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CT性能检测500

  • 产品详情

实验条件


千伏

120kV

mAs

350mAs

层厚

5mm

剂量

70.1mGy

CT性能检测500.jpg

        让我来为那些了解 CT 图像性能检测,而对多层螺旋CT 机不是很熟悉的物理师写个概要。多层螺旋 CT 影像重建原理和普通 CT 影像重建原理一样。都是利用从探测器得到的数据(探测器环绕在病人四周)来进行病人影像重建。两者的不同点是:普通 CT 图像数据来自于单排探测器,多层螺旋 CT 图像数据来自于多排探测器。多层螺旋 CT 扫描时,病人躺在床上通过机架向前移动,同时球管环绕病人旋转,探测器排通过病人和机架移动进行变换(查看下一页图解)。影像重建另一个变量来自:当病人扫描层从一排探测器移到下一排探测器时,系统影像重建就基于相关排的探测器加权平均数。从这种方式来讲,多层螺旋 CT 和螺旋或螺旋状单层 CT 类似,但是多层螺旋 CT 的重建数据来自于多排探测器的组合层,而不是移动单层图片的简单内插。此外,多层螺旋 CT 的影像重建在需要解决的难关和

        变数的细节方面还包括焦点变量和散射问题。因为每个多层螺旋CT影像的重建数据来源于线束的不同位置和不同探测器排,所以整个图像质量差别很小。每层图象均由所有探测器加权平均后读取。然而,如果你用“step and shoot(步进式扫描)”模式,则每层图象可能由单排探测器扫描(探测器排数取决于层厚), 在这种情况下不同层之间的差异非常明显。多层螺旋 CT 的“step and shoot(步进式扫描)”模式在操作上和普通 CT 相似,固定病人床的位置作一次扫描,然后移动病人床到下一个位置,对模体的下一个部分作一次扫描。例如,使用 step and shoot(步进式扫描)模式进行 8 层扫描时,可以预期中间第 4 和第 5 层将比靠外边的第 1 和第 8 层有更好的均匀性,这是由系统 X 线束的几何特性所决定的。然而,如果第 1 和第 8 层或第 4 和第 5 层的均匀性不一样,则表明系统存在问题。当使用步进式扫描模式来评估 CT 系统时,注意所选择的被测物体要能覆盖探测器的整个宽度。如果被测物体比断层更窄,则需移动床作一系列的扫描以使被测物体能被所有有效探测器扫描到。对于CT性能的评估,我推荐使用不同的多层螺旋实验方案来扫描整个模体,同时使用步进式扫描方法对珠子斜面和均匀性模块进行扫描,珠子斜面模块能检测断层几何特性和 MTF,均匀性模块能检测断层的信噪比和均匀性

这是多层螺旋 CT 层扫描示意图,简单地解释了断层利用不同探测器所搜集的数据进行影像重建。当断层 1 移动到探测器 A 的时候,第一个图像序列选择病人开始的断层(断层 1)。当球管继续旋转,病人床继续向机架移动之时,断层 1 移到探测器 B 处。同时,原来处于探测器外的断层 2 移到探测器 A 处。这个过程一直持续到病人最后的被选区域通过全部的有效探测器排。模体 位置摆放

500 在 CT 机中的摆放是将其挂靠在箱子上。将模体的箱子放在病人床上靠机架的末端,箱子上折页朝机架相反方向。最好是将箱子直接放置在病人床上,而不是床垫上。

打开箱子,将盖子旋转至 180 0 位置。如果你要使用套环,则需要在箱子里额外增加重量以在重量上和模体平衡。可以使用病人缚带来增加稳定性。将模体从

箱子里拿出来,将其挂靠在箱子朝向机架的一头。确保挂靠模体后箱子保持平衡,以防模体发生倾翻。用水平尺和调节螺母来调节模体的水平。模体调节水平后,沿着箱子的末端滑动模体,使模体顶部的中心定位点和CT系统X轴的激光对准线一致。用病人床 的高度和标定指数,将第一个模块(CTP401 或CTP404,断层几何模块)侧面和顶部的定位点对准CT系统的激光对准线。

Z 轴扫描位置可从扫描定位器上选择,通过层厚斜线将断层的中心定位于图像的十字交叉点。

扫描第一部分模块(CTP401 或 CTP404),并检查图像以确定位置对准是否正确,判断方法示意图见后面的部分: 模体放置位置

500 示意图

500-示意图.jpg

500 检测模体距离参数:模块 距离第 1 个部位中心距离

CTP401,CTP528,21 线对高分辨率模块 30mm,CTP528 点源 40mm,CTP515,低对比度模块 70mm,CTP486,成像一致性模块 110mm

Catphan 600 检测模体距离参数:

模块 距离第 1 个部位中心距离

CTP404

CTP528,21 线对高分辨率模块 70mm

CTP528,点源模块 80mm

CTP515,低对比度模块 110mm

CTP486,成像一致性模块 150mm

模体 位置 摆放校准

通过评估第 1 模块( CTP401 )的影像可判断模体的位置摆放和排列是否正确。这个模块包括 4 个金属丝斜面,斜面的角度为 23 0 ,下面的示意图表明如果扫描中心位置在这个检测模块Z轴中心位置的上面或下面,斜线图像将是如何变化的。使用滤线栅图像功能也许可以帮助进行模体位置的评估。

1.jpg

2.jpg


CTP401 模块,检测层厚,CT 值线性 和像素尺寸


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测量Z轴对准的精度,只需要测量斜线中心到模体中心和CT值样本的距离。将这个距离 A 乘以 0.42,得到的结果是 Z 轴对准的精度。对于 X 轴和 Y 轴的精度,使用栅格功能去测量模体中心位置到扫描区域中心或得到中心像素的位置。定位器,导杆或查看界面的精度也可以进行检测。进行这个检测需要完成模体的定位扫描。在金属斜线的十字交叉点进行轴向扫描。扫描轴向切口,并按照上面的方法讨论不准确度扫描 断层 几何特性(层厚)第 1 部分模块有两对 23 0 金属斜线:一对平行于X轴;另一对平行于Y轴。这两对金属斜线用来测量层厚,如前面一节那样进行不准确度的检测。使用 23 0 金属斜线来测量层厚。斜线角度在X-Y的图像平面上进行了 2.38 倍的三角倍数放大。为测量层厚(Zmm),可测量四条金属斜线中任何一条的半高宽(FWHM),然后将所测量的长度乘以 0.42


 病人定位 系统检测集激光灯,光学元件和机械对准元件于一身的病人定位系统可以进行精确检测。模体外框上的白点与定位灯的对准在 模体位置摆放那一节讨论过。扫描图像如何得到更好的对准效果在 模体位置 摆放 校准那一节讨论过。

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(Zmm)= FWHM×0.42

   为了从图像上得到金属线的 FWHM,你需要知道金属线 CT 值的峰值及背景值。将 CT 的“窗宽”关到 1 或最小的设置。移动 CT 的“窗位”到金属斜线全部消失到只剩下一点的时候。在这个位置的 CT“窗位”值将是你所需要的峰值或者说最大值。使用“感兴趣区”功能确定斜线周围区域的 CT 值即背景 CT 值。使用上面的 CT 值,来得到半高宽值:

首先计算最大差值… (CT#峰值-背景 CT 值=CT#最大差值)

计算 50%的最大差值… (CT#最大差值÷2=50% CT#最大差值)

计算 CT 的半高全宽值… (50% CT#最大差值+CT#背景值=CT 的半高全宽值)现在你知道了 CT 的半高全宽值后,你就可以测量斜线的半高宽了。将 CT机的窗位设置为 CT 的半高全宽值,将窗宽设置为最小。测量金属线图像的长度,

这就是我们需要的 FWHM。将 FWHM 乘以 0.42 就得到了层厚。

扫描增量利用金属斜线测量CT机层与层之间的扫描增量以及床的移动距离。使用固定的层厚(例如 5mm)扫描第 1 部分模块。移动床的一个层厚的距离(例如 5mm)然后做第二次扫描。对每个斜线图像的中心建立X轴和Y轴坐标。计算这些点之间的距离,然后将距离乘以 23 斜线角度的修正因子 0.42 .


5.jpg


0.42×(L1-L2)=扫描增量这项检测也可用来测量床的增量精度。扫描模块,然后将床向机架移动30mm,再退出机架 30mm,再次扫描。斜线中心点在两幅图像中应处于同样的两个连续 5mm扫描层的示意图。L1 是第一个扫描图像中 23 0 斜线上的中心点;L2 是第二个扫描图像中 23 0 斜线上的中心点;


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两个连续 5mm扫描层的示意图。L1 是第一个扫描图像中 23 0 斜线上的中心点;L2 是第二个扫描图像中 23 0 斜线上的中心点;0.42×(L1-L2)=0显示 系统圆对称性这个圆形模体部件用来检测 CT 影像的圆对称性,包括 CT 显示系统的校准。如果出现的是椭圆形图像,则表示需要调整显示系统的 X-Y 轴平衡。 

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测量 X 轴和 Y 轴的空间线性像素尺寸的空间线性检测

这个模块有四个孔(其中一个有特氟纶插槽)。这些洞直径 3mm,相距 50mm,位于中心的四周。测量这些洞中心点之间的距离,可以得到 CT 机的空间线性。另一个应用是用来计算孔的中心之间包含的像素数目,已知孔的中心之间距离为50mm 和像素数目后,就可得到像素尺寸。特氟纶插槽仅仅用于分辨和定位之用。特氟纶插槽位置可以改变的特点,使得可以用于多个 Catphan 模体使用之时,通过对模体第一模块的成像就可以分辨处所使用的各个模体。丙烯酸对比度 球 靶模块包含 5 个丙烯酸球,位于一个 30mm 直径的圆形模块里。这些球体用来检测 CT 机的图像体积里的平均球体功能。球体的直径分别为 2,4,6,8 和 10mm。CT 值线性 (CT 值线性 )环绕在金属层厚斜坡周围有 或 7 个高对比度 CT 值线性靶区。其中三个的材料是:特氟纶,丙烯酸和低密度聚乙烯(LDPE)。第四个的材料是空气。这

些靶的 CT 值范围从+1000H 到-1000H。定期检测这些 CT 值线性靶区的值可以提供一些有用的信息,指示 CT 机的性能变化。线性衰减系数 μ[ 单位 cm -1 ]

(特氟纶) (聚甲醛树脂) (丙烯酸) (聚乙烯) (水) (低密度聚乙烯)   (聚甲基戊烯) (空气)


21 线对/ 厘米 高分辨率模块 和 点源

这个模块有 1 到 21 线对/厘米的高分辨率检测卡和两个脉冲源(点珠),这两个点珠是同一种材料。点珠位于 Y 轴上距模体中心 20mm 远的上、下的位置处,在 Z 轴方向上距线对卡中心的距离为 2.5 和 10mm。在以前的 CTP528 模块上,点珠和线对卡一样排列在 Z 轴上用于点扩展 函数和 MTF 的点珠源利用脉冲源可检测 CT 系统的点源响应函数。打印脉冲源邻近区域的数字图像。用这些数字数据可得到脉冲源引起的 CT 值的两维分布图。点扩展函数数字数据最适合的曲线决定点扩展函数的 FWHM(半高宽)。计算脉冲响应函数几个不同分布的平均值,得到系统的平均点扩展函数。这些数字数据与傅立叶转换方程式结合,可评估 CT 系统(MTF)的 2 维空间频率响应特性。碳化钨点珠的直径为 0.011 英寸或 0.28mm。因为点珠的尺寸小于像素尺寸,所以不需对其进行补偿。然而,有一些 MTF(调制传递函数)被设计成对其进行补 

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微信截图_20211021142428.png

以上的示意图显示如何将点扩展函数(PSF)纵栏(Y 轴)求和,而得到线扩展函数(LSF)横栏(X 轴)。


微信截图_20211021142511.png

空间频率(Lp/cm)由 LSF(线扩展函数)数据的傅立叶转换而得到 MTF(调制传递函数)曲线。


一般这个操作是由软件自动完成。有一些 CT 自带的软件可以计算 Catphan 模体上点珠图像的 MTF(调制传递函数)。自动化 CT 机 机 MTF 程序的许多制造厂商都会把自动化 MTF 软件放入仪器的标准软件包里。因为点珠被置于和水密度不同的环氧树脂本底环境里,所以软件必须输入本底值。选择0.28mm 作为点珠的尺寸。由于点珠产生的密度曲线图和金属丝或圆柱体的十字交叉部分产生的密度曲线图不一样,所以实际差别在目前 CT 机上并不明显。用于 断层 灵敏度曲线 的点珠源这个模块里的点珠可用来计算断层灵敏度曲线(SSp)

未标题-3.jpg

上图显示了点珠在 3 维重建中将如何生成一个卵形目标。在半高宽(FWHM)时,卵形目标的长度显示为灵敏度曲线(SSP)。通过点珠的矢状或冠状重建,这个测量在很多系统上可以很容易地得到。重建中的点珠图像显示为一根小线条。通过设置 FWHM(使用在 扫 描 断层 几何特性里讲到的方法)来测量点珠图像得到的灵敏度曲线(SSP)的 Z 轴长度。如果 CT 机没有测量矢状或冠状位面里的 Z 轴长度的功能,灵敏度曲线(SSP)也可以这样得到:增加或旋转断层来包含点珠,然后在正轴和负轴床的方向上对点珠进行重建(使用最小层厚进行扫描),再测量每层点珠图像的 CT 峰值。作为 Z 轴床位置的函数,从点珠 CT 峰值的测量可得到 FWHM 值。21 线对/ 厘米高分辨率 线对 卡21 线对/厘米高分辨率线对卡可用于分辨率检测,它的分辨率量程从 1 个线对/厘米到 21 个线对/厘米。在 21 线对检测中,卡的精度是+0.5 线对,更低的线对检测中的精度更好。卡是用 2mm 厚的铝片制成的,包含在环氧树脂中。由于断层厚度的选择的关系,归一到平均体积大小,对比度水平将不同。

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CTP515 低对比度模块 ,有 外圈 和 内圈 


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模块中的低对比靶块的尺寸和对比度如下:

外圈靶块尺寸

2.0mm 

3.0mm

4.0mm

5.0mm

6.0mm

7.0mm

8.0mm

9.0mm

15.0mm

内圈靶块尺寸

3.0mm

5.0mm

7.0mm

9.0mm


外圈和内圈靶都有三种对比度水平:

0.3%

0.5%

1.0%


给定了靶块对比度的值,但是在检测对比度性能前,需要重新确定靶块的实际对比度。测量感兴趣区得到实际的对比度,然后测量邻近的本底区域。对几个扫描区的测量值取平均值,去确定靶块的实际对比度。同时测量邻近背景区域对靶区的测量也是很重要的,因为“杯状”和“帽状”效应可导致各扫描区域之间的 CT 值不同。感兴趣区不要太靠近边缘。感兴趣区的直径至少要有 4×4 个像素。

因为低对比度测量存在“噪音”,所以应取多个扫描区域测量值的平均值。注意 mAs 的设置,因为随着 X 线曝光量的增加,光子量也将增加。利用在各种噪声水平下视觉能分辨的靶区尺寸来评估对比度细节曲线上的信息。在每组对比度里所有靶的对比度都是来自同样单一的混合物,那样能确保所有靶区的对比度是相同的。下面的等式可用来将测量对比度和尺寸转换为其它规格的对比度和尺寸(测量对比度)*(视觉能分辨出的最小靶直径)=常数

例如:5mm直径 @ 0.3% = 3mm直径 @ 0.5%

除了外圈靶区(靶的 Z 轴尺寸比最大层厚还要长),CTP515 低对比模块还

包括内圈靶区(靶的 Z 轴尺寸比层厚要短)。内圈靶区位于模块的内部检测圆里。内圈靶和对比度是 1.0%的外圈靶一样,来自同样的混合体。因为他们都来自一样的混合体,所以在内圈靶实际对比度的测量上,外圈靶可以用来确立对比度值。内圈靶的 Z 轴方向的长度是 3,5 和 7mm,直径分别为 3,5,7,和 9mm。内圈靶可见性的评估有助于理解 CT 机的不同螺旋成像设置,以及这些设置在低对比度的背景下是如何影响小物体的可见性的

5.jpg

微信截图_20211021142818.png

图像均匀性模块是一个均匀材质的模块。这种物质的 CT 值在标准扫描方案中,与水的密度的偏差在1%(20H)内。典型的 CT 报告值从 5 H 到 18 H。这个模块用来测量空间均匀性,CT平均值和噪声。CT系统的精度由感兴趣区(ROI)内的 CT 平均值和相应的 CT 值标准偏差来衡量。这些测量取自扫描区内不同地方。


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SPECT模体检测现场


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