CT的线性度及其检测方法

张国平

江苏省肿瘤医院·江苏省肿瘤防治研究所·南京医科大学附属肿瘤医院 （江苏南京 210009）

因为CT影像技术对于医学图像观察人体器官和一些重要组织很重要，关系人们生命安全和医师的判断，所以CT设备的验收检测相当重要[1-3]。随着我国经济的发展，CT机数量飞速增多，由于各个厂家生产能力和风格不同，CT质量也不尽相同。因此，机器安装后应经过严格检测，在日常使用的过程中也要保持经常性质量检测和质量保证，才能确保产生的CT图像信息是真实有效的。

在CT设备的质量检测中，CT值的线性度是一个重要的检测参数，需要工程技术人员对其检测原理、检测设备、检测过程和方法、检测结果分析等多个环节，都能够熟练掌握并能够独立操作。现围绕CT设备的线性度这一质量参数的检测，结合具体实例展开讨论。

1 CT设备的质量检测

现在的计算机断层扫描已经可以比较完整地反映实质性器官、组织的内部结构和病变的重要组成部分，要想保证CT图像质量，必须对CT设备进行质量控制和日常的质量检查。这样可以降低有害射线的剂量，保护医护人员和患者的人身安全，提高图片质量及医师医学诊断的准确性。而进行质量检测时，要根据我国的医用质量检测规程和质量检测评定规定，检测项目和要求见表1。

2 CT值线性度的检测方法

2.1 CT值线性度

CT的标度由两个固定的CT值确定，一个是u水=0 HU，另一个是u空气=-1 000 HU，每个CT设备都是根据这两个固定的点，利用模体进行检测的，检测目的是保证CT值的稳定性，通常均值误差在±4 HU即可。对于理想的CT机，某个物体的X线的衰减值与其对应的CT值表现为线性关系，被称作CT值线性度。从CT值线性度可见，CT值与X线衰减系数呈现正比例关系的特性，也反映了实际的CT值和被测物质实际上有的CT值间的差异。而在日常生活中，X线衰减系数和图像的CT值又不呈现线性关系，因为衰减系数的改变是密度差别引起的，其将会促使CT值线性发生偏移，还有可能是各个物质的原子序数不同导致的，都会引起图像中的非线性偏移，因此，只是将CT值线性当作质量检测的重要的参数[4]。

表1 CT质量检测项目和具体要求

当某物质X线的衰减系数发生变化时，X线的能量会随之发生变化，而且X线的能量既受管电压的影响，还受靶物质种类的影响，并且不同种类的CT球管可能采取的靶物质不同，在不一样的条件下，其表现的衰减系数也不同。而且CT机中的软件或硬件也会影响CT值的线性，例如，探测器的质量和图像的重建方法不同都会影响CT值的线性。一些探测器的结构、排布方式等处于优化情况，会改善CT值的线性。

CT值的线性一致性非常重要，但是，一直以来都没有合适的检测工具来证明其正确性。一般情况下只用一些不同规则的塑料物品（如聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯等）是远远不够的。它们的X线衰减值依靠光谱、探测器的特征等，所以当不同规格的CT扫描它们时会产生不同的表现。因此，线性一致性只能在一些模体内密度不同的物质中检测时才能表现[5-7]。

2.2 CT值线性度检测过程

检测CT值线性一般采用的是CT专用的检测模体，模体中的每种物质都表示了物质本身的密度，如高密度的聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等，而低密度的物质如空气、水等。现具体探讨CT值线性的检测材料和检测方法。

2.2.1 检测设备

采用CT质控模体Catphan700，其中用于检测CT线性度的模块是CTP682，在此模块内含有4个直径为1.25 cm的小圆柱体样品，它们分别是空气、特氟龙、丙烯酸、聚乙烯，而上述物质在人体的某一部位扫描得到的X线的衰减值，分别为0.00、0.374、0.177、0.251 m2/kg。它们在模体中的具体位置见图1。

图1 模体内的各种测量物质

2.2.2 检测步骤

启动CT设备，采用CT质控模体为Catphan700模体进行扫描，保证其与扫描层面垂直且位于扫描的视野中心部位，运用标准的头部扫描条件进行扫描，同时调整窗宽、窗位等，目的是让CT线性的图像清晰、清楚，便于观察。采用不一样的算法将图像进行重建，最终将得到Catphan700模体的几幅清晰的图像，筛选出150 HU左右像素大小的感兴趣的敏感区，在图像内可以测出这4个不同物质的CT值，并且要测量这4种物质4次，最终得到它们的平均值，且按照下面的方法开始曲线的拟合。

2.2.3 CT值线性图

我们也可以通过对比度标度体现CT值的线性。已知物质的CT值与对应的X线的线性衰减系数呈现正比例关系，即CT值线性，而CT值变化一个单位时，CT变化值对应的物质X线线性衰减系数改变值称为对比度标度。CT值和X线性衰减系数是在CT理想条件下，进行标准的扫描而产生的Catphan模体的一层图像。将以上测得的X线性衰减值作为横坐标，经ROI测量软件检测对应的CT值分别为：空气的CT值为-1 000 HU，特氟龙的CT值为990 HU，丙烯酸的CT值为-90 HU，聚乙烯的CT值为120 HU；然后将它们的CT值分别作为纵坐标，可以画一个坐标系，将以上4种物质的CT值和X线性衰减值分别标在坐标系上，可以知晓以上4种物质在坐标系的位置，即可以获得4个点，采用最小二乘法拟合直线法，即Y=aX+b，将会得到这条斜线的斜率。在CT设备完好无损理想的情况下，CT值和X线线性衰减系数的函数关系应是一条倾斜的直线，所以可以得到CT值线性图（图2）。

图2 CT值线性

2.3 检测结果分析

被检测物质的CT值和X线衰减系数呈现正比例关系，并具有线性关系。而CT值非线性将会导致严重的后果，如当X线随着透射的厚度增加，将会出现能谱硬化现象，此时射线硬化的后果是会使图像在进行重建的过程中产生伪影。当X线穿过人体物质时，能量较低的X线将会被吸收，而能量较高的X线，能量越高，衰减系数越低，在医学上甚至会导致一些病变组织的漏诊。

因此，CT值线性的正常关系即正比例关系，将会是CT影像设备质量控制中比较关键的一环，应保证每个月测试1次CT线性参数。由于被测的人体组织的物质成分既包括软组织，也包括骨骼等硬组织，因此只有测量不同密度的CT值，才能够得到CT图像质量的综合评价。