一种CT螺旋扫描多平面重建图像轴向性能测试模体的制作方法

本发明涉及医用ct扫描重建图像性能测试技术领域，尤指ct螺旋扫描重建图像的轴向性能测试，具体说是一种ct螺旋扫描多平面重建图像轴向性能测试模体。

背景技术：

目前，我国医疗机构装备的医用ct扫描系统，已完成从单排轴向扫描ct到多排螺旋扫描ct的更新。

在临床诊断检查施行ct扫描时，心、脑血管造影和胸、腹部疾患检查采用螺旋扫描(即x射线旋转照射时平躺在检查床上的受检者随床移动，俗称“螺旋扫”)，具有扫描、成像速度快的优点，其缺点是图像质量不如扫描时检查床不移动的俗称“轴扫”的图像质量好。

在ct扫描时，医务人员为了精准的确定病灶形态，避免误诊、漏诊，扫描重建z轴断层xy平面图像(横断面图像)后，时常还要采用螺旋扫描技术进行多轴向平面重建，获得矢状面图像(沿人体平躺前后径即z轴所作的与地面垂直的zy平面为矢状面)和冠状面图像(沿人体左右径即x轴所作的与地面平行的xz平面为冠状面)、或任意角度三维立体重建。

至今还未见螺旋扫描三维重建图像性能质量管理规范，ct厂家都自称是各向同性，但未见其详细技术指标和证明文件。医院临床放射诊断时，用其ct系统轴扫描现有检测模体重建xy平面图像性能参量估算病灶三维图像的形态、分辨力的做法，存在技术的严谨性缺陷，对于宽束多排螺旋ct扫描系统尤为如此。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种ct螺旋扫描多平面重建图像轴向性能测试模体，该模体设计合理，结构简单、牢固可靠，使用方便，易于维护，该模体可用于ct螺旋扫描多平面重建图像轴向性能测试，为重建病灶三维图像性能评估提供实测数据，也可用于ct轴扫描重建图像性能的测量。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种ct螺旋扫描多平面重建图像轴向性能测试模体，其特征在于，包括：

本体，为一个具有上面、下面、左面、右面、前面、后面的有机玻璃立方体或长方体，

本体的材质也可选用其他有机轻质实体材料，例如聚碳酸酯pc、聚苯乙烯ps、尼龙或电木，

本体内沿z轴方向设置一根用于测量ct螺旋扫描多平面重建图像“空间分辨力”即高对比分辨力的钨丝，所说的钨丝直径为0.05～0.15mm，沿x、y轴方向各设置一串用于测量ct螺旋扫描多平面重建图像“空间分辨力”即高对比分辨力的钨珠串，钨珠串中包括若干钨珠，所说的钨珠直径为0.2-0.3mm，珠间距5mm，所说的三根钨丝、钨珠串在同一平面上互不重叠、交叉。

这种设计方案的优点是：螺旋扫描三维重建图像所用的数据来自检查床(z轴方向)移动时的连续扫描采集而得，横断z轴的xy平面上钨丝段和钨珠的点状图像性能几乎测不出区别，用同一平面上的二点状图测算空间分辨力mtf值相差0.5lp/cm以下(实测5-16lp/cm范围内)，二值相等或此高彼低不定。而在重建横断x轴yz平面中和横断y轴的xz平面中，钨丝在单一方向上的硬化伪影明显，钨珠在三维扫描中的各向同性而未见其硬化伪影影响。在同一xz或yz平面中由珠点像测出的mtf值比用钨丝段点状图像测算出的mtf值可高于1.0lp/cm。因此本方案在z轴方向上设置钨丝，在x和y轴方向上设置钨珠串(珠间距5mm)。z轴方向上、钨丝长度范围内可连续测量各种扫描层厚每幅图像的空间分辨力mtf值，而在x轴或y轴方向上则不能，即只能测量有珠点像图像的空间分辨力。

本体的六个表面上均设有1～5条用于测量ct螺旋扫描多平面重建图像层厚偏差的直径为0.1～0.3mm的钨丝，所述钨丝均在所在表面左低右高或左高右低斜向设置，等距、平行排列，位于下方的钨丝的最高端，和与其相邻的位于上方的钨丝的最低端，处于同一水平线上，用于测量横断z轴的扫描层厚偏差的上面、下面上的斜线与本体的前面或后面的夹角为α1，用于测量横断x轴的扫描层厚偏差的前面、后面上的斜线与本体的左面或右面的夹角为α2，用于测量横断y轴的扫描层厚偏差的左面和右面上的斜线与本体的上面或下面的夹角为α3，所说的夹角α1、α2、α3的角度为18.4°～45°，

所说本体表面上的钨丝也可以采用铜丝或钢丝或锡丝；

进一步地，所说的有机玻璃本体，其六个表面上的钨丝设置在本体表面的凹槽内，上面、下面各设有三条钨丝，左面、右面、前面、后面各设有两条钨丝，所说的钨丝直径选为0.1mm，所有钨丝均与所在表面的中心对称设置，所说的夹角α1、α2、α3均为26.6°度；

进一步地，

所说的本体沿x轴向开有一个第一通孔，

所说的本体沿y轴向开有一个第二通孔，

所说的本体沿z轴向开有一个第三通孔，

所说的用于测量图像“空间分辨力”的钨丝和钨珠串分别设于与上述通孔相适配的圆柱形支撑保护杆内中心轴线位；

进一步地，所说的本体为长方体，其长边沿z轴方向，所说的本体沿z轴方向的四个边设有平面或圆弧面倒角；

本发明给出的测试模体，具有设计合理，结构简单、牢固可靠，使用方便，易于维护等优点，其测试效率高，可满足ct螺旋扫描多平面重建图像轴向性能测试的要求，也可用于ct轴扫描重建图像性能的测量。

使用本发明所述的测试模体测试效率高，用一次螺旋扫描测试模体的数据，所有市售螺旋ct扫描系统都能重建xy、xz和yz三个平面图像；使用现有图像处理技术编制相关软件，可以测算重建图像的层厚偏差(mm)和空间分辨力mtf(lp/mm)。

所述软件测算重建图像的层厚偏差(mm)，即分析计算断层扫描测试模体重建所得xy、xz和yz三个平面图像上所对应的金属丝影像的“半高宽”长度，即计算出扫描重建层厚的精准值。

所述软件测算图像空间分辨力mtf(lp/mm)，即软件分析计算断层扫描测试模体重建平面所得三轴向设置钨丝(例如0.05mm直径，全长50～200mm)或钨珠的点状图像，由现有技术的点扩散函数，分析其二维线扩散函数，计算给出调制传递函数曲线(mtf)，标出曲线上的对比度和相对应的空间分辨力数值，线对/厘米(lp/cm)。

如在本发明所述的测试模体前面或后面连接公知的水模，使用现有图像处理技术编制相关软件，可以测算螺旋扫描水模重建多平面图像以下性能：水的ct值、图像噪声、均匀性和低对比可探测能力(lcd)。

附图说明

本发明有如下附图：

图1测试模体示意图，

图2测试模体上面示意图，

图3测试模体下面示意图，

图4测试模体左、右面示意图，

图5测试模体前面示意图，

图6测试模体后面示意图，

图7～11金属丝具体数量示意图。

图12三根钨丝及钨珠串布局示意图

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见附图1-12，图1是本发明立体示意图，正对的是模体的后面6，图2～图6是本发明六面展开示意图，是以模体前面5为基准展开的。

本发明是一种用于ct螺旋扫描多平面重建图像轴向性能测试模体，包括：

本体20，为一个具有上面1、下面2、左面3、右面4、前面5、后面6三对表面的立方体或长方柱体(参见图1)，本体20的材质选用有机轻质实体材料，优选密度接近于水的有机材质，例如聚碳酸酯pc、高密度聚乙烯、聚苯乙烯ps、有机玻璃(pmma，亦称亚克力)、尼龙或电木等，本实施例选用有机玻璃制作。

本体内沿x、y、z轴方向设置用于测量ct螺旋扫描多平面重建图像“空间分辨力”即高对比分辨力的钨丝、钨珠串，具体可采用下述实施方案(参见图12)：沿z轴方向设置一根钨丝10，沿x、y轴方向各设置一串钨珠，x轴为第一钨珠串13，y轴为第二钨珠串14，珠间距5mm，所说的三根钨丝、钨珠串(指钨丝10、第一钨珠串13、第二钨珠串14，共三根)在同一平面上互不重叠、交叉，所说的钨丝直径为0.05～0.15mm，钨珠直径为0.2-0.3mm。所说的三根钨丝、钨珠串互不重叠、互不接触是指在空间上钨丝10和两根钨珠串13、14不存在相交的交叉接触点；在设置支撑杆(支撑保护杆)的方案时，互不重叠是指在空间上三根保护钨丝、钨珠串的支撑杆不存在相交的交叉接触点，目的在于避免扫描影像重叠；图12给出了一种钨丝、钨珠串布局的实施例，图1中孔7、8、9中插入固定钨丝、钨珠串的支撑保护杆。所说的钨丝直径为0.05～0.15mm，其中0.05mm，0.07mm，0.1mm，0.12mm，0.15mm都是可以选取的直径。

本体20中的钨丝10、钨珠串13、14分别垂直于模体的三对表面，如图12所示，z轴向的钨丝10垂直于前面(病人仰卧头位-即ct机架位)、后面(病人足位)，y轴向的钨珠串14垂直于上面、下面，x轴向的钨珠串13垂直于左面、右面。钨丝和钨珠串空间位置的布置考虑了重建图像的均匀性和避免x射线扫描硬化伪影的干扰。

本体20的六个表面上均设有1～5条用于测量ct螺旋扫描重建图像层厚偏差的金属丝30，所说的金属丝可以采用钨丝、铜丝、钢丝或锡丝。每个面上的金属丝数量可以相同，例如均为2条、3条、4条或5条，每个面上的金属丝数量也可以不同，金属丝材质可以相同也可以不同，可根据模体长度和金属丝影像长度与扫描层厚度之间比例设计选取，具体可参见图7～11。在图2～图6(模体六个表面展开示意图)给出的实施例中，前、后、左、右四个面均设有两条金属丝，上、下两个面各设有三条金属丝；本实施例金属丝采用钨丝。

所述金属丝30均在所在表面上斜向设置，相互平行、等距排列。

本发明的一个实施例是：在上面1和下面2平面视图上，设置3条金属丝，用于采集横断面(xy平面)扫描重建图像层厚信息(螺旋扫描、轴扫描均可)，金属丝30斜向设置可以是左低右高，也可以是左高右低，位于下方的金属丝的最高端31，和与其相邻的位于上方的金属丝的最低端32，处于同一水平线上，这样排列的目的是：在模体长度内，实现宽范围螺旋扫描(或轴扫描)重建的每层图像上都采集到连续层厚信息，即在多层连续扫描重建时金属丝30的投影不会间断或重叠。

在左面3和右面4平面视图上，设置两条金属丝，用于采集冠状面(xz平面)扫描重建图像层厚信息。

在前面5和后面6平面视图上，设置两条金属丝，用于采集矢状面(yz平面)扫描重建图像层厚信息。

所说的本体20六个表面上设有的金属丝30优选钨丝，钨丝可以粘贴在模体的表面，也可以采用其他方法设置在模体的表面层下，本发明图1～6的实施例中，金属丝(钨丝)30设置在本体20表面的凹槽301内，上面1、下面2各设有三条钨丝，左面3、右面4、前面5、后面6各设有两条钨丝。由于ct扫描成像的“部分体积效应”也称“容积效应”，同材质、同线径的金属丝在同一种背景材质里用不同层厚扫描重建得的图像中“图像对比度”可相差很大，所说的钨丝直径为0.1～0.3mm是经多种材质和线径的实验优选值，其中0.1mm，0.2mm，0.3mm都是可以选取的直径。

平行设置的金属丝(钨丝)可以偏置在模体表面上(即靠近某一边设置)，但是较佳的方案是：所有钨丝均与所在表面的中心对称设置，这样，钨丝的分布均匀，测试定位和数据处理编程均比较方便，具体参见图1～6。

用于测量横断面(横断z轴)扫描层厚偏差的上面1、下面2上的斜线与本体20的前面5或后面6的夹角为α1，用于测量矢状面(横断x轴)扫描层厚偏差的前面5、后面6上的斜线与本体20的左面3或右面4的夹角为α2，用于测量冠状面(横断y轴)扫描层厚偏差的左面3和右面4上的斜线与本体20的上面1或下面2的夹角为α3，所说的夹角α1、α2、α3的角度为18.4°～45°，夹角α1、α2、α3的角度可以是互不相同的，也可以是相同的。夹角选45°时，金属丝扫描重建图像的长度与扫描重建层厚相等。夹角选18.4°时，金属丝扫描重建图像的长度是扫描重建层厚的三倍(投影关系式为：1/tanα)，可以提高较薄层的测量准确度，但也加大了模体摆放对位的难度。所说的夹角α1、α2、α3最优选取是均为26.6°度，金属丝扫描重建图像的“半高宽”长度是扫描重建层厚的二倍。这样可以形成系列产品。

本发明所说的钨丝、钨珠串可以直接设置在模体内，例如模体成形时就制作为一体。为了便于模体的加工制作，也便于模体的测试使用，本发明所说的本体20沿x、y、z三个轴向各开有一个通孔7、8、9，所说的钨丝、钨珠串设置于一个与模体材质相同的圆柱形支撑保护杆内轴线位(图中未示出)，支撑保护杆的尺寸与通孔的尺寸相适配，这样，制作精度保证、组装和使用都方便。

所述本体20可以是立方体，也可以是长方体(包括6个面均为长方形，或前后2个面为正方形、上下左右4个面为长方形)，具体可根据不同需要选择不同形状大小尺寸设计成独立模体或与其他ct成像性能测试模块组合成多功能测试模体。

作为可选择的实施方式，模体边长可以为7～24cm，例如，7*7*7、9*9*9、11*11*11、12*12*12、15*15*15、17*17*17、20*20*20、22*22*22或24*24*24cm等立方模体都是可以选用的实施例；对于长方体模体，其z轴向长度相应的可以是前、后面边长的1.1、1.3、1.5、1.7或2.0倍，这样的长方测试模体，可用于头部模或腹部模内；边长20、22或24cm立方的测试模体，可独立使用。

金属丝30的具体设置参见图7～11，图中虚线仅用于表示“位于下方的金属丝30的最高端部31，和相邻的位于上方的金属丝30的最低端部32，处于同一条水平线上”。

图7所示包括1条金属丝30，夹角α1、2、3为45°，可用于层厚为10mm的扫描测试；

图8所示包括2条金属丝30，夹角α1、2、3为26.56°(近似为26.6°)；

图9所示包括3条金属丝30，夹角α1、2、3为18.4°，可用于层厚为5mm的扫描测试。

本发明所说的本体20可以为立方体，也可以为长方体，长方体的长边沿z轴方向。

为了与其它测试模体配合使用，本发明所说的本体20沿z轴方向的四个边可以设有平面倒角或圆弧面倒角。

本发明所述测试模体，其测试使用方法和数据处理方法，均可参照现有技术进行，不再详述。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

附：

“ct螺旋扫描多平面重建图像轴向性能测试模体”简要使用说明

测试模体可根据不同需要选择不同形状大小尺寸设计成独立模体或与其他ct成像性能测试模块组合成多功能测试模体。

实施ct螺旋扫描重建图像轴向性能指标测试时，模体置于扫描检查床上靠机架端，模体z轴与扫描中心轴线平行，调节床高，在定位光指示下将模体中心位调至系统扫描中心轴位。扫描正、侧位定位像各一张。在系统图像显示界面上，检查、校正模体的摆放正确到位，即上面、下面水平，左、右面垂直，前、后面垂直。

制定螺旋扫描采集计划：设置规范kv、ma、每圈扫描时间、扫描范围(长度)、螺距、层厚(螺旋采集时最好选最薄层厚)和重建算法等。设计重建层厚，点击系统轴向重建程序后，系统自动重建出z、y、x三轴向平面图像，将重建图像发送到图像工作站，用光驱拷贝出dicom图像数据。

使用现有图像处理技术编制的相关软件，可以测算重建图像的层厚偏差(mm)和空间分辨力mtf(lp/mm)。使用dicom巡视软件”radiantdicomviewer(64-bit)medixant”也可裸眼测算层厚尺寸偏差。