CN206315096U - Ct性能检测模体 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种CT性能检测模体，包括：圆筒，和设置在所述圆筒内的检测模块，其特征在于：所述检测模块包括圆柱形的组合模(5)，该组合模(5)包括：模架(20)，以及由该模架(20)支撑的空间分辨率模(25)和横板(26)，在所述空间分辨率模(25)中沿着轴向开设了多组不同尺寸的细长槽(51)，所述横板(26)覆盖所述细长槽(51)。检测模块还可以包括密度分辨率模(6)，其与圆筒的筒盖(8)之间形成水模(19)。在对多排探测器CT的性能进行检测时，可以通过对组合模(5)进行一次轴扫来同时采集多排探测器的空间分辨率数据。通过该结构，可以检测水的CT值准确性，均匀性，噪声，和伪影，并允许在检测CT扫描***的低对比度分辨率时，采用部分容积效应法和统计法来得到直观的裸眼判读结果和客观的计算结果。

Description

CT性能检测模体

技术领域

本实用新型涉及医疗设备检测技术领域。更具体地说，涉及用于对医用计算机断层扫描***(CT)的性能进行检测的检测模体。

背景技术

医用计算机断层扫描***(CT)是常规的医疗检查设备。CT技术已从单排探测器扇形束扫描发展为多排探测器锥形束扫描(CBCT)。在扫描人体时X射线管球绕人体照射一圈，单排探测器扇形束扫描照射人体最大宽度只有1cm，而320排探测器的锥形束扫描(CBCT/容积CT)宽度已达到16cm。目前医疗机构装备最多的是16排和64排探测器扫描***，64排一圈扫描宽度为40mm。

为了CT扫描影像质量保证(QA)和质量控制(QC)的目的，需要用合适的模体对CT性能进行检测。目前中国的技术服务机构使用的CT性能检测模体90％以上是美国PhantomLaboratory公司生产的Catphan模体。该Catphan模体包括封装在圆筒内的多个检测模块，包括：用于检测层厚和CT值线性的模块；空间分辨率(又称高对比度分辨率)模块；密度分辨率(又称低对比度分辨率)模块；和用于检测图像均匀性、噪声和伪影的固体水模。随着CT技术的进步，Catphan模体显现出一些缺点。一个主要缺点是，空间分辨率模块是线对组结构，其结构层在轴向上只有2mm长，不适应容积CT锥形束多层扫描同时采集。Catphan模体还有一些其他缺点，例如：密度分辨率模块长40mm，检测64排(40mm)锥形束多层扫描同时采集重建图像质量时，难以判定两边缘层的模糊是设备性能的问题还是检测用模体的尺寸不合适；另外，固体水模的水当量性不好，只能做图像均匀性测量，而不适于检测评价水的CT值准确性；再有，模体外径为200mm，介于人体的头与体之间，到达模体测量模块的X射线线质和剂量值与临床实际扫描值会有明显差异。因此，模体测得的图像噪声水平、密度分辨率的准确性和图像均匀性不可靠。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的上述主要缺点，提出一种能够适应容积CT锥形束多层扫描同时采集的改进的CT性能检测模体。

本实用新型更进一步的目的是提出一种能够克服现有技术的上述其他缺点的至少一部分的改进的CT性能检测模体。

为实现上述目的，根据本实用新型的实施例，提供了一种CT性能检测模体，包括：圆筒，和设置在所述圆筒内的检测模块，其特征在于：所述检测模块包括圆柱形的组合模，该组合模包括：模架，以及由该模架支撑的空间分辨率模和横板，在所述空间分辨率模中沿着轴向开设了多组不同尺寸的细长槽，所述横板覆盖所述细长槽。

由于该CT性能检测模体的空间分辨率模中沿轴向开设了细长槽，在对多排探测器CT的性能进行检测时，可以通过对组合模进行一次轴扫来同时采集多排探测器的空间分辨率数据。

可选地，所述空间分辨率模为孔模，其中所述细长槽的横截面形状为正方形；或者所述空间分辨率模为线对模，其中所述细长槽的横截面形状为条形。

可选地，所述模架由第一模架和第二模架对接形成。

可选地，在所述第一模架和第二模架的对接表面上，以镜像对称的方式分别开设了一组不同尺寸的半球形凹槽，其中嵌入了相应尺寸的有机玻璃球；或者在所述第一模架和第二模架的对接表面之一上，开设了一组不同尺寸的半球形凹槽，其中嵌入了相应尺寸的有机玻璃半球。

可选地，在所述第一模架和第二模架的对接表面之间设置了一个碳化钨珠。

可选地，所述模架中沿着轴向开设了多个圆柱形通孔，其中嵌入了由不同材料制成的CT值线性模。

可选地，围绕所述组合模的外周设置了螺旋线珠模，其中以螺旋线的方式均匀分布了一圈不锈钢珠或钨珠。

可选地，所述检测模块还包括密度分辨率模，该密度分辨率模包括上模板和均匀分布在该上模板上的多个低对比度模片。

可选地，所述圆筒包括筒底、筒壁和筒盖，所述筒盖上设置了注水口和密封部件，所述密度分辨率模与所述筒盖之间形成水模。

通过采用该水模结构，可以检测水的CT值准确性，均匀性，噪声，和伪影。

另外，通过采用密度分辨率模和水模相结合的结构，使得允许在检测CT扫描***的低对比度分辨率时，采用部分容积效应法和统计法这两种方法，从而得到直观的裸眼判读结果和客观准确的计算结果。

可选地，所述筒壁外侧设置了外套,该外套由聚四氟乙烯及其内侧的金属膜构成。

可选地，所述外套的外径为155-165mm,优选地为160mm。

可选地，所述密封部件包括空心塞，空心堵头和包覆在空心堵头端部的弹性薄膜。

可选地，所述组合模的轴向长度大于40mm。

附图说明

为了更好地理解本实用新型的上述特征及优点，在附图中示出了本实用新型的实施例，其中相同或相似的附图标记表示相同或相似的部件。

图1A和图1B是根据本实用新型实施例的CT性能检测模体的示意图。

图2A和图2B是组合模的示意图。

图3A-3C是第一模架的示意图。

图4A-4C是第二模架的示意图。

图5A和图5B是空间分辨率模的一种实施例，即孔模的示意图。

图6A和图6B是空间分辨率模的另一种实施例，即线对模的示意图。

图7A和图7B是密度分辨率模的示意图。

图8A和图8B是螺旋线珠模的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图，对本实用新型的优选实施例进行详细描述。需要指出的是，实施例中提到了各种部件的数量、尺寸、材料、相对位置、连接方式等等，是为了帮助本领域技术人员更好地理解和实施本实用新型，而并非用来限制。实际应用中，可以根据检测的要求和能够实现的加工工艺对其进行修改。

图1A和图1B从总体上示出了根据本实用新型优选实施例的CT性能检测模体(下文中有时简称为“模体”)，其中图1B是沿图1A中A-A线的剖视图。

该CT性能检测模体包括一个圆筒。该圆筒包括由有机玻璃制成的筒底1、筒壁3和筒盖8。法兰盘7粘结固定在筒壁3的边缘。沿筒盖8的外表面的周边均匀设置的多个螺钉14经硅橡胶防水垫片15紧固至法兰盘7，从而将筒盖8固定到筒壁3上。

为了模体的水模19的注/排水方便，在筒盖8上开设了注水口18，并用密封部件对该注水口18进行密封。优选地，该密封部件包括由有机玻璃制成的空心塞9和空心堵头10，这二者分别通过O型密封圈12与注水口18的内壁接合。空心堵头10的端部包覆了一层具有高弹性的薄膜，例如橡胶膜17。该橡胶膜17有助于解决由于水的热胀冷缩现象而导致的泄露和进气。

橡胶膜17内侧设置了夹气泡板11，用来防止水模19内气泡进入扫描部位而影响测量。

筒盖8的外表面上还通过螺钉16固定了挂钩13，进行CT性能检测时，模体储运箱放在检查床上，用挂钩13将模体悬挂在模体储运箱壁外侧，箱盖作为平衡体。模体随检查床上下、前后移动至扫描野中心位。

根据优选实施例，在筒壁3的外周设置了外套2，该外套2由聚四氟乙烯及其内侧的金属膜，例如铝膜构成，用来模拟人的头盖骨，从而与临床扫描真人头颅时的X射线线质更相近，减少检测附加伪影。相比之下，现有技术的Catphan模体中没有头颅中头盖骨的模拟物，与临床扫描真人头颅时的X射线线质不一样，会对图像均匀性、噪声和低对比度检测能力等性能指标有影响。优选地，所述外套2的外径与人头颅的尺寸接近，例如为155-165mm，在本实施例中为160mm。这样，到达模体测量模块的X射线线质和剂量值与临床实际扫描人头颅时的值接近。

图1B还示出了圆筒内设置的多个检测模块：组合模5，密度分辨率模6，设置在组合模5外周的螺旋线珠模4。密度分辨率模6的上模板71的边缘加工成凸台形状，与筒壁3的内壁上的台阶形状相吻合。该上模板71同时起到固定和密封的作用，把模体内部分隔为无水和有水两个部分。在使用中，密度分辨率模6和筒盖8之间的腔体内充满水形成水模19，用于对水的CT值、图像均匀性、噪声等参数进行检测，并利用客观检测方法-统计法检测密度分辨率。

图2A和图2B示出了图1B中的组合模5的具体结构，其中图2B是沿图2A中A-A线的剖视图。

该组合模5为圆柱形，包括模架20以及插在模架20中的空间分辨率模25和横板26。模架20优选地由镜像对称的第一模架21和第二模架22组成。该第一模架21和第二模架22可以用对X射线的吸收与人肌体组织相近的有机材质如高密度聚乙烯或其他固体材料制成。空间分辨率模25和横板26可以用有机玻璃制成。空间分辨率模25中设置了多组沿Z轴方向(图2A中垂直于纸面的方向)延伸的不同尺寸的细长槽。细长槽的横截面可以为正方形或条形。当细长槽的横截面为正方形时，空间分辨率模25被称为“孔模”；而当细长槽的横截面为条形时，空间分辨率模25被称为“线对模”。图2A中示出的空间分辨率模25是孔模。后文还要对此进行具体说明。

组合模5沿轴向的长度可以根据预期要检测的CT扫描***的类型来确定。例如，针对目前医疗机构广泛使用的具有64排探测器、一圈扫描宽度为40mm的CT扫描***，可以将组合模5的轴向长度设计为至少40mm。为了保证排除检测64排探测器锥形束扫描时形成边缘层成像缺陷是缘自模体方面的原因，最好再留出一些裕量。作为一个具体例子，图2B中示出了组合模5的轴向长度为75mm。

围绕组合模5的Z轴，均匀地设置了沿轴向贯穿第一模架21和第二模架22的8个CT值线性模24。这些CT值线性模24是长度为75mm、直径为15mm的圆柱，由CT值为-1000到+1000的不同材料构成，例如可以用空气、肺组织模拟材料、低密度聚乙烯、聚苯乙烯、有机玻璃、尼龙、聚四氟乙烯、含钙塑料等。

图2B中还示出了位于第一模架21和第二模架22的对接表面处的多个有机玻璃球23中的一个。这些有机玻璃球23用作扫描***成像的容积效应检验模。

四个由聚四氟乙烯制成的定位柱27沿轴向贯穿第一模架21和第二模架22，用于检验***断层扫描重建图像的XY平面的几何形变。

图3A-3C示出了第一模架21的结构，其中图3B是沿图3A中A-A线的剖视图，图3C是图3A中“B”区域的放大视图。

该第一模架21通过在例如高密度聚乙烯材料制成的扁圆柱体模块上开设矩形凹槽36、圆柱形通孔34、半球形凹槽33和定位柱孔32而形成。

沿第一模架21的周边均匀设置了八个矩形凹槽36，用于在其中***空间分辨率模25和横板26。在沿径向位于矩形凹槽36内侧的位置，均匀设置了八个圆柱形通孔34，用于在其中***CT值线性模24。相邻两个圆柱形通孔34的中心连线平行于邻近的矩形凹槽36的底面。在第一模架21的中心区域，在表面35上围绕Z轴开设了八个半球形的凹槽33。图3C更清楚地示出了半球形凹槽33的示例性分布，其直径例如分别可以为1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm和8mm，依次排列在以Z轴为中心的圆周上。

在表面35上、半球形凹槽33与圆柱形通孔34之间，设置了一个直径不大于0.3mm的碳化钨珠31。该碳化钨珠31用作MTF(调制传递函数)模，用其扫描重建图像来计算得到空间分辨率的客观结果。关于MTF的计算，参见谢强的“计算机断层成像技术”第五章(科学出版社2006年2月出版)，在此将其全文引用到本文中作为参考。

图4A-4C示出了第二模架22。该第二模架22的结构与第一模架21镜像对称，材料相同。当将第二模架22与第一模架21对接并用定位柱27定位后，两个模架中的矩形凹槽36和圆柱形通孔34对准，并且表面35中的半球形凹槽33与表面46中的半球形凹槽33对接成为球形凹槽，其中放置相应尺寸的有机玻璃球23。

根据另一种实施例，仅在第一模架21和第二模架22的对接表面35、46之一中开设半球形凹槽33，在其中放置相应尺寸的有机玻璃半球。相比于球形，半球形状的图像质量对容积效应的影响更敏感，更接近临床实际。

参见图5A和图5B，其中示出了图2A中的八个空间分辨率模25(此处也称为孔模25)中的一个。该孔模25由外形轮廓与矩形凹槽36相匹配的有机玻璃块加工而成。在该有机玻璃块上沿轴向铣出一组(图中为5个)75mm的细长槽51,细长槽51的宽度为a，深度为c。细长槽51的横截面为正方形，即a＝c。相邻槽之间的齿的宽度为b，其中b＝a＝c。

图2A中的其他孔模25以类似的方式形成。每个孔模25中具有一组或多组细长槽，图中示出了八个孔模25上共有15组细长槽51。每组细长槽的横截面均为正方形，但尺寸互不相同，其边长例如可以为从0.2mm到3mm的15种不同尺寸。每个孔模25与矩形凹槽36的底面之间还设置了由有机玻璃制成的横板26。该横板26覆盖在孔模25的细长槽51上，从而使细长空气槽的图像边缘清晰，形成1120HU对比度。

利用这样的孔模结构，在进行扫描成像时，形成15组边长为0.2-3mm的方孔图像，从而能够以裸眼直观的方法评定空间分辨率。细长槽51的轴向长度为75mm，该长度能够保证排除检测64排探测器锥形束扫描时形成边缘层成像缺陷是缘自模体方面的原因。

图6A和图6B示出了空间分辨率模的另一种实施例即线对模，在该线对模上设置了多组细长槽，其横截面为条形。条形槽的宽度a小于深度c,c≧5a，相邻槽之间宽度b与a相等。在进行扫描成像后，形成黑白相间线条样、俗称“线对”的图案。放射影像学领域用每厘米的线对数评价CT图像空间分辨率(例如4-25线对/cm)。

图7A和图7B是密度分辨率模6的示意图。该密度分辨率模6可以用有机玻璃制成，包括圆盘形的上模板71，和均匀分布在其上的四个低对比度模块72a-72d，对应于四个对比度0.3％、0.5％、1.0％和2.0％。每个低对比度模块72a-72d为倒置圆盒形状，其侧壁上均匀地开设了四个圆孔73，其上表面绕圆心开设了一组不同大小的圆孔74。

在检测CT扫描***的低对比度探测能力时，可以采用部分容积效应法和统计法。在部分容积效应法中，密度分辨率模6浸泡在水中，由不同厚度有机玻璃片和水构成容积，在同一次8mm(或10mm)层厚扫描成像时形成上述4个不同对比度图像，裸眼观看判定每种对比度图像中可分辨的最小孔径目标物。统计法的检测步骤如下：在约定扫描剂量和图像质量要求条件下设置扫描参数、选择重建算法，扫描CT性能检测模体的水模19部位。轴扫单层或全野多层，例如64排CT，层厚8mm，一次扫5层，逐层测试；在水模扫描重建的图像上，划出期望可分辨尺寸小感兴趣区(ROI)群(例如，边长5/3mm方格、Ф5/Ф3mm圆圈或蜂窝状格)，测量这些小格(圈)中的平均CT值(HU),统计求得该群小格(圈)图像区的平均CT值的标准偏差σ(HU)。例如，小方格是5X5mm,其图像区的平均CT值的标准偏差σ(HU)的3.29倍小于等于3HU时,则对比度为0.3％，在此对比度下可分辨5mm大小病灶的置信度为95％)。(由统计学理论可知，如两个峰值位相差3.29σ正态分布密度函数曲线下面积相互重叠5％，即在CT图像中可区分出对比度为3.29σ(HU)目标物的置信度为95％)。该统计法可以准确地计算出密度分辨率，而不存在现有技术中难以判定两边缘层的模糊是设备性能的问题还是检测用模体的尺寸不合适的问题。在谢强的“计算机断层成像技术”(科学出版社2006年2月出版)第90-91页，以及E.H.Chao,T.L.Toth等人的“A statistical method of defining lowcontrast detectability”,Radiology,217,pp.162(2000.)中对统计法有更具体的说明，在此将其全文引用到本文中作为参考。

图8A和图8B是螺旋线珠模4的示意图，其中图8B是图8A中“A”区域的局部放大图。通过在1.5mm厚的透明聚乙烯板上加工出一排均匀分布的盲孔，在其中嵌入不锈钢珠(或钨珠)，然后将该透明聚乙烯板卷曲成圆筒形，包覆在组合模5的外表面，形成螺旋线珠模4。如图8B所示，优选地按照一个大孔与四个小孔相间隔的方式排列盲孔。盲孔的总数量为351个，其中包括71个直径约为0.5mm的大孔，和280个直径约为0.3mm的小孔，孔的深度均为0.75mm。盲孔中相应地嵌入了直径分别为0.5mm和0.3mm的不锈钢珠(或钨珠)。螺旋线的螺距为70mm，因此每两个相邻不锈钢珠之间的轴向距离为0.2mm。在360°上一共布置了351粒不锈钢珠(或钨珠)，因此珠间的相位角差为360°/350＝1.03°。在利用该螺旋线珠模4检测CT扫描***的层厚准确性时，检测精度可以达到0.2mm。还可以利用该螺旋线珠模4检测CT扫描***的定位光精度、进退床精度、扫描轮廓线和扫描机架倾角。在另一件中国专利ZL200720178016.7中针对螺旋线珠模做了更具体的说明，在此将该专利的全文引用到本文中作为参考。

下面简要说明利用根据本实用新型实施例的CT性能检测模体对64排探测器CT扫描***的性能参数进行检测(简称CT性能检测)的方法。

将模体储运箱置于检查床头边缘，打开箱盖作配重，将模体悬空挂到箱壁上。移动箱体使模体完全探出床头前沿并进入机架扫描野，用水平尺和对位指示红线查看、调整模体的水平和对中。扫模体正、侧位定位像，进一步校准模体的摆放位置。按照设备供应方提供的技术指标参数和国标验收规范设置扫描参数扫描。

A.扫描组合模8mm层厚，全野5层一次轴扫；

B.在定位像上扫描定位至密度分辨率模和水模部位，8/5层厚，全野5/8层一次轴扫；

C.按国标规范要求，改变层厚和算法，重复A扫描；

D.按国标规范做机架侧角测试和其余指标参数测试；

E.存储所扫描图像信息并拷贝DICOM图像；

F.软件分析计算DICOM图像性能参数并生成规范报告。

通过上述操作，能够检测以下性能参数：

1.扫描几何量：检查床定位精度，定位光精度，机架倾角偏差，重建图像层厚偏差，扫描重建图像几何形变；

2.图像质量：水的CT值，均匀性，噪声，CT值线性，伪影；

3.图像分辨率：(1)高对比度分辨率，包含目测孔模(或线对模)图像和客观计算珠点MTF判定；

(2)低对比度检测能力，包含裸眼判读和客观统计法计算水模图像噪声判定；

4.其它：扫描轮廓线，容积效应对重建图像分辨率的影响。

以上参考附图描述了本实用新型的优选实施例。这些实施例仅仅是示例性的，而并非旨在对本实用新型的范围进行限制。本领域技术人员可以在不偏离本实用新型的精神和原则的情况下对这些实施例做出各种修改、等同替换和改进。本实用新型的保护范围仅由后附的权利要求书限定。

Claims (13)

1.一种CT性能检测模体，包括：圆筒，和设置在所述圆筒内的检测模块，其特征在于：

所述检测模块包括圆柱形的组合模(5)，该组合模(5)包括：模架(20)，以及由该模架(20)支撑的空间分辨率模(25)和横板(26)，在所述空间分辨率模(25)中沿着轴向开设了多组不同尺寸的细长槽(51)，所述横板(26)覆盖所述细长槽(51)。

2.根据权利要求1所述的CT性能检测模体，其特征在于，所述空间分辨率模(25)为孔模，其中所述细长槽(51)的横截面形状为正方形；或者

所述空间分辨率模(25)为线对模，其中所述细长槽(51)的横截面形状为条形。

3.根据权利要求1所述的CT性能检测模体，其特征在于，所述模架(20)由第一模架(21)和第二模架(22)对接形成。

4.根据权利要求3所述的CT性能检测模体，其特征在于，在所述第一模架(21)和第二模架(22)的对接表面(35，46)上，以镜像对称的方式分别开设了一组不同尺寸的半球形凹槽(33)，其中嵌入了相应尺寸的有机玻璃球(23)；

或者

在所述第一模架(21)和第二模架(22)的对接表面(35，46)之一上，开设了一组不同尺寸的半球形凹槽(33)，其中嵌入了相应尺寸的有机玻璃半球。

5.根据权利要求3所述的CT性能检测模体，其特征在于，在所述第一模架(21)和第二模架(22)的对接表面(35，46)之间，设置了一个碳化钨珠(31)。

6.根据权利要求1所述的CT性能检测模体，其特征在于，所述模架(20)中沿着轴向开设了多个圆柱形通孔(34)，其中嵌入了由不同材料制成的CT值线性模(24)。

7.根据权利要求1所述的CT性能检测模体，其特征在于，围绕所述组合模(5)的外周设置了螺旋线珠模(4)，其中以螺旋线的方式均匀分布了一圈不锈钢珠或钨珠。

8.根据权利要求1所述的CT性能检测模体，其特征在于，所述检测模块还包括密度分辨率模(6)，该密度分辨率模(6)包括上模板(71)和均匀分布在该上模板(71)上的多个低对比度模片(72)。

9.根据权利要求8所述的CT性能检测模体，其特征在于，所述圆筒包括筒底(1)、筒壁(3)和筒盖(8)，所述筒盖(8)上设置了注水口(18)和密封部件(9，10，17)，所述密度分辨率模(6)与所述筒盖(8)之间形成水模(19)。

10.根据权利要求9所述的CT性能检测模体，其特征在于，所述筒壁(3)外侧设置了外套(2)，该外套(2)由聚四氟乙烯及其内侧的金属膜构成。

11.根据权利要求9所述的CT性能检测模体，其特征在于，所述密封部件(9，10，17)包括空心塞(10)，空心堵头(9)和包覆在空心堵头(9)端部的弹性薄膜(17)。

12.根据权利要求1所述的CT性能检测模体，其特征在于，所述组合模(5)的轴向长度大于40mm。

13.根据权利要求10所述的CT性能检测模体，其特征在于，所述外套(2)的外径为155-165mm。