一种用于评估tcm与ir算法临床影像质量的新型ct模体
阅读说明：本技术 一种用于评估tcm与ir算法临床影像质量的新型ct模体 (Novel CT (computed tomography) phantom for evaluating clinical image quality of TCM (TCM) and IR (Infrared radiation) algorithms ) 是由 何丽娟 张岭 何廷贵 殷春许 王明明 丁炎强 宋远超 章诚 程皖燕 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于评估TCM与IR算法临床影像质量的新型CT模体,具体涉及CT模体技术领域,包括模体本体,所述模体本体的一端设置有主模块一,且模体本体的另一端设置有主模块六,所述主模块一的一侧设置有主模块二,所述主模块二的一侧设置有主模块三,所述主模块三的一侧设置有主模块四,所述主模块四的一侧设置有主模块五。本发明不仅考虑了体型因素对新型技术在临床性能方面的影响,还考虑了TCM技术以及IR算法对CT值精度、分辨力和噪声的影响,以及体型-噪声函数、调制传递函数,不同尺寸的模体之间将采用锥形匀质模体进行过渡,减少了边缘效应,同时融入物理质控的测试模块,实现了对降低CT剂量的新技术TCM以及IR算法进行性能评估测试。(The invention discloses a novel CT (computed tomography) die body for evaluating clinical image quality of TCM (TCM) and IR (infrared) algorithms, and particularly relates to the technical field of CT die bodies. The invention not only considers the influence of body type factors on the clinical performance of the novel technology, but also considers the influence of TCM technology and IR algorithm on CT value precision, resolution and noise, body type-noise function and modulation transfer function, and conical homogeneous models are adopted for transition among models with different sizes, thereby reducing edge effect, and simultaneously integrating a test module of physical quality control, and realizing performance evaluation test of the novel technology TCM and IR algorithm for reducing CT dosage.)
技术领域
本发明涉及CT模体技术领域，尤其涉及一种用于评估TCM与IR算法临床影像质量的新型CT模体。
背景技术
X射线计算机断层扫描(X-ray computed tomography,CT)因其成像快捷、图像清晰等特点，被广泛应用于临床诊断，为得到高分辨力与低噪声图像，使得CT设备技术快速发展，从而带来了辐射暴露的风险，目前广泛应用的新型CT技术——统计迭代重建算法(statistical and iterative reconstruction algorithms,IR)与管电流调制技术(tubecurrent modulation,TCM)能够在降低影像噪声、保证影像质量的同时降低辐射剂量水平。
但目前还没有基于模体的方法来适当地评估IR重建中CT的图像质量；此外由于缺乏独立的评价方法，TCM性能一直被现行的医学物理评价规范所忽略。目前一些可用于评估TCM性能的模体要么由几个离散部分构成，要么由均匀材料构成；但并不能评估除体型-离散噪声函数以外的其他性能指标。此外，对比度和分辨力也会受到体型的影响，但目前可用的CT模体无法进行测量评估。
CT性能通常使用物理模体进行测量，这些模体的目的是量化辐射剂量和图像质量指标，目前，存在一系列的模体，主要用于影像噪声、空间分辨力、 CT值(Hounsfield Unit,HU)精度、准直和低对比可探测能力，现有的一些CT质控模体主要包括：美国放射学会的ACR系列CT影像质量认证模体，用于 ACR CT的认证测试；Catphan系列模体，用于CT的质量控制测试；以及厂家提供的各种质控测试模体等。用于CT剂量测试的CTDI(CT dose index)模体以及一系列离散型模块构成的TCM测试模体。虽然这些模体被证明在CT质控测试中有重要意义，但是在现代CT系统常见关键技术性能测试方面却无能为力：比如，图像质量性能与人体尺寸、管电流调制和迭代重建的关系。
国际上，则有少数文献针对AEC、TCM、IR等新技术所带来的性能指标测试有所研究。Amy K.Hara等人基于ACR模体(Gammex 464)对自适应统计迭代重建算法在低剂量CT系统中的影像噪声、低对比可探测能力、图像质量以及空间分辨力的评估方法进行了相关研究。Nicholas Keat等人则使用锥形丙烯酸AEC模体架在Catphon模体箱上针对患者体型以及AEC系统Z轴方向上的影响进行了研究。该AEC模体的尺寸则是从小于婴儿腹部尺寸一直到大于成人腹部尺寸连续进行设计的，且其横截面积为椭圆。Stephen J.Lokitz等人则是利用自制拼接型AEC模体用于大范围患者尺寸在CT扫描中使用管电流调制以及低剂量CT技术时的性能指标进行了部分研究，Olav Christianson, MS等人利用ACR CT模体对FBP和IR算法对图像质量在低对比噪声比(CNR)、可探测噪声指数以及空间分辨力方面的差别进行了对比研究，Sebastian T. Schindera等人利用三种尺寸的仿真女性模体(型号：model702,CIRS)研究了MDCT在腹部扫描中自动管电流调制时患者尺寸对辐射剂量的影响，以及对影像噪声的影响，但未见针对TCM新技术以及IR算法对体型-噪声函数、调制传递函数影响的相应研究，且无不同体型患者影像中其他物理性能指标受其影响的研究。
从国内外研究现状来看，目前已有的少数针对新型CT技术，尤其是AEC、TCM、IR等在临床应用中评估人体体型效应以及其对CT值精度、分辨力以及噪声影响的性能评估。但并没有针对TCM新技术以及IR算法带来的体型-噪声函数、调制传递函数以及其他性能指标(比如对比度等)进行系统评估的方法。目前亦无可用于TCM技术、IR算法在临床应用中图像影像质量评估的统一模体。
发明内容
本发明中六个主模块尺寸依据AAPM Report No.220不同年龄段参考人的腹部尺寸数据确定，以评估人体体型效应对CT值精度、分辨力和噪声的影响，同时可得到体型-噪声函数、调制传递函数，为了减少边缘效应，不同尺寸的模体之间将采用锥形匀质模体进行过渡，将用于定位光精度偏差、层厚偏差测试的钨丝嵌入每一主模块的第一层，新型CT模体更好地将物理质控与临床质控相结合，除可以实现对降低CT剂量的CT新技术TCM以及IR算法等性能进行评估测试外，还能对CT设备进行物理质控，解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于评估TCM与IR算法临床影像质量的新型CT模体。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种用于评估TCM与 IR算法临床影像质量的新型CT模体，包括模体本体，所述模体本体的一端设置有主模块一，且模体本体的另一端设置有主模块六，所述主模块一的一侧设置有主模块二，所述主模块二的一侧设置有主模块三，所述主模块三的一侧设置有主模块四，所述主模块四的一侧设置有主模块五；
所述模体本体采用聚乙烯材料制成，所述主模块一、主模块二、主模块三、主模块四、主模块五和主模块六的直径依次减小，且主模块一主模块二、主模块三、主模块四、主模块五和主模块六的连接处依次设置有连接模块一、连接模块二、连接模块三、连接模块四和连接模块五，所述连接模块一、连接模块二、连接模块三、连接模块四和连接模块五均采用锥形匀质模体过渡。
优选的，所述模体本体各主模块的内部融入物理质控分析模块。
优选的，所述模体本体的中心安装有固定棒，所述固定棒的一端穿过主模块一、主模块二、主模块三、主模块四、主模块五和主模块六的内部。
优选的，所述主模块一、主模块二、主模块三、主模块四、主模块五和主模块六的内部均设置有第一层模块，所述第一层模块的一侧设置有第二层模块，且第一层模块的内部增加定位光精度偏差、重建层厚偏差的测试模块。
优选的，所述第一层模块的内部设置有插件材料，所述插件材料包括空气、肺泡沫材料、LDPE低密度聚乙烯、水、聚苯乙烯、丙烯酸、碘造影剂 (c＝9.5mg/ml)和特氟龙。
优选的，所述第二层模块内加入高对比分辨力和低对比可探测能力的测试模块，且第二层模块的一侧设置有第三层模块，所述第三层模块、第二层模块以及第一层模块的厚度均相同。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
与现有的CT质控模体相比较，不仅考虑了体型因素对新型技术在临床性能方面的影响，以得到体型-噪声函数、调制传递函数，为了减少边缘效应，不同尺寸的模体之间将采用锥形匀质模体进行过渡，且针对CT值线性的测试模块涵盖了更多与人体组织HU值相对应的材料插件，同时还融入了物理质控的测试模块：将用于定位光精度偏差、层厚偏差测试的钨丝嵌入每一主模块的第一层；垂直加入一条钨丝用于MTF的测试；第二层则主要为高对比分辨力与低对比可探测能力的测试模块；第三层则为均匀性、噪声、伪影的测试模块，新型CT模体更好地将物理质控与临床质控相结合，除可以实现对降低CT 剂量的CT新技术TCM以及IR算法等性能进行评估测试外，还能对CT设备进行物理质控，解决了现有模体无法进行临床质控的问题。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的剖视图。
图3为本发明的第一层模块剖视图。
图4为本发明的第二层模块剖视图。
附图标记为：1、模体主体；2、主模块一；3、主模块二；4、主模块三；5、主模块四；6、主模块五；7、主模块六；8、固定棒；9、连接模块一；10、连接模块二；11、连接模块三；12、连接模块四；13、连接模块五；14、第一层模块；15、第二层模块；16、第三层模块；17、插件材料。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例，如图1-4所示，本发明提供了一种用于评估TCM与IR算法临床影像质量的新型CT模体，包括模体本体1，模体本体1的一端设置有主模块一2，且模体本体1的另一端设置有主模块六7，主模块一2的一侧设置有主模块二3，主模块二3的一侧设置有主模块三4，主模块三4的一侧设置有主模块四5，主模块四5的一侧设置有主模块五6；
模体本体1采用聚乙烯材料制成，主模块一2、主模块二3、主模块三4、主模块四5、主模块五6和主模块六7的直径依次减小，且主模块一2主模块二3、主模块三4、主模块四5、主模块五6和主模块六7的连接处依次设置有连接模块一9、连接模块二10、连接模块三11、连接模块四12和连接模块五13，连接模块一9、连接模块二10、连接模块三11、连接模块四12和连接模块五13均采用锥形匀质模体过渡。
如图2所示，模体本体1的内部融入物理质控分析模块。
如图2所示，模体本体1的中心安装有固定棒8，固定棒8的一端穿过主模块一2、主模块二3、主模块三4、主模块四5、主模块五6和主模块六7的内部。
如图2所示，主模块一2、主模块二3、主模块三4、主模块四5、主模块五 6和主模块六7的内部均设置有第一层模块14，第一层模块14的一侧设置有第二层模块15，且第一层模块14的内部增加定位光精度偏差、重建层厚偏差的测试模块。
如图2所示，第一层模块14的内部设置有插件材料17，插件材料17包括空气、肺泡沫材料、LDPE低密度聚乙烯、水、聚苯乙烯、丙烯酸、碘造影剂 c＝9.5mg/ml和特氟龙。
如图4所示，第二层模块15内加入高对比分辨力和低对比可探测能力的测试模块，且第二层模块15的一侧设置有第三层模块16，所述第三层模块16、第二层模块15以及第一层模块14的厚度均相同。
如图1-4所示，实施场景具体为：模体主体1的主体部分材料将选取聚乙烯材料，模体主体1内部的插件材料17将按照人体不同部位的HU值来对插件材料17进行选取，用于人体不同部位的对比度以及CT值线性指标分析；此外融入物理质控分析模块，连接模块一9、连接模块二10、连接模块三11、连接模块四12和连接模块五13将采用锥形匀质模体进行过渡，以得到体型-噪声函数、调制传递函数，减少边缘效应，主模块一2、主模块二3、主模块三4、主模块四5、主模块五6和主模块六7之间则采用固定棒8进行连接，便于携带，主模块一2、主模块二3、主模块三4、主模块四5、主模块五6和主模块六7的尺寸依据AAPM ReportNo.220不同年龄段参考人的腹部尺寸数据确定，每个主模块由三层构成，各主模体的第一层模块14的插件材料17依据人体不同部位的HU值来对插件材料17进行选取，用于人体不同部位的对比度性能指标与 CT值线性的分析，CT值线性测试模块(人体不同部位HU值对应模拟材料制作插件)；定位光精度偏差与层厚偏差测试模块(内嵌两组23°金属丝斜线，投影长度为50mm，在130mm主体部分不包含此模块)；调制传递函数MTF测试模块 (直径0.05mm，与成像平面垂直的钨丝)，选取的插件材料17有：空气、肺泡沫材料、LDPE低密度聚乙烯、水、聚苯乙烯、丙烯酸、碘造影剂(c＝9.5mg/ml)、特氟龙，该模块中同时增加定位光精度偏差、重建层厚偏差的测试模块，各主模体的第二层模块15则将高对比分辨力与低对比可探测能力的测试模块加入，低对比可探测能力测试模块(内外两组低密度孔径结构：内层孔阵对比度为0.3％、0.5％、1.0％，直径3/5/7/9mm；外层孔阵对比度0.3％、0.5％、1.0％，直径2/3/4/5/6/7/8/9/15mm)与空间分辨力测试模块(30组高密度线对结构：线对的间隔与宽度相同，由公式lp/cm＝(1/2a)计算得到，a的单位cm，线对长度为4mm)；各主体部分第三层模块16为均质聚乙烯(用于噪声与伪影的测试)，由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明采用多功能测试模块组合使用的方案；为了减少边缘效应，不同尺寸的模体之间将采用锥形匀质模体进行过渡；不同尺寸的主模块一2、主模块二3、主模块三4、主模块四5、主模块五6和主模块六7之间采用固定棒8的形式进行连接，
表1新型CT模体主体部分有效尺寸
表2 CT值线性材料选取
序号
材料名称
CT值范围(HU)
对应人体组织/其他备注
1
空气
-1046:-986
肺泡
2
肺泡沫材料#7112
-952:-810
肺组织
3
低密度聚乙烯(LDPE)
-121:-87
脂肪
4
水
-7:7
体液
5
聚苯乙烯
-65:-29
/
6
丙烯酸
92:137
/
7
碘造影剂(c＝9.5mg/ml)
270:300
增强CT
8
特氟龙
941:1060
骨组织
本发明工作原理：
参照说明书附图1-4，本发明提供的新型CT测试模体，与现有的CT质控模体相比较，不仅考虑了体型-噪声函数、调制传递函数，以及体型因素对新型技术在临床性能方面的影响，且针对CT值线性的测试模块涵盖了更多与人体组织HU值相对应的材料插件，同时还融入了物理质控的测试模块：将用于定位光精度偏差、层厚偏差测试的钨丝嵌入每一主模块的第一层；垂直加入一条钨丝用于MTF的测试；第二层则主要为高对比分辨力与低对比可探测能力的测试模块；第三层则为均匀性、噪声、伪影的测试模块，新型CT模体更好地将物理质控与临床质控相结合，除可以实现对降低CT剂量的CT新技术TCM以及 IR算法等性能进行评估测试外，还能对CT设备进行物理质控，解决了现有模体无法进行临床质控的问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种用于医疗放射科的儿童肢体定位装置