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随着肿瘤精确放射治疗技术的开展和应用，西门子[1-2]、飞利浦[3-4]、GE[5]和东芝[5]等厂家生产等的大孔径CT模拟机在放疗部门的使用越来越广泛。精确放射治疗包含精确定位、精确计划设计和精确照射三个方面，因此对大孔径CT模拟机的图像质量及稳定性提出了更高的要求。美国医学物理学家学会（AAPM）的TG-66号报告[6-7]，论述了放疗虚拟定位对CT模拟机质量保证工作中影像质量检验和定位精度检验的要求与方法。我们在前期工作中，对西门子CT模拟机的CT值和CT值线性的长期稳定性进行了研究[8-9]。CT图像成像质量评价体系，包含CT值、空间分辨率、密度分辨率、图像噪声、图像均匀性等，图像噪声评价是其中一个重要方面。高永华等[10]、张富利等[11]和李广喜[12]对CT设备的图像噪声进行了论述和研究。CT图像噪声，表征均匀物质的图像中某一区域内CT值偏离平均值的程度。图像噪声的大小与光子数量、物体大小、扫描层厚和滤波函数等有关，可用感兴趣区域（Region of Interest，ROI）内均匀物质CT值的标准偏差（Standard Deviation，SD）表示[13]。关于图像噪声上述影响因素的研究多有报道，然而层面位置对图像噪声的影响尚未见报道。本研究针对一台西门子Sensation Open CT模拟机，通过实验分析水模体的CT图像数据，探讨层面位置对西门子CT模拟机图像噪声的影响。

1 材料与方法

1.1 设备和模体

我院于2010年引进安装的一台西门子SOMATOM Sensation Open CT模拟机，机架孔径为82 cm[14]。该CT模拟机随机配备了包含水模体、断层厚度模体、电线模体和准线模体四个部分的质控模体组一套。其中，水模体的外直径为20 cm，玻璃壁厚约0.5 cm。主机工作站SIEMENS Syngo系统配置有日常质量检测程序Daily Quality Check（DQC）[10]。

1.2 检测方法

调用DQC程序的质控检测使用旋转扫描方式，有效层厚4.8 mm，每次旋转产生相邻的6层图像（记为S1、S2、S3、S4、S5和S6），每次扫描时间0.5 s，FOV（重建视野）为250 mm，卷积核为S80f[15]。该程序对标称管电压120 kV和140 kV两种情形进行测量，相应的电流时间值分别为125 mAs和100 mAs。

使用水模体，调用DQC程序，在83 min内进行10次测量。为了分析每一层（S1～S6）的图像噪声数据，本研究中参照程序自动勾画的ROI，在CT主机工作站Syngo的Viewing界面中，使用手动勾画ROI的方式，得到每一层图像上半径为4 cm（面积50.01 cm2，像素点数为20974）的ROI区域的SD值，即图像噪声值（图1）。使用手工勾画方式分别得到了120 kV和140 kV两种管电压情形S1～S6层的图像噪声值。

1.3 统计学分析

使用WPS表格记录图像噪声数据，使用SPSS 18.0软件对S1～S6每一层图像噪声的最大值、最小值、平均值、标准差和极差值进行统计描述；对120 kV和140 kV不同层面的图像噪声数据，使用Kruskal-Wallis检验进行统计分析，α取0.05。

2 结果

管电压120 kV和140 kV两种情形下CT模拟机图像第1到第6层（S1～S6）的图像噪声值数据，分别见图2a和图2b。M1～M10分别代表第1次至第10次测量。

管电压120 kV和140 kV情形下，S1～S6层图像噪声的统计数据（最大值、最小值、平均值、标准差和极差），分别见表1和表2。

使用Kruskal-Wallis检验分析两种情形下S1～S6层图像噪声数据，结果显示：120 kV情形下，S1～S6层总体上有统计学差异（P＜0.001）；140 kV情形下，S1～S6层总体上有统计学差异（P＜0.001）。S1和S6是两端的层面，S3和S4是中间层面。对S1和S3，S1和S4，S6和S3，S6和S4进行两两比较。120 kV情形下，P值分别为0.026、0.017、＜0.001和＜0.001；140 kV情形下，P值分别为0.003、0.014、＜0.001和＜0.001。上述P值均小于0.05，说明组间比较均有统计学差异。

以层面编号（代表层面位置）为横坐标，以图像噪声的平均值为纵坐标，得到两种情形图像噪声的平均值随层面位置的变化趋势，结果示于图3。

为了对上述数据结果进行验证，我们使用本院体检中心的一台Emotion 16 CT模拟机进行了补充实验。该设备的DQC程序设置与Sensation Open CT模拟机略有不同。使用该设备的DQC程序，进行了3次数据测量。130 kV情形下，S1、S2和S3层面CT图像噪声的平均值分别为10.27、9.97和10.07 HU；110 kV情形下，S1、S2和S3层面CT图像噪声的平均值分别为14.73、14.37和14.43 HU。S1和S3代表两端层面，S2代表中间层面。

3 讨论

由图2、表1和表2可见，该CT模拟机的图像噪声值在10次测量中的变化较小。图像噪声值的变化范围，120 kV情形为10.4～11.0 HU，140 kV情形为9.8～10.3 HU。表1和表2中12个极差值均≤0.3 HU。由此可见，该CT模拟机图像噪声值具有较好的短期稳定性。

由表1和表2，Kruskal-Wallis检验分析及图3可见，层面位置是影响CT设备图像噪声的因素之一。两种情形中，S3和S4的图像噪声值整体上明显低于两端（S1和S6）的值，中间和两端图像噪声平均值的差异约为0.2～0.3 HU。使用Emotion 16 CT机的补充实验数据，也初步验证了中心层面位置的噪声值低于两端层面噪声值的结果。

西门子CT模拟机在进出机架的方向上，排列着许多独有的超高速稀土陶瓷探测器。在一次旋转出束中，治疗床不动，产生了相邻的6层CT图像。S3和S4对应了中间位置的探测器，S1和S6对应了两端位置的探测器。扫描层面与扇形束X射线相对位置的不同，可能导致到达不同扫描层面的光子数量有差异，进而导致CT图像噪声有差异。中间扫描层面，理论上光子的数量最大，因而导致其图像噪声值小于两端层面的值。但是在实际工作中，影响因素很多，例如矫正曲线、扫描条件和阳极靶面角等，这些因素有的还会受环境温湿度、外部电压、球管温度等影响。因此，层面位置对该CT模拟机图像噪声影响的相关结果，其适用性还需要对其他具体的CT设备实际测量去验证。我们在前期工作中，发现CT图像均匀性也与层面位置相关[14]。

影响CT图像噪声的因素有光子的数量（涉及管电压、mAs），物体的大小，扫描的层厚，滤波函数，矩阵的大小，散射线和电子噪声（探测器噪声）等。本研究的结果显示了层面位置也是影响CT设备图像噪声的因素之一。由表1和表2的数据比较可见，管电压120 kV和140 kV时的噪声水平整体上有区别，140 kV的图像噪声整体上低于120 kV的图像噪声。管电压对图像噪声的影响，许多文献都有提及[16-17]。

郑庆增等[17]全面研究了CT图像噪声的各种影响因素，如管电压、管电流、层厚、不同算法重建以及扫描位置等。其中关于扫描位置方面，该研究采用管电压120 kV，管电流时间值300 mAs，层厚3 mm，重建算法为B20f，扫描位置位于孔径中心及偏上7 cm、下12 cm、左20 cm、右20 cm时，扫描头部电子密度模体。该研究的扫描位置时在同一层面的上下左右位置，本文研究的是进出机架方向的不同层面位置。

本研究也有不足之处。本研究仅对一台西门子CT模拟机的图像噪声进行了详细研究，而Emotion 16 CT机的数据也只是初步验证了层面位置对CT图像噪声影响的结论，层面位置对CT图像噪声影响的整体规律尚需进一步的实验进行深入研究。此外，本研究仅采用了DQC程序的扫描重建参数（电流时间、层厚、卷积核、FOV等），并未使用放疗工作常用的CT扫描重建参数。将来我们将针对上述不足，对更多CT设备，以及采用放疗工作常用的螺旋CT扫描重建参数，深入探究层面位置对放疗CT图像噪声的影响。

综上所述，本研究的结果表明，层面位置对本部门西门子CT模拟机图像噪声有影响，该西门子CT模拟机中心层面位置的图像噪声小于两端层面的值。

衷心感谢西门子公司郭强工程师关于层面位置对CT图像噪声影响原因分析的讨论。

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