測試原理:現有體模測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),則通過影像弧度推算層厚。
受檢設備:共檢測10臺cr設備,設各型號包括有GEMAX640,、旦到fATOM AR.T,、GE Sytec3000、PickerI.Qxtra,、GE Sytec S,、GE HiSpeed CT/I(螺旋)。
檢測方法:①采用斜面(線)法測量層厚,。美國體模實驗室生產的Catphan體?？梢杂眯泵娣ê徒徊嫘泵娣▉頊y量cr層厚。該體模的層厚測試模塊內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斜線的像長度X是掃描層內斜線真實長度在模塊底面平行的平面上的投影,。因此,Z=X*tan23,。在實際應用中,采用設備的標準頭部掃描條件,對層厚模塊進行掃描。在體模位置擺正的前提下,掃描所得的圖像如圖1所示,。對圖1,將窗寬調到最窄,窗位調到等于圖像和背景CT值的平均值,調用設備所帶的測距(distance)功能測量上,、下、左,、右4條線的長度,取其平均值,把所得平均值乘以tm23·(0.42),即得出層厚的實測值,。或者無需調節(jié)窗寬窗位,調用設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夾角的正切值,即等于層厚的實測值,。
②利用交叉金屬斜面(線)測量層厚,。
交叉斜面(線)測量層厚模塊是在體模內置有相交成一定角度的斜面(線)。
③利用部分體積效應(Partial Volume Effect:PVE)測量層厚,。
Junji Shimidi提出根據PVE原理測量層厚的新方法,。斷層跨越兩種不同cr值材料A和B的界面,位置1,A在斷層內的厚度為X1’圖象的cr值為CTX1:位置2,A在斷層內的厚度為X2’圖象的CT值為CTX2。斷層僅在A或僅在B中時圖象CT值分別為CTa和CTb,P=|X1-x2|,則層厚Z為:
Z=P!CTa-crb|/|crx1-crx2|即在設定層厚下做4次掃描,在CT像上相當尺寸ROI上測得CL,、CTb,、crx1、crx2,實際測量位置1,、2床移動的距離p,由上式就可算出層厚,。
表1 10臺CT測試條件和層厚實測值(m)
測試條件 實測層厚 mA KV 掃描時間(s) 標稱層厚 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
實驗時,體模置于掃描孔中心,棒與掃描孔同軸,無床、機架傾斜,。用標稱層厚在有機玻璃和PVC棒中各掃一幅圖像:在有機玻璃和PVC棒界面處掃兩幅圖像,兩次掃描床移動一定距離,移動距離用卡尺測量,。在棒的圖像中心選直徑2cm的ROI測CT值。
結果
10臺CT設備的標稱層厚、測試條件及由方法1和方法2測量計算出的實際層厚值列于表1,。目前國家有關CT規(guī)范規(guī)定CT設備層厚()5mm)的范圍在士15%之間,也就是對于標稱層厚為10mm的CT設備其層厚允許范圍為8.5~11.5mm之間,標稱層厚為8mm的設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所得的結果衡量,設備9和設備10的層厚都不合格,。如用方法2的結果衡量,則只有設備9的層厚指標不合格,。表2列出了cr設備不同層厚下的噪聲測量值和高對比度分辨力結果。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種測量方法的比較,。①斜面(線)法比較簡單實用。在測量時只需利用設備測距功能或靈敏度剖面線功能測出投影的長度,乘上一個系數即為實測的層厚值,。但它在使用過程中要求模塊位置必須與進床位置正交,否則會影響測量結果的精確性,。方法2計算起來比較復雜,但它可以消除斜面擺放的方向誤差,所得的結果比較可靠。事實上方法1是方法2的一個特例,。②設備的重建算法會影響方法1和方法2的測試結果,。因為重建算法不同,靈敏度曲線形狀不同,所測得的層厚值也會有差異。③PVE方法測層厚假定理想邊界的斷層,與重建算法無關,。在圖像上選足夠大ROI測CT值,將噪聲的起伏平均掉,具有測量精確,、重復性好的特點。但這種方法的缺點是掃描模體的層面比較多(至少要掃4個層面),不象前兩種方法,僅需一次掃描即可,。
2.斜面測試法中斜置角度[4]和交叉斜面測試法中層面厚度的考慮,。早期用于測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層厚是1:1的關系,降低了層厚檢測的精度,后來層厚檢測模塊采用了23,。斜置金屬絲,層厚檢測影像上金屬絲長度方向cr分布曲線半高寬為層厚的2.5倍,層厚檢測的精度提高了,這對于高檔機中薄層掃描的層厚檢測更為有利,。用交叉斜面方法測量層厚時,所用的斜面應盡量薄,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軸縱向分辨力的關系,。cr在Z軸上的分辨力由實際的層厚寬度決定,而這個層面寬度又由層靈敏度剖面線(SSP)決定,。理想狀態(tài)下,cr掃描設備的SSP應為矩形,也就是說,在層面寬度內有射線穿過,而在層面寬度之外完全不接受射線。然而,在實際應用中,SSP所呈現的形態(tài)不是矩形,而是呈一正態(tài)分布,。不同設備的SSP形狀不同,同一設各條件相異時SSP形狀也不盡相同,。層厚和層面間距決定cr設備的Z軸分辨力,Z軸分辨力通常為層厚或層面間隔的兩倍。
4.層厚與空間分辨力及密度分辨力的關系,。理論上層厚越薄,空間分辨力越好,。但在體模測試的實驗中,當層厚由10mm變至2rnrn時,空間分辨力變化并不明顯,這是因為測試體模在縱向變化不大的緣故。換句話說,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系并不大,決定X-Y平面的分辨力主要是探測器的問隔及探測器的孔徑大小等等,。層厚越薄,噪聲越大,密度分辨力就會降低:而且由于切層薄,掃描的層數就會增加,病人接收的X線劑量的總量增加?，F在cr掃描最薄層厚為0.5mm,僅僅在某些特定檢測條件下使用。
5.層厚與劑量的關系討論,。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,、掃描時間來成像,探測器的光子數隨著層厚的加寬而線性的增加,。例如,把層厚從1mm增大到3mm,則探測器的光子數也將增加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,。降低層厚通常會導致半影的相對增加,這樣就會令劑量得不到充分的利用,。
6.層厚與放射治療的關系。從某種程度上說,層厚這項參數精確與否最直接的影響是表現在放射治療上,。由于一般放射治療采用CT圖像來定位,如果層厚值不精確,勢必會影響對實施放療的范圍大小,這樣導致的嚴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謂地被照射到,兩種情況都會損害到患者的切身利益,。
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受檢設備:共檢測10臺cr設備,設各型號包括有GEMAX640,、旦到fATOM AR.T,、GE Sytec3000、PickerI.Qxtra,、GE Sytec S,、GE HiSpeed CT/I(螺旋)。
檢測方法:①采用斜面(線)法測量層厚,。美國體模實驗室生產的Catphan體?？梢杂眯泵娣ê徒徊嫘泵娣▉頊y量cr層厚。該體模的層厚測試模塊內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斜線的像長度X是掃描層內斜線真實長度在模塊底面平行的平面上的投影,。因此,Z=X*tan23,。在實際應用中,采用設備的標準頭部掃描條件,對層厚模塊進行掃描。在體模位置擺正的前提下,掃描所得的圖像如圖1所示,。對圖1,將窗寬調到最窄,窗位調到等于圖像和背景CT值的平均值,調用設備所帶的測距(distance)功能測量上,、下、左,、右4條線的長度,取其平均值,把所得平均值乘以tm23·(0.42),即得出層厚的實測值,。或者無需調節(jié)窗寬窗位,調用設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夾角的正切值,即等于層厚的實測值,。
②利用交叉金屬斜面(線)測量層厚,。
交叉斜面(線)測量層厚模塊是在體模內置有相交成一定角度的斜面(線)。
③利用部分體積效應(Partial Volume Effect:PVE)測量層厚,。
Junji Shimidi提出根據PVE原理測量層厚的新方法,。斷層跨越兩種不同cr值材料A和B的界面,位置1,A在斷層內的厚度為X1’圖象的cr值為CTX1:位置2,A在斷層內的厚度為X2’圖象的CT值為CTX2。斷層僅在A或僅在B中時圖象CT值分別為CTa和CTb,P=|X1-x2|,則層厚Z為:
Z=P!CTa-crb|/|crx1-crx2|即在設定層厚下做4次掃描,在CT像上相當尺寸ROI上測得CL,、CTb,、crx1、crx2,實際測量位置1,、2床移動的距離p,由上式就可算出層厚,。
表1 10臺CT測試條件和層厚實測值(m)
測試條件 實測層厚 mA KV 掃描時間(s) 標稱層厚 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
實驗時,體模置于掃描孔中心,棒與掃描孔同軸,無床、機架傾斜,。用標稱層厚在有機玻璃和PVC棒中各掃一幅圖像:在有機玻璃和PVC棒界面處掃兩幅圖像,兩次掃描床移動一定距離,移動距離用卡尺測量,。在棒的圖像中心選直徑2cm的ROI測CT值。
結果
10臺CT設備的標稱層厚、測試條件及由方法1和方法2測量計算出的實際層厚值列于表1,。目前國家有關CT規(guī)范規(guī)定CT設備層厚()5mm)的范圍在士15%之間,也就是對于標稱層厚為10mm的CT設備其層厚允許范圍為8.5~11.5mm之間,標稱層厚為8mm的設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所得的結果衡量,設備9和設備10的層厚都不合格,。如用方法2的結果衡量,則只有設備9的層厚指標不合格,。表2列出了cr設備不同層厚下的噪聲測量值和高對比度分辨力結果。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種測量方法的比較,。①斜面(線)法比較簡單實用。在測量時只需利用設備測距功能或靈敏度剖面線功能測出投影的長度,乘上一個系數即為實測的層厚值,。但它在使用過程中要求模塊位置必須與進床位置正交,否則會影響測量結果的精確性,。方法2計算起來比較復雜,但它可以消除斜面擺放的方向誤差,所得的結果比較可靠。事實上方法1是方法2的一個特例,。②設備的重建算法會影響方法1和方法2的測試結果,。因為重建算法不同,靈敏度曲線形狀不同,所測得的層厚值也會有差異。③PVE方法測層厚假定理想邊界的斷層,與重建算法無關,。在圖像上選足夠大ROI測CT值,將噪聲的起伏平均掉,具有測量精確,、重復性好的特點。但這種方法的缺點是掃描模體的層面比較多(至少要掃4個層面),不象前兩種方法,僅需一次掃描即可,。
2.斜面測試法中斜置角度[4]和交叉斜面測試法中層面厚度的考慮,。早期用于測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層厚是1:1的關系,降低了層厚檢測的精度,后來層厚檢測模塊采用了23,。斜置金屬絲,層厚檢測影像上金屬絲長度方向cr分布曲線半高寬為層厚的2.5倍,層厚檢測的精度提高了,這對于高檔機中薄層掃描的層厚檢測更為有利,。用交叉斜面方法測量層厚時,所用的斜面應盡量薄,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軸縱向分辨力的關系,。cr在Z軸上的分辨力由實際的層厚寬度決定,而這個層面寬度又由層靈敏度剖面線(SSP)決定,。理想狀態(tài)下,cr掃描設備的SSP應為矩形,也就是說,在層面寬度內有射線穿過,而在層面寬度之外完全不接受射線。然而,在實際應用中,SSP所呈現的形態(tài)不是矩形,而是呈一正態(tài)分布,。不同設備的SSP形狀不同,同一設各條件相異時SSP形狀也不盡相同,。層厚和層面間距決定cr設備的Z軸分辨力,Z軸分辨力通常為層厚或層面間隔的兩倍。
4.層厚與空間分辨力及密度分辨力的關系,。理論上層厚越薄,空間分辨力越好,。但在體模測試的實驗中,當層厚由10mm變至2rnrn時,空間分辨力變化并不明顯,這是因為測試體模在縱向變化不大的緣故。換句話說,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系并不大,決定X-Y平面的分辨力主要是探測器的問隔及探測器的孔徑大小等等,。層厚越薄,噪聲越大,密度分辨力就會降低:而且由于切層薄,掃描的層數就會增加,病人接收的X線劑量的總量增加?，F在cr掃描最薄層厚為0.5mm,僅僅在某些特定檢測條件下使用。
5.層厚與劑量的關系討論,。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,、掃描時間來成像,探測器的光子數隨著層厚的加寬而線性的增加,。例如,把層厚從1mm增大到3mm,則探測器的光子數也將增加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,。降低層厚通常會導致半影的相對增加,這樣就會令劑量得不到充分的利用,。
6.層厚與放射治療的關系。從某種程度上說,層厚這項參數精確與否最直接的影響是表現在放射治療上,。由于一般放射治療采用CT圖像來定位,如果層厚值不精確,勢必會影響對實施放療的范圍大小,這樣導致的嚴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謂地被照射到,兩種情況都會損害到患者的切身利益,。
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