噪声是CT图像中点与点之间亮度的差异，它的大小可以用图像中某个感兴趣区CT值的标准偏差来表示^[1]。噪声会降低CT图像中物体和结构的可见性，在相对较低的对比度情况下其影响程度尤为显著，当噪声高至一定程度，某些病灶将难以被发现进而造成漏诊^[2]。

CT图像噪声主要受到达探测器的X射线光子数量的影响，因此能影响到达探测器接收到的X射线的因素，如管电流、峰值电压、扫描时间、重建层厚、物体厚度(在本文中即水模体直径)、物体衰减因子和探测器像素尺寸等均能够影响图像噪声^[3-4]。噪声水平是与成像质量密切相关的性能参数，CT噪声的检测与评价也是CT质量控制的重要指标之一。目前我国CT质量控制检测标准未对噪声检测使用的水模体直径作出明确和统一的规定^[5]，考虑到采用的水模体直径可能会对噪声测量值有影响，本研究使用5种不同直径的水模体，选择两档剂量和不同重建层厚对CT值(水)和噪声进行检测，探讨模体直径和重建层厚对噪声测量值的影响，为完善我国CT质量控制标准提供数据支持。

1 材料与方法 1.1 设备

美国GE公司生产的Revolution型256排CT机，生产时间为2017年5月。

1.2 模体

采用内径分别为16、18、20、22、24 cm，长度10 cm的圆柱状水模体。模体外壳材质均为5 mm厚聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，水模体内中空，检测时装满去离子水。

1.3 方法

分别将直径分别为16、18、20、22、24 cm的圆柱型均质水模体放置在诊断床上，使其圆柱轴线与扫描层面垂直并处于扫描野中心。在总准直宽度40 mm，采用头部扫描模式，加权CT剂量指数(CTDI_w)分别为30.20 mGy(扫描条件：120 kV、200 mAs)和49.82 mGy(扫描条件：120 kV、330 mAs)的条件下，对水模体中间层面轴向扫描一圈，DFOV为23 cm，标准重建算法。扫描时图像重建层厚分别选取5和10 mm。

在图像中心选取直径5 cm的圆形感兴趣区(ROI)，测量该ROI的平均CT值作为CT值(水)的测量值；该ROI的CT值的标准偏差除以对比度标尺(CT_水-CT_空气)作为噪声的测量值。比较不同水模体直径、不同层厚、不同剂量条件下噪声的差异。

2 结果 2.1 不同直径水模体对噪声的影响

分别在两种不同剂量条件下对水模体进行扫描。重建层厚为10 mm时不同直径水模体的CT值(水)和噪声测量值见表 1，重建层厚为5 mm时不同直径水模体的CT值(水)和噪声测量值见表 2。

从表 1可以看到，在大小两档剂量条件下噪声测量值均随水模体直径增大而增大。在CTDI_w为49.82 mGy，水模体直径为24 cm时的噪声值已超过现有检测标准《X射线计算机断层摄影装置质量保证检测规范》GB 17589-2011(以下简称GB 17589-2011)^[5]的限值规定(验收检测，< 0.35%)，CTDI_w为30.20 mGy时，使用直径为22和24 cm的水模体扫描的图像噪声均超出了验收检测的限值。高剂量条件噪声测量值显著低于低剂量条件。表 2显示，5 mm重建层厚时噪声测量值同样随水模体直径增大而增大，趋势与表 1的结果相同。不同直径和不同剂量时的CT值(水)测量值基本稳定。

2.2 不同重建层厚对噪声的影响

表 1和表 2给出了不同剂量、不同水模体直径时，重建层厚为10和5 mm时的噪声测量值。结果显示，在CTDI_w分别为49.82、30.20 mGy，层厚为5 mm时噪声测量值均大于10 mm层厚。

同时，根据Brooks公式^[2]：$\text{ }\!\!\delta\!\!\text{ }=\text{C}\sqrt{\frac{B}{{{W}^{3}}h{{D}_{0}}}}$，式中，δ为CT值的标准偏差，B为物体的衰减因子(B=e^-μd，μ为平均线性吸收系数，d为物体厚度，即水模体直径)，W为像素尺寸，h为层厚，D₀为皮肤剂量最大值，C表示计量效率的常数。噪声与层厚平方根的倒数成正比，将5 mm层厚噪声值修正至10 mm层厚的噪声值：${{\text{n}}_{10}}={{\text{n}}_{\text{T}}}\sqrt{\frac{T}{10}}$，式中：n₁₀为10 mm时的噪声，n_T为实际层厚为T时噪声的测量值，T为层厚，单位为mm。如表 3所示，修正后的噪声值与10 mm层厚下真实测量值高度相符，差值最大者仅为-0.02%。

3 讨论

噪声是CT质量控制检测中的一项重要指标，它直接影响CT图像的低对比分辨力，当病变组织与周围正常组织的X射线线性衰减系数相似时，高噪声CT图像将无法分辨此病灶^{[2, 6]}。此外，CT图像的噪声明显增大是发生故障的前兆，应立即进行检查处理。如前所述，能影响到达CT机探测器的X射线光子数量的因素均能对噪声产生影响。管电压和管电流时间积是主要的影响因素^[7]，分别决定了射线的线质和数量，管电压和管电流设定值越高，X射线穿透能力越强，到达探测器的射线数量就越多，因而噪声越小。但需考虑患者剂量，不同部位需采用不同的管电压和管电流时间积^{[8, 9]}；同理，层厚越大，螺旋扫描螺距越小，到达探测器的光子数量越多，图像噪声越低^{[2, 10-11]}。

目前我国CT质量控制检测标准GB 17589-2011^[5]中对水模体辐射剂量范围已有规定(CTDI_w≤50 mGy)，而对所选用的水模体直径没有比较明确和统一的要求。我国的医药行业标准YY/T 0310-2015标准^[12]规定使用直径为20 cm水模体，美国医学物理学家协会(AAPM)规定使用直径为8.5 in(约21.6 cm)的水模体，目前大部分CT厂家为医院配备的用于CT值校准的水模体直径为20 cm，GE为用户配的水模体直径为21.6 cm。刘景鑫等^[2]利用GE公司自带的水模体和直径分别为12.8、35.0、48.6 cm的塑料模体研究了不同直径体模对噪声的影响，发现噪声随模体直径增大而增大；陈志安^[10]等选择直径为8、12、20 cm水模体，同样发现噪声随水模体直径增大而增大；胡斌^[13]等使用20 cm水模体，验证了噪声随剂量和重建层厚增大而减小。以上研究结果与本研究一致。

为验证水模体直径对CT图像噪声的影响和分析噪声随水模体直径的变化趋势，本研究通过控制其他因素不变的方法，按照现行质量控制检测标准GB 17589-2011^[5]关于噪声的检测要求和方法，选择更宽范围的水模体直径(16~24 cm)对噪声进行测量分析, 加工了相同材质的5种不同直径的水模体，保证了衰减因子的一致性；根据GB 17589-2011中CTDI_w不超过50 mGy的要求，我们通过设置管电压、管电流和扫描时间选定高剂量和中剂量两档CTDI_w值(49.82和30.20 mGy)进行不同直径水模体的噪声测量。本研究结果显示在噪声检测时，使用更大直径的水模体容易出现噪声测量值偏高的现象，如CTDI_w在49.82和30.20 mGy时，直径24和22 cm的水模体扫描图像的噪声值均已超出了标准限值。相同地，随模体直径减小噪声会逐渐降低，如所用检测模体直径过小可能导致一些原本噪声偏大的CT机也会显示出偏低的噪声水平。因此噪声测量采用的水模体直径很重要，过小或过大的水模体直径会影响噪声的检测结果。此外，本研究也验证了CT图像噪声随剂量增大而减小，以目前检测中常用的20 cm直径的水模体为例，噪声从CTDI_w为49.82 mGy时的0.27升高至CTDI_w为30.20 mGy时的0.34，接近噪声验收检测时的限值规定(< 0.35%)。因此，本文结果提示噪声检测时，剂量选择接近50 mGy的条件下, 18~22 cm可能是比较合理的水模体直径范围。

层厚是指扫描野中心处灵敏度剖面曲线的半值全宽，在目前CT质量控制检测时噪声测量要求选择层厚10 mm进行测量^[5]，但在有些CT机如不能设置10 mm的重建层厚时，根据GB 17589-2011起草人对标准的宣贯讲解，应对其修正至重建层厚为10 mm的噪声值。如前述，根据Brooks公式噪声与层厚平方根的倒数成正比，可用如下公式进行修正：${{\text{n}}_{10}}={{\text{n}}_{\text{T}}}\sqrt{\frac{T}{10}}$。经该公式修正后的噪声值与实际测量值高度相符，本研究验证了该公式的可靠性。

综上所述，本研究通过控制其他可变因素，利用不同直径的水模体，分析了水模体直径、重建层厚和剂量等因素对CT值(水)和噪声的影响，为我国CT质量控制检测标准的修订提供了实验数据支持。