中国辐射卫生  2009, Vol. 18 Issue (3): 289-291  DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2009.03.074

引用本文 

胡利丰, 应正巨, 刘蛟. CT值线性的检测与分析[J]. 中国辐射卫生, 2009, 18(3): 289-291. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2009.03.074.
HU Li-feng, YING Zheng-ju, LIU Jiao. Measurement and Analysis of CT Number Linearity[J]. Chinese Journal of Radiological Health, 2009, 18(3): 289-291. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2009.03.074.

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收稿日期：2009-03-13
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CT值线性的检测与分析
胡利丰 1, 应正巨 1, 刘蛟 2     
1. 宁波市疾病预防控制中心, 浙江 宁波 315010;
2. 宁波市传染病医院
收稿日期：2009-03-13
作者简介：胡利丰(1977~), 男, 主管医师, 从事放射卫生工作.
摘要：目的 通过测量CT值, 探讨CT设备CT值线性的评价方法。方法 用Catphan500体模的CTP401模块, 测量四种目标物质的CT值, 计算CT值线性、对比度标度和不确定度。结果 不同重建算法CT值的差异有统计学意义(P < 0.001), sharp和smooth重建算法的对比度标度分别为1.90×10-4cm-1·Hu-1和1.79×10-4cm-1·Hu-1。结论 CT值线性良好是CT设备影像质量控制重要的一环, 在CT值线性测试报告中应载明使用的重建算法和不确定度。
关键词：CT值线性    对比度标度    不确定度    
Measurement and Analysis of CT Number Linearity
HU Li-feng 1, YING Zheng-ju 1, LIU Jiao 2     
Ningbo Center for Diseases Control and Prevention, Ningbo 315010 China
Abstract: Objective To explore the evaluation method for CT number linearity by measuring CT numbers. Methods The model CTP401 of Catphan500 phanton was adopted to measure CT numbers of four objective substances, then CT number Linearity, contrast scales, and uncertainties were calculated. Results Statistically significant differences in CT numbers were found between the two reconstruction algorithms(P < 0.001), The contrast scale of sharp reconstruction algorithm was 1.90×10-4 cm-1·Hu-1, and smooth reconstruction algorithm was 1.79×10-4 cm-1·Hu-1. Conclusions Qualified CT number linearity is important to image quality control in CT scanners, Reconstruction algorithms and uncertainties must be marked in test reports of CT number linearity.
Key words: CT Number Linearity    Contrast Scale    Uncertainty    

我国CT影像质量保证检测规范GB/T17589-1998对水的CT值检测作了明确规定, 这是基于人体接近70%的水分比例, 以及其他组织的CT值都以水的CT值为参照的考虑, 但人体组织的成分是多样的, 还包含软组织、骨骼、脂肪以及气腔等, 为综合评价CT值的准确性, 保证CT机的成像质量, 提高临床诊断的准确性, 有必要考虑增加CT值线性的检测。笔者用Catphan500体模里CTP401模块, 对CT值线性进行了检测和分析。

1 材料与方法 1.1 检测设备

受检设备为GEProspeedⅡ螺旋CT, 检测设备为Catphan500体模中CTP401模块, 该模块含有四种目标物质, 分别为Air (空气, 模仿人体气腔), LDPE (低密度聚乙烯), Acrylic (丙烯酸, 模仿人体软组织)和Teflon (聚四氟乙烯, 模仿人体骨骼), 在66kV时, 其X射线衰减系数分别为:0, 0.177, 0.219和0.374, 对应的标称CT值分别为-1000Hu, -90Hu, 120 Hu和990 Hu。

1.2 检测方法

用标准头部扫描条件扫描CTP401模块, 分别用sharp和smooth算法进行重建, 得到图像, 采用AAPM39号报告中的建议, 在目标物质图像中选取1cm2的ROI面积测量CT值, 然后用excel对测量结果进行处理。

2 结果 2.1 CT值的重复性

在对同一目标物质进行多次扫描时, 由于随机误差, CT值会发生变异, 为表示变异相对于其平均水平的大小, 即相对于算数均数而言标准差的大小, 采用了变异系数来表示CT值的重复性, 公式如下, 式中:S为标准差, X为检测CT值, X为检测CT值的均数, n为扫描次数。

用标准头部扫描条件扫描五次, 分别用sharp和smooth算法重建, 每次扫描后在图像上分别测量四种目标物质的CT值, 每种物质测读五次, 取其平均值, 列于表 1中, 变异系数最大的为sharp算法中LDPE的CT值。

表 1 sharp和smooth重建算法时四种目标物质的CT值和变异系数

从表 1可以发现, 同样的扫描条件, 同样的目标物质, sharp和smooth算法得出的CT值不同, 用配对t检验方法, 分别对四种物质在不同算法下的差异进行检验, 得到tair为49.94, tLDPE为17.27, tacrylic为15.59, tteflon为62.11, 自由度均为4, 查t界值表得P < 0.001, 说明有统计学意义。

2.2 CT值的线性和对比度标度(contrastscale)

物质的CT值与其X射线线性衰减系数成正比的关系称为CT值线性。以已知的线性衰减系数为横坐标, 测得的CT值为纵坐标, 画散点图, 可得sharp和smooth重建算法的直线回归方程, 分别为:

对比度标度为CT值变化一个单位时所对应的X射线衰减系数的变化值, Catphan500使用手册给出的计算公式为:CS =(μ1-μ2)/(CT1-CT2), 事实上, 用直线回归的斜率的倒数来表示更为合理[1], 因为它充分利用了四种目标物质, 更合理地体现了CT设备的性能。CSsharp为1.90 ×10-4cm-1· Hu-1, CS smooth为1.79 ×10-4cm-1· Hu-1, 按照我国军队CT应用质量检测与评审规范[1], CS范围为(1.9 ±0.1)×10-4cm-1.Hu-1, 可以判断两种重建算法的对比度标度都符合要求, 但CSsmooth等于评审规范的下限值。

2.3 检测CT值与标称

CT值的线性和不确定度以标称CT值为横坐标, 检测CT值为纵坐标, 画散点图, 也可得到直线回归程Ŷ=a+bX, 如图 1和图 2所示, bsharp为1.01, 相关系数1.00, b smooth为0.95, 相关系数也为1.00, 按照AAPM推荐的评价标准:b=1 ±0.05, 相关系数r≥ 0.99, 评价结果与用对比度标度判断一致。

图 1 sharp重建算法检测CT值与标称CT值的直线回归

图 2 smooth重建算法检测CT值与标称CT值的直线回归

不确定度是由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的值, 在测量结果表达方面应用广泛, 在CT值的检测中, 可以用剩余标准差来表示CT值的测量不确定度, 其计算公式如下式, sharp重建算法的SY·X为11.75, smooth重建算法的SY·X为85.86。

3 讨论

物质的CT值与其X射线线性衰减系数具有线性关系是CT装置正确成像的物理基础。非线性会引起伪影, 如射线硬化产生的典型的杯状伪影, 康普顿散射引起的阴影或条纹伪影[2], 从而影响图像质量和诊疗, 所以, 确保CT值线性良好是CT设备影像质量控制重要的一环。

相同条件下, 两种不同重建算法所得CT值之间的差异具有统计学意义, 并且对比度标度也不一致, 所以检测CT值线性时, 应注明使用的是什么重建算法, 相应的, 评价标准中也应有不同重建算法的标准值。更为合理的应是分段评价, 比如smooth重建算法, 主要用于软组织成像, 所以acrylic以及与其CT值接近的区域是评价的重点, 这样一来, 四种目标物质就满足不了检测要求, 必然需要增加不同CT值的目标物质, 从而增大样本量, 才能做出符合统计学要求的回归方程, 这样, 对性能体模又提出了新的要求。

检测CT值与标称CT值的直线回归, 其总体回归系数β应为1, 由于抽样误差和CT设备的系统误差或基值的漂移, b值往往不为1, a也不为0, 正如本文中的检测方法, 每个ROI的CT值测读五次, 每个目标物质测五次, 然后取平均值, 这样可以尽可能地减小抽样误差, 从而可以考虑将b和a作为描述CT设备系统误差的重要参数。

不确定度是与测量结果相关联的、合理反映被测量值分散性的一个参数[3], 所以在测试报告中应注明不确定度。根据不确定度计算结果, 可以认为, 在CT值线性的检测中, sharp重建算法优于smooth重建算法。

参考文献
[1]
中国人民解放军大型医疗设备应用技术评审管理办公室. X射线计算机断层扫描装置应用质量检测与评审规范[S].1999.31, 36.
[2]
余晓锷, 卢文广. CT设备原理、结构与质量保证[M]. 北京: 科学技术出版社, 2005: 125-130.
[3]
程荣林. 不确定度及其评估方法[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2001, 21(2): 146.