讓我來為那些了解 CT 圖像性能檢測，而對多層螺旋CT 機不是很熟悉的物理師寫個概要。多層螺旋 CT 影像重建原理和普通 CT 影像重建原理一樣。都是利用從探測器得到的數據（探測器環繞在病人四周）來進行病人影像重建。兩者的不同點是：普通 CT 圖像數據來自于單排探測器，多層螺旋 CT 圖像數據來自于多排探測器。多層螺旋 CT 掃描時，病人躺在床上通過機架向前移動，同時球管環繞病人旋轉，探測器排通過病人和機架移動進行變換（查看下一頁圖解）。影像重建另一個變量來自：當病人掃描層從一排探測器移到下一排探測器時，系統影像重建就基于相關排的探測器加權平均數。從這種方式來講，多層螺旋 CT 和螺旋或螺旋狀單層 CT 類似，但是多層螺旋 CT 的重建數據來自于多排探測器的組合層，而不是移動單層圖片的簡單內插。此外，多層螺旋 CT 的影像重建在需要解決的難關和

        變數的細節方面還包括焦點變量和散射問題。因為每個多層螺旋CT影像的重建數據來源于線束的不同位置和不同探測器排，所以整個圖像質量差別很小。每層圖象均由所有探測器加權平均后讀取。然而，如果你用“step and shoot（步進式掃描）”模式，則每層圖象可能由單排探測器掃描（探測器排數取決于層厚）， 在這種情況下不同層之間的差異非常明顯。多層螺旋 CT 的“step and shoot（步進式掃描）”模式在操作上和普通 CT 相似，固定病人床的位置作一次掃描，然后移動病人床到下一個位置，對模體的下一個部分作一次掃描。例如，使用 step and shoot（步進式掃描）模式進行 8 層掃描時，可以預期中間第 4 和第 5 層將比靠外邊的第 1 和第 8 層有更好的均勻性，這是由系統 X 線束的幾何特性所決定的。然而，如果第 1 和第 8 層或第 4 和第 5 層的均勻性不一樣，則表明系統存在問題。當使用步進式掃描模式來評估 CT 系統時，注意所選擇的被測物體要能覆蓋探測器的整個寬度。如果被測物體比斷層更窄，則需移動床作一系列的掃描以使被測物體能被所有有效探測器掃描到。對于CT性能的評估，我推薦使用不同的多層螺旋實驗方案來掃描整個模體，同時使用步進式掃描方法對珠子斜面和均勻性模塊進行掃描，珠子斜面模塊能檢測斷層幾何特性和 MTF，均勻性模塊能檢測斷層的信噪比和均勻性

這是多層螺旋 CT 層掃描示意圖，簡單地解釋了斷層利用不同探測器所搜集的數據進行影像重建。當斷層 1 移動到探測器 A 的時候，第一個圖像序列選擇病人開始的斷層（斷層 1）。當球管繼續旋轉，病人床繼續向機架移動之時，斷層 1 移到探測器 B 處。同時，原來處于探測器外的斷層 2 移到探測器 A 處。這個過程一直持續到病人最后的被選區域通過全部的有效探測器排。模體 位置擺放

500 在 CT 機中的擺放是將其掛靠在箱子上。將模體的箱子放在病人床上靠機架的末端，箱子上折頁朝機架相反方向。最好是將箱子直接放置在病人床上，而不是床墊上。

打開箱子，將蓋子旋轉至 180 0 位置。如果你要使用套環，則需要在箱子里額外增加重量以在重量上和模體平衡?？梢允褂貌∪丝`帶來增加穩定性。將模體從

箱子里拿出來，將其掛靠在箱子朝向機架的一頭。確保掛靠模體后箱子保持平衡，以防模體發生傾翻。用水平尺和調節螺母來調節模體的水平。模體調節水平后，沿著箱子的末端滑動模體，使模體頂部的中心定位點和CT系統X軸的激光對準線一致。用病人床 的高度和標定指數，將第一個模塊（CTP401 或CTP404,斷層幾何模塊）側面和頂部的定位點對準CT系統的激光對準線。

Z 軸掃描位置可從掃描定位器上選擇，通過層厚斜線將斷層的中心定位于圖像的十字交叉點。

掃描第一部分模塊（CTP401 或 CTP404），并檢查圖像以確定位置對準是否正確，判斷方法示意圖見后面的部分： 模體放置位置

500 示意圖

500 檢測模體距離參數：模塊 距離第 1 個部位中心距離

CTP401，CTP528，21 線對高分辨率模塊 30mm，CTP528 點源 40mm，CTP515，低對比度模塊 70mm，CTP486，成像一致性模塊 110mm

Catphan 600 檢測模體距離參數：

模塊 距離第 1 個部位中心距離

CTP404

CTP528，21 線對高分辨率模塊 70mm

CTP528，點源模塊 80mm

CTP515，低對比度模塊 110mm

CTP486，成像一致性模塊 150mm

模體 位置 擺放校準

通過評估第 1 模塊（ CTP401 ）的影像可判斷模體的位置擺放和排列是否正確。這個模塊包括 4 個金屬絲斜面，斜面的角度為 23 0 ，下面的示意圖表明如果掃描中心位置在這個檢測模塊Z軸中心位置的上面或下面，斜線圖像將是如何變化的。使用濾線柵圖像功能也許可以幫助進行模體位置的評估。

CTP401 模塊，檢測層厚，CT 值線性 和像素尺寸

測量Z軸對準的精度，只需要測量斜線中心到模體中心和CT值樣本的距離。將這個距離 A 乘以 0.42，得到的結果是 Z 軸對準的精度。對于 X 軸和 Y 軸的精度，使用柵格功能去測量模體中心位置到掃描區域中心或得到中心像素的位置。定位器，導桿或查看界面的精度也可以進行檢測。進行這個檢測需要完成模體的定位掃描。在金屬斜線的十字交叉點進行軸向掃描。掃描軸向切口，并按照上面的方法討論不準確度掃描 斷層 幾何特性（層厚）第 1 部分模塊有兩對 23 0 金屬斜線：一對平行于X軸；另一對平行于Y軸。這兩對金屬斜線用來測量層厚，如前面一節那樣進行不準確度的檢測。使用 23 0 金屬斜線來測量層厚。斜線角度在X-Y的圖像平面上進行了 2.38 倍的三角倍數放大。為測量層厚（Zmm），可測量四條金屬斜線中任何一條的半高寬（FWHM），然后將所測量的長度乘以 0.42

 病人定位 系統檢測集激光燈，光學元件和機械對準元件于一身的病人定位系統可以進行精確檢測。模體外框上的白點與定位燈的對準在 模體位置擺放那一節討論過。掃描圖像如何得到更好的對準效果在 模體位置 擺放 校準那一節討論過。

（Zmm）= FWHM×0.42

   為了從圖像上得到金屬線的 FWHM，你需要知道金屬線 CT 值的峰值及背景值。將 CT 的“窗寬”關到 1 或最小的設置。移動 CT 的“窗位”到金屬斜線全部消失到只剩下一點的時候。在這個位置的 CT“窗位”值將是你所需要的峰值或者說最大值。使用“感興趣區”功能確定斜線周圍區域的 CT 值即背景 CT 值。使用上面的 CT 值，來得到半高寬值：

首先計算最大差值… （CT#峰值－背景 CT 值=CT#最大差值）

計算 50%的最大差值… （CT#最大差值÷2=50% CT#最大差值）

計算 CT 的半高全寬值… （50% CT#最大差值＋CT#背景值=CT 的半高全寬值）現在你知道了 CT 的半高全寬值后，你就可以測量斜線的半高寬了。將 CT機的窗位設置為 CT 的半高全寬值，將窗寬設置為最小。測量金屬線圖像的長度，

這就是我們需要的 FWHM。將 FWHM 乘以 0.42 就得到了層厚。

掃描增量利用金屬斜線測量CT機層與層之間的掃描增量以及床的移動距離。使用固定的層厚（例如 5mm）掃描第 1 部分模塊。移動床的一個層厚的距離（例如 5mm）然后做第二次掃描。對每個斜線圖像的中心建立X軸和Y軸坐標。計算這些點之間的距離，然后將距離乘以 23 斜線角度的修正因子 0.42 .

0.42×（L1－L2）=掃描增量這項檢測也可用來測量床的增量精度。掃描模塊，然后將床向機架移動30mm，再退出機架 30mm，再次掃描。斜線中心點在兩幅圖像中應處于同樣的兩個連續 5mm掃描層的示意圖。L1 是第一個掃描圖像中 23 0 斜線上的中心點；L2 是第二個掃描圖像中 23 0 斜線上的中心點；

兩個連續 5mm掃描層的示意圖。L1 是第一個掃描圖像中 23 0 斜線上的中心點；L2 是第二個掃描圖像中 23 0 斜線上的中心點；0.42×（L1－L2）=0顯示 系統圓對稱性這個圓形模體部件用來檢測 CT 影像的圓對稱性，包括 CT 顯示系統的校準。如果出現的是橢圓形圖像，則表示需要調整顯示系統的 X-Y 軸平衡。 

測量 X 軸和 Y 軸的空間線性像素尺寸的空間線性檢測

這個模塊有四個孔（其中一個有特氟綸插槽）。這些洞直徑 3mm，相距 50mm，位于中心的四周。測量這些洞中心點之間的距離，可以得到 CT 機的空間線性。另一個應用是用來計算孔的中心之間包含的像素數目，已知孔的中心之間距離為50mm 和像素數目后，就可得到像素尺寸。特氟綸插槽僅僅用于分辨和定位之用。特氟綸插槽位置可以改變的特點，使得可以用于多個 Catphan 模體使用之時，通過對模體第一模塊的成像就可以分辨處所使用的各個模體。丙烯酸對比度 球 靶模塊包含 5 個丙烯酸球，位于一個 30mm 直徑的圓形模塊里。這些球體用來檢測 CT 機的圖像體積里的平均球體功能。球體的直徑分別為 2，4，6，8 和 10mm。CT 值線性 （CT 值線性 ）環繞在金屬層厚斜坡周圍有 或 7 個高對比度 CT 值線性靶區。其中三個的材料是：特氟綸，丙烯酸和低密度聚乙烯（LDPE）。第四個的材料是空氣。這

些靶的 CT 值范圍從+1000H 到－1000H。定期檢測這些 CT 值線性靶區的值可以提供一些有用的信息，指示 CT 機的性能變化。線性衰減系數 μ[ 單位 cm -1 ]

(特氟綸) (聚甲醛樹脂) (丙烯酸) (聚乙烯) (水) (低密度聚乙烯)   (聚甲基戊烯) (空氣)

21 線對/ 厘米 高分辨率模塊 和 點源

這個模塊有 1 到 21 線對/厘米的高分辨率檢測卡和兩個脈沖源（點珠），這兩個點珠是同一種材料。點珠位于 Y 軸上距模體中心 20mm 遠的上、下的位置處，在 Z 軸方向上距線對卡中心的距離為 2.5 和 10mm。在以前的 CTP528 模塊上，點珠和線對卡一樣排列在 Z 軸上用于點擴展 函數和 MTF 的點珠源利用脈沖源可檢測 CT 系統的點源響應函數。打印脈沖源鄰近區域的數字圖像。用這些數字數據可得到脈沖源引起的 CT 值的兩維分布圖。點擴展函數數字數據最適合的曲線決定點擴展函數的 FWHM（半高寬）。計算脈沖響應函數幾個不同分布的平均值，得到系統的平均點擴展函數。這些數字數據與傅立葉轉換方程式結合，可評估 CT 系統（MTF）的 2 維空間頻率響應特性。碳化鎢點珠的直徑為 0.011 英寸或 0.28mm。因為點珠的尺寸小于像素尺寸，所以不需對其進行補償。然而，有一些 MTF（調制傳遞函數）被設計成對其進行補 

以上的示意圖顯示如何將點擴展函數（PSF）縱欄（Y 軸）求和，而得到線擴展函數（LSF）橫欄（X 軸）。

空間頻率（Lp/cm）由 LSF（線擴展函數）數據的傅立葉轉換而得到 MTF（調制傳遞函數）曲線。

一般這個操作是由軟件自動完成。有一些 CT 自帶的軟件可以計算 Catphan 模體上點珠圖像的 MTF（調制傳遞函數）。自動化 CT 機 機 MTF 程序的許多制造廠商都會把自動化 MTF 軟件放入儀器的標準軟件包里。因為點珠被置于和水密度不同的環氧樹脂本底環境里，所以軟件必須輸入本底值。選擇0.28mm 作為點珠的尺寸。由于點珠產生的密度曲線圖和金屬絲或圓柱體的十字交叉部分產生的密度曲線圖不一樣，所以實際差別在目前 CT 機上并不明顯。用于 斷層 靈敏度曲線 的點珠源這個模塊里的點珠可用來計算斷層靈敏度曲線（SSp）

上圖顯示了點珠在 3 維重建中將如何生成一個卵形目標。在半高寬（FWHM）時，卵形目標的長度顯示為靈敏度曲線（SSP）。通過點珠的矢狀或冠狀重建，這個測量在很多系統上可以很容易地得到。重建中的點珠圖像顯示為一根小線條。通過設置 FWHM（使用在 掃 描 斷層 幾何特性里講到的方法）來測量點珠圖像得到的靈敏度曲線（SSP）的 Z 軸長度。如果 CT 機沒有測量矢狀或冠狀位面里的 Z 軸長度的功能，靈敏度曲線（SSP）也可以這樣得到：增加或旋轉斷層來包含點珠，然后在正軸和負軸床的方向上對點珠進行重建（使用最小層厚進行掃描），再測量每層點珠圖像的 CT 峰值。作為 Z 軸床位置的函數，從點珠 CT 峰值的測量可得到 FWHM 值。21 線對/ 厘米高分辨率 線對 卡21 線對/厘米高分辨率線對卡可用于分辨率檢測，它的分辨率量程從 1 個線對/厘米到 21 個線對/厘米。在 21 線對檢測中，卡的精度是+0.5 線對，更低的線對檢測中的精度更好?？ㄊ怯?2mm 厚的鋁片制成的，包含在環氧樹脂中。由于斷層厚度的選擇的關系，歸一到平均體積大小，對比度水平將不同。

CTP515 低對比度模塊 ，有 外圈 和 內圈 

模塊中的低對比靶塊的尺寸和對比度如下：

外圈靶塊尺寸

2.0mm 

3.0mm

4.0mm

5.0mm

6.0mm

7.0mm

8.0mm

9.0mm

15.0mm

內圈靶塊尺寸

3.0mm

5.0mm

7.0mm

9.0mm

外圈和內圈靶都有三種對比度水平：

0.3%

0.5%

1.0%

給定了靶塊對比度的值，但是在檢測對比度性能前，需要重新確定靶塊的實際對比度。測量感興趣區得到實際的對比度，然后測量鄰近的本底區域。對幾個掃描區的測量值取平均值，去確定靶塊的實際對比度。同時測量鄰近背景區域對靶區的測量也是很重要的，因為“杯狀”和“帽狀”效應可導致各掃描區域之間的 CT 值不同。感興趣區不要太靠近邊緣。感興趣區的直徑至少要有 4×4 個像素。

因為低對比度測量存在“噪音”，所以應取多個掃描區域測量值的平均值。注意 mAs 的設置，因為隨著 X 線曝光量的增加，光子量也將增加。利用在各種噪聲水平下視覺能分辨的靶區尺寸來評估對比度細節曲線上的信息。在每組對比度里所有靶的對比度都是來自同樣單一的混合物，那樣能確保所有靶區的對比度是相同的。下面的等式可用來將測量對比度和尺寸轉換為其它規格的對比度和尺寸（測量對比度）*（視覺能分辨出的最小靶直徑）=常數

例如：5mm直徑 @ 0.3% = 3mm直徑 @ 0.5%

除了外圈靶區（靶的 Z 軸尺寸比最大層厚還要長），CTP515 低對比模塊還

包括內圈靶區（靶的 Z 軸尺寸比層厚要短）。內圈靶區位于模塊的內部檢測圓里。內圈靶和對比度是 1.0%的外圈靶一樣，來自同樣的混合體。因為他們都來自一樣的混合體，所以在內圈靶實際對比度的測量上，外圈靶可以用來確立對比度值。內圈靶的 Z 軸方向的長度是 3，5 和 7mm，直徑分別為 3，5，7，和 9mm。內圈靶可見性的評估有助于理解 CT 機的不同螺旋成像設置，以及這些設置在低對比度的背景下是如何影響小物體的可見性的

圖像均勻性模塊是一個均勻材質的模塊。這種物質的 CT 值在標準掃描方案中，與水的密度的偏差在1%（20H）內。典型的 CT 報告值從 5 H 到 18 H。這個模塊用來測量空間均勻性，CT平均值和噪聲。CT系統的精度由感興趣區（ROI）內的 CT 平均值和相應的 CT 值標準偏差來衡量。這些測量取自掃描區內不同地方。

SPECT模體檢測現場