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)在掃描影像上的長(zhǎng)度(cr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(guò)影像弧度推算層厚,。
受檢設(shè)備:共檢測(cè)10臺(tái)cr設(shè)備,設(shè)各型號(hào)包括有GEMAX640、旦到fATOM AR.T,、GE Sytec3000,、PickerI.Qxtra、GE Sytec S,、GE HiSpeed CT/I(螺旋),。
檢測(cè)方法:①采用斜面(線)法測(cè)量層厚。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cr層厚,。該體模的層厚測(cè)試模塊內(nèi)嵌有一定方向的鴿絲,斜線與模塊上下底面的夾角為23·,掃描層的厚度為ZrTUTU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=X*tan23,。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,將窗寬調(diào)到最窄,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tm23·(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)備自身所帶的靈敏度剖面線(Sensitivity Profile)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利用交叉金屬斜面(線)測(cè)量層厚。
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),。
③利用部分體積效應(yīng)(Partial Volume Effect:PVE)測(cè)量層厚,。
Junji Shimidi提出根據(jù)PVE原理測(cè)量層厚的新方法。斷層跨越兩種不同cr值材料A和B的界面,位置1,A在斷層內(nèi)的厚度為X1’圖象的cr值為CTX1:位置2,A在斷層內(nèi)的厚度為X2’圖象的CT值為CTX2,。斷層僅在A或僅在B中時(shí)圖象CT值分別為CTa和CTb,P=|X1-x2|,則層厚Z為:
Z=P!CTa-crb|/|crx1-crx2|即在設(shè)定層厚下做4次掃描,在CT像上相當(dāng)尺寸ROI上測(cè)得CL,、CTb、crx1,、crx2,實(shí)際測(cè)量位置1,、2床移動(dòng)的距離p,由上式就可算出層厚。
表1 10臺(tái)CT測(cè)試條件和層厚實(shí)測(cè)值(m)
測(cè)試條件 實(shí)測(cè)層厚 mA KV 掃描時(shí)間(s) 標(biāo)稱層厚 方法1 方法2
55 120 4.8 10 9.66 9.77
70 130 3.3 10 9.147 9.24
80 120 5.0 10 10.08 10.20
70 130 3.0 10 9.35 9.46
60 120 3.6 10 9.91 10.03
55 120 4.8 10 9.74 9.81
45 130 3.0 10 9.56 9.66
120 140 1.0 10 9.66 9.78
50 120 4.0 10 6.93 6.95
80 125 4.0 8 6.51 7.02
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棒中各掃一幅圖像:在有機(jī)玻璃和PVC棒界面處掃兩幅圖像,兩次掃描床移動(dòng)一定距離,移動(dòng)距離用卡尺測(cè)量。在棒的圖像中心選直徑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)的范圍在士15%之間,也就是對(duì)于標(biāo)稱層厚為10mm的CT設(shè)備其層厚允許范圍為8.5~11.5mm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cr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,。
討論
1.3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(guò)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)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?靈敏度曲線形狀不同,所測(cè)得的層厚值也會(huì)有差異,。③PVE方法測(cè)層厚假定理想邊界的斷層,與重建算法無(wú)關(guān),。在圖像上選足夠大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)是掃描模體的層面比較多(至少要掃4個(gè)層面),不象前兩種方法,僅需一次掃描即可,。
2.斜面測(cè)試法中斜置角度[4]和交叉斜面測(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45,。,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23,。斜置金屬絲,層厚檢測(cè)影像上金屬絲長(zhǎng)度方向cr分布曲線半高寬為層厚的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,。
3.層厚與Z軸縱向分辨力的關(guān)系,。cr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,cr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(guò),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)各條件相異時(shí)SSP形狀也不盡相同。層厚和層面間距決定cr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,。
4.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2rnrn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)器的問(wèn)隔及探測(cè)器的孔徑大小等等,。層厚越薄,噪聲越大,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。現(xiàn)在cr掃描最薄層厚為0.5mm,僅僅在某些特定檢測(cè)條件下使用,。
5.層厚與劑量的關(guān)系討論,。一般窄的層厚劑量損1末JJT飛衣在何用TZSY云厚朱懺P削l噪聲礎(chǔ)空間?T阱刀恒。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的增加,。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)令劑量得不到充分的利用,。
6.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)在放射治療上。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,。
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檢測(cè)方法:①采用斜面(線)法測(cè)量層厚。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cr層厚,。該體模的層厚測(cè)試模塊內(nèi)嵌有一定方向的鴿絲,斜線與模塊上下底面的夾角為23·,掃描層的厚度為ZrTUTU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=X*tan23,。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,將窗寬調(diào)到最窄,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tm23·(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)備自身所帶的靈敏度剖面線(Sensitivity Profile)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利用交叉金屬斜面(線)測(cè)量層厚。
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),。
③利用部分體積效應(yīng)(Partial Volume Effect:PVE)測(cè)量層厚,。
Junji Shimidi提出根據(jù)PVE原理測(cè)量層厚的新方法。斷層跨越兩種不同cr值材料A和B的界面,位置1,A在斷層內(nèi)的厚度為X1’圖象的cr值為CTX1:位置2,A在斷層內(nèi)的厚度為X2’圖象的CT值為CTX2,。斷層僅在A或僅在B中時(shí)圖象CT值分別為CTa和CTb,P=|X1-x2|,則層厚Z為:
Z=P!CTa-crb|/|crx1-crx2|即在設(shè)定層厚下做4次掃描,在CT像上相當(dāng)尺寸ROI上測(cè)得CL,、CTb、crx1,、crx2,實(shí)際測(cè)量位置1,、2床移動(dòng)的距離p,由上式就可算出層厚。
表1 10臺(tái)CT測(cè)試條件和層厚實(shí)測(cè)值(m)
測(cè)試條件 實(shí)測(cè)層厚 mA KV 掃描時(shí)間(s) 標(biāo)稱層厚 方法1 方法2
55 120 4.8 10 9.66 9.77
70 130 3.3 10 9.147 9.24
80 120 5.0 10 10.08 10.20
70 130 3.0 10 9.35 9.46
60 120 3.6 10 9.91 10.03
55 120 4.8 10 9.74 9.81
45 130 3.0 10 9.56 9.66
120 140 1.0 10 9.66 9.78
50 120 4.0 10 6.93 6.95
80 125 4.0 8 6.51 7.02
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棒中各掃一幅圖像:在有機(jī)玻璃和PVC棒界面處掃兩幅圖像,兩次掃描床移動(dòng)一定距離,移動(dòng)距離用卡尺測(cè)量。在棒的圖像中心選直徑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)的范圍在士15%之間,也就是對(duì)于標(biāo)稱層厚為10mm的CT設(shè)備其層厚允許范圍為8.5~11.5mm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cr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,。
討論
1.3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(guò)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)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?靈敏度曲線形狀不同,所測(cè)得的層厚值也會(huì)有差異,。③PVE方法測(cè)層厚假定理想邊界的斷層,與重建算法無(wú)關(guān),。在圖像上選足夠大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)是掃描模體的層面比較多(至少要掃4個(gè)層面),不象前兩種方法,僅需一次掃描即可,。
2.斜面測(cè)試法中斜置角度[4]和交叉斜面測(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45,。,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23,。斜置金屬絲,層厚檢測(cè)影像上金屬絲長(zhǎng)度方向cr分布曲線半高寬為層厚的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,。
3.層厚與Z軸縱向分辨力的關(guān)系,。cr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,cr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(guò),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)各條件相異時(shí)SSP形狀也不盡相同。層厚和層面間距決定cr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,。
4.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2rnrn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)器的問(wèn)隔及探測(cè)器的孔徑大小等等,。層厚越薄,噪聲越大,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。現(xiàn)在cr掃描最薄層厚為0.5mm,僅僅在某些特定檢測(cè)條件下使用,。
5.層厚與劑量的關(guān)系討論,。一般窄的層厚劑量損1末JJT飛衣在何用TZSY云厚朱懺P削l噪聲礎(chǔ)空間?T阱刀恒。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的增加,。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)令劑量得不到充分的利用,。
6.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)在放射治療上。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,。
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