置金屬絲，層厚檢測(cè)影像上金屬絲長(zhǎng)

13、度方向CT分布曲線的半高寬為層厚的2.5倍，層厚檢測(cè)的精度提高了，這對(duì)于高檔機(jī)中薄層掃描的層厚檢測(cè)更為有利。用交叉斜面方法測(cè)量層厚時(shí)，所用的斜面應(yīng)盡量薄，但考慮其投影像的信噪比要求，取其厚度小于最小層厚的20%即可。層厚與z軸縱向分辨力的關(guān)系。CT設(shè)備在z軸上的分辨力由實(shí)際的層厚寬度決定，而這個(gè)層面寬度又由層靈敏度剖面線（SSP）決定。理想狀態(tài)下，CT掃描設(shè)備的SSP應(yīng)為矩形，也就是說(shuō)，在層面寬度內(nèi)有射線穿過，而在層面寬度之外完全不接受射線。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，SSP所呈現(xiàn)的形態(tài)不是矩形，而是呈一正態(tài)分布。不同設(shè)備的SSP形狀不同，同一設(shè)備條件相異時(shí)的SSP形狀也不近相同。層厚和層面間距決定C

14、T設(shè)備的z軸分辨力，z軸分辨力通常為層厚或?qū)用骈g隔的兩倍。層厚與空間分辨力及密度分辨力的關(guān)系理論上層厚越薄，空間分辨力越好。但在體模測(cè)試的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)層厚由10mm變至2mm時(shí)，空間分辨力變化并不明顯，這是因?yàn)闇y(cè)試體模在縱向變化不大的緣故。換句話說(shuō)，也就是層厚的厚薄決定了z軸方向的分辨力，而x-y平面的分辨力與層厚的關(guān)系并不大，決定x-y平面的分辨力主要是探測(cè)器的間隔及探測(cè)器的孔徑大小等等。層厚越薄，噪聲加大，密度分辨力就會(huì)降低。而且由于切層薄,掃描的層數(shù)就會(huì)增加，病人接收的X線劑量的總量增加?，F(xiàn)在CT掃描最薄層厚為0.5mm,僅僅在某些特定檢測(cè)條件下使用。層厚與劑量的關(guān)系討論一般窄的層厚劑量損

15、失較大，寬的層厚劑量損失較小。采用相同的mA、Kv、掃描時(shí)間來(lái)成像，探測(cè)器的光子數(shù)隨著層厚的加寬而線性地增加。例如，把層厚從1mm增大到3mm,則探測(cè)器的光子數(shù)也將增加3倍。小的層厚可以改善空間分辨力，并且可以減小容積偽影。降低層厚通常會(huì)導(dǎo)致半影的相對(duì)增加，這樣就會(huì)令劑量得不到充分地利用。層厚與放射治療的關(guān)系從某種程度上說(shuō)，層厚這項(xiàng)參數(shù)精確與否最直接的影響是表現(xiàn)放射治療上。由于一般放射治療采用CT圖像來(lái)定位，如果層厚值不精確，勢(shì)必會(huì)影響對(duì)實(shí)施放療的范圍大小，這樣導(dǎo)致的嚴(yán)重后果是要么患者的腫瘤組織不能得到照射治療，要么病人的正常組織無(wú)謂地被照射到，兩種情況都會(huì)損害到患者的切身利益。參考文獻(xiàn)1.Pei-JanPaulLin,ThomasJ.Beck,etal.SpecificationAndAcceptanceTestingOfComputedTomographyScanners,AAPMREPORTNo.392.馮小剛，林意群，余曉鍔，等.CT機(jī)的性能檢測(cè)和臨床照片評(píng)估.中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志，1999，7：220-2243.JunjiShiraishi,RT;KazuyoshiTsuda,RT;YasutoOnoyama,MD.“MeasurementofCTSectionThicknessbyUsingthePartialVolum