電腦斷層之輻射劑量、輻射安全與品質保證

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血嵇
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1 CT Quality Assurance 陳建全台灣醫學物理公司

2 項目名稱台灣 ACR IPEM91 AAPM74 AAPM39 一系統安全評估 (System Safety Evaluation) V V 二檢查床與機頭之對位 (Alignment of Table to gantry ) V V optional 三切片位置準確性 (Slice Positioning Accuracy) a) 切片定位雷射的準確性 (Alignment light accuracy) b) 定位投影影像對位切片位置的準確性 (Slice localization from scanned projection radiograph) c) 檢查床進出移動的準確性 (Table incrementation accuracy) V V V V V 四檢查床 / 機頭傾斜準確性 (Table/gantry tile accuracy) optional 五切片厚度準確性 (Slice thickness accuracy) V V V V V 六七 CT 值準確度與線性度 (CT number accuracy and linearity) 水假體影像評估影像均勻度雜訊與假影評估 (Evaluation of image Uniformity, noise, and artifact) V V V V V V V daily V 八空間解析度 (Spatial resolution) V V V V V 九低對比偵測度 (Low contrast detectability ) V V V V 十劑量評估 (Dosimetry) V V V V V 十一輻射寬度 (Radiation width) V V V V 十二測試項目影像顯示器評估 (Image display device evaluation) a) 擷像工作站之相關測試 (image display monitors) b) 印片機測試 (Hard-copy display units) Dosimetry of the Digital Survey Radiography V V V V V Couch Travel Accuracy (Spiral Scan) V

3 QA Testing for CT Scanners Establishing a QA program Radiographer QA program 非年度 QA Physicist QA program Physicist s Testing Acceptance testing Annual/Semi-annual testing 年度 QA After replacement or repair of a major component

4 Types of QA Tests Mechanical and system checks Image quality Radiation dose Image Displayer

5 系統安全評估組件檢查項目合格 / 不合格備註 1. 整個電腦斷層掃描儀在機械方面是穩定的 2. 所有可動的部分平穩動作, 沒有任何阻礙 3. 病患或工作人員不會接觸到銳利粗糙邊緣, 或其它包括電的危害 4. 定位雷射燈功能正常 5. 所有指示燈功能正常 : 輻射使用中等 6. 指示病人的對講裝置功能正常 7. 監控病人的攝影機與顯示器等功能正常 8. 張貼警告標示於合適位置注意輻射懷孕婦女 9. 張貼原能會認可文件 : 設備人員

6 檢查床與機頭之對位 Off-center : less image quality or higher radiation required

7 檢查床與機頭之對位確認檢查床的長軸與掃描儀旋轉面的左右中心對齊測試步驟 : 1. 在檢查床左右中心附近貼上膠帶, 以尺決定中心位置並在膠帶上作記號 2. 將檢查床貼膠帶處移至機頭內 3. 用捲尺在機頭內橫向最長距離處決定左右中心位置, 並在檢查床上作記號 4. 測量上述兩個記號間的距離效能判定準則 : 機頭的中心線應在檢查床中心線的 +/- 5 公釐內 (AAPM TG39), 或符合廠商規格標準

8 切片位置準確性 ( 一 ) 目的 : 確認 1. 定位雷射 / 光線的準確性 (1) 內部定位雷射 / 光線 (2) 外部定位雷射 / 光線 2. 使用掃描放射影像 ( 例如 :Topo, Scout, Pilot ) 決定切片位置的準確性 3. 檢查床 (Table) 進 / 出方向移動的準確性

9 切片定位雷射的準確性 ImPACT Information Leaflet No. 1

10 使用掃描放射影像決定切片位置的準確性

11 第一段第二段第三段第四段

12 使用 ACR CT Phantom 的第一段

13 橫截面側面

14 使用掃描放射影像決定切片位置的準確性 Lateral projection of ACR Phantom Definitions of slice indicators: 1. Start position of slice 2. Center of slice 3. Total coverage of scan

15 使用掃描放射影像決定切片位置的準確性 Method 1: Thin slice method 可見 4 個鐵珠定位處

16 使用掃描放射影像決定切片位置的準確性 Method 2: Thick slice method 5 5 上方 :0 下方 :-1 平均 :-0.5 條偏移 0.25 mm 每條間距 0.5 mm

17 檢查床進出切片方向移動的準確性 ImPACT Information Leaflet No. 1

18 1. 切片定位雷射的準確性 : 射束中心與雷射位置之誤差應在 2 公釐內, 或符合廠商規格標準 2. 定位投影影像對位切片位置的準確性 : 誤差應在 2 公釐內, 或符合廠商規格標準 3. 檢查床進出移動的準確性 : 所有檢查床移動的誤差皆應在 2 公釐內, 或符合廠商規格標準

19 檢查床 / 機頭傾斜準確性 S/F or CR cassette 1. 操作台之設定角度與機頭上之顯示角度應一致 2. 操作台之設定角度與測量角度之誤差應在 3 度以內, 或符合廠商規格標準 ImPACT Information Leaflet No. 1

20 General Concepts of CT Image Quality Testing Spatial resolution Testing w/ high contrast patterns Contrast resolution Testing w/ low contrast objects Noise Testing w/ uniform water image Image artifacts Testing w/ uniform water image

21 Image Quality Phantoms Catphan ImPACT Gammex RMI 464 ACR CT Accreditation Phantom

22 Manufacturers Phantoms For GE Systems For Siemens Systems

切片厚度準確性測試步驟 (1) 將假體放置於檢查床上以常規成人腹部掃描模式進行測試, 設定組像範圍為 21 公分若常規成人腹部掃描是以軸狀掃描, 則直接掃描切片厚度測試物的正中央區段 (2) 若常規成人腹部掃描是以螺旋掃描, 則將掃描模式改為軸狀掃描, 其他參數則維持固定不變若掃描儀為多切片機型, 但不能使用相同的偵檢器組置 (N T,T

23 切片厚度準確性測試步驟 (1) 將假體放置於檢查床上以常規成人腹部掃描模式進行測試, 設定組像範圍為 21 公分若常規成人腹部掃描是以軸狀掃描, 則直接掃描切片厚度測試物的正中央區段 (2) 若常規成人腹部掃描是以螺旋掃描, 則將掃描模式改為軸狀掃描, 其他參數則維持固定不變若掃描儀為多切片機型, 但不能使用相同的偵檢器組置 (N T,T 為一個資料通道在 Z 軸方向上之寬度,N 為該模式下的資料通道數目 ) 進行軸狀掃描時, 則在維持相同的 T 設定下, 使用最大的 N 之偵檢器組置, 進行軸狀掃描 (3) 同上述步驟, 但改變切片厚度為高解析度肺部掃描時使用的厚度 3 5 及 7 毫米 ( 若於步驟 (1) 中已有相同厚度, 則不需重複掃描 ) 若無法達到前述設定, 則選取最接近的設定值進行測試

24 N T 一般狀態範例 : Helical Scan, N T = 64 x 0.625, 影像厚度 = 5 mm 改用 Axial Scan, N T = 8 x 5, 影像厚度 = 5 mm 特殊情況範例 : Helical Scan, N T = 4 x 1.0, 影像厚度 = 5 mm 改用 Axial Scan, N T = 4 x 2.0, 影像厚度 = 5 mm

25 上方 :11 下方 :11.5 平均 :11.25 條切面厚度 mm

26 切片厚度之誤差應小於 1.5 公釐, 或符合廠商規格標準

27 CT 值準確度與線性度

28 線性迴歸分析 y = x R 2 = 線性迴歸分析線性 ( 線性迴歸分析 ) 判定準則 : (1) 斜率 (y):4940 ~ 5460 (2) 線性度 (R 2 ):> 0.99

29 Excel function

30 材料空氣聚乙烯水壓克力骨頭測量值 Attenuation Coefficient 線性迴歸分析 y = x R² = 線性迴歸分析線性 ( 線性迴歸分析 )

31 線性回歸斜率 = xxxx.x 線性相關係數 = 0.xxxx

32 水假體影像評估 (1) 水的 CT 值準確度 (2) 雜訊 (3) 影像均勻度與 (4) 假影 Procedures: Scan uniform phantom Place ROIs Noise: Standard Deviation of ROI CT# uniformity - Diff between means of center and outer ROI Foot

33 (1) 水的 CT 值準確度 Large ROI:> 20% total area Small ROI:~ 400 mm 2 Area: mm2 Mean:0.52 StdDev:6.99 Area:401.5 mm2 Mean:-1.28 StdDev:7.08

34 (2) 雜訊

35 (3) 影像均勻度

36 (4) 假影 A. streak B. motion C. beam-hardening D/E. ring F. blooming

37 WW/WL = -660/0 WW/WL = 350/0

40 1. 水的 CT 值應介於 7 ~ +7 HU, 或符合廠商規格標準 2. 雜訊值與其基準值之差異, 應不大於 20%, 或符合廠商規格標準 3. 影像均勻度 : 邊緣的四個 ROI 之平均 CT 值與中間 ROI 之平均 CT 值間的差異皆小於 5HU, 或符合廠商規格標準 4. 影像中不應存在任何明顯之假影

42 空間解析度 ACR phantom: 8 Al bar patterns- 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 12 lp/cm

45 1. 以常規成人腹部掃描所得之影像應可清楚分辨 5 線對 / 公分以上 ( 含 ); 2. 高解析度肺部掃描所得之影像應可清楚分辨 6 線對 / 公分以上 ( 含 )

approximately 90 HU Cylinder-to-background contrast is

46 低對比偵測度 Four cylinder groups 0.6% (6 HU) difference from a background material mean CT number of approximately 90 HU Cylinder-to-background contrast is energy-independent. cylinders diameters and spaces: 2, 3, 4, 5, and 6 mm A 25-mm cylinder to verify the cylinder-to-background contrast level

49 1. 所有掃描模式下, 低對比物與背景之平均值的差異應在低對比物的對比值之 10% 以內 2. 低對比物之計分與基準值相較, 其減少應不超過 1 分

50 項目十 : 劑量評估

51 Dosimetry Measurement Tools 15 cm 32 cm 16 cm CT phantoms Body phantom Head phantom Pencil-type ionization chamber Line integral of dose profile Sensitive length: 100 mm

52 CTDI CT Dose Index 基於 Reference Man 所建立的方法其劑量數值僅適用於 Reference Man 代表此 CT 的輻射輸出不能代表該受檢者所接受到的輻射曝露受檢者的劑量計算 Monte Carlo Simulation

53 Computed Tomography Dose Index Weighted CTDI : CTDI w CTDI 100, P1 CTDI 100, P2 CTDI 100, P4 CTDI 100, P3 CTDI 100,center CTDI 100,edge = CTDI 100, P1+P2+P3+P4 4

54 CTDI CT Dose Index CTDI f=8.7 mgy/r f C E L N T C: calibration factor for electrometer ( ) E: average measured value L: active length of pencil ion chamber (100 mm or 160 mm) N: actual number of data channels (axial) T: nominal slice width (axial) Example: Multi-slice scanner 120 kvp, 400 ma, 0.8-s scan, mode Reading: 540 mr Calculation: CTDI =47 mgy

55 Dose Calculation C TDI w 1 3 C TDI c 2 3 C TDI p P 2 CTDI vol CTDI Pitch w P 3 C P 1 P 4 D L P = C T D I v o l to ta l s c a n le n g th E k D L P

56 Computed Tomography Dose Index Volume CTDI: CTDI vol In axial scan : Example: Slice thickness = 4 mm Inter-slice gap = 1 mm 4 mm 1 mm Pitch = (4 + 1) 4 = 1.25

57 CTDI measured for all clinically used detector configurations

58 Output reproducibility and linearity

59 Estimates of Effective Dose for Pediatrics E D L P E D L P (msv mgy -1 cm -1 ) AAPM96 (2008): The Measurement, Reporting, and Management of Radiation Dose in CT

1. 再現性 : 再現性的變異係數不可超過 0.05 2. 加權電腦斷層劑量指標與劑量長度乘積 : 目前並未有文獻提供 CTDI W 與劑量長度乘積之限值, 但歐盟 16262 號報告建議設立參考劑量水平, 以合理抑低劑量 3.

60 1. 再現性 : 再現性的變異係數不可超過加權電腦斷層劑量指標與劑量長度乘積 : 目前並未有文獻提供 CTDI W 與劑量長度乘積之限值, 但歐盟號報告建議設立參考劑量水平, 以合理抑低劑量 3. 代表性檢查的病人劑量 : 附表為 CTDI vol 的參考劑量水平與限值當 CTDI vol 超過參考劑量水平且低於限值時, 應檢討檢查掃描參數, 討論如何在不影響影像品質下減低劑量當 CTDI vol 超過限值時, 必須找出劑量過高的原因, 並應立即採取修正措施

61 變異係數 :x.xxxx CTDIw:xx.x CTDIvol :xx.x 有效劑量 :x.x

62 項目十一 : 輻射寬度 Using packaged films placed at the isocenter surface during scans at the different collimation thicknesses The mas technique is set to provide a maximum film density of between 1.0 and 2.0 OD

500 400 300 200 Film image 300 100 0 0 50 100 150

63 relative pixel value from film pixel value from IP Measurement w/ CR IP Film IP Film image location (mm) CR image Liu et al., Med Phys, 2005

64 項目十二 : 影像顯示器評估 SMPTE TG 18 QC

65 1. 0% 5% 及 95% 100% 之低對比方塊需清楚可分辨 2. 0% 至 100% 的所有灰階方塊皆應清楚可分辨 3. 不應有明顯可見的條紋假影圖像扭曲與陰影 4. 於四個角落及中間之高對比線對, 不論是平行與垂直方向, 應皆能分辨 5. 亮度之標準建議如下 : 1. 最大亮度應至少 100 燭光 / 平方公尺 2. 最大亮度與最小亮度之比值應至少若使用美國醫學物理學會影像資訊委員會 TG18 測試圖像, 則參考美國醫學物理學第 3 號線上報告之建議標準

66 GSDF DICOM 3.14 Grayscale Standard Display Function JND just noticeable difference

67 Measured Data Standard

電腦斷層之輻射劑量、輻射安全與品質保證

電腦斷層之輻射劑量、輻射安全與品質保證 Why increased frequency? 20 年前, 一個標準胸部 CT 需要幾分鐘, 而今天, 類似的掃描可以在一個單一的閉氣時完成, 使得 CT 對臨床而言更有吸引力 CT 技術的進展, 實現了 CT 透視和介入性診療, 在某些情況下, 更取代了超音波引導