螺旋CT的濾過(guò)算法影響圖像質(zhì)量的研究

王厚軍

（臨沂市人民醫(yī)院 影像科，山東 臨沂 276003）

螺旋CT的濾過(guò)算法影響圖像質(zhì)量的研究

王厚軍

（臨沂市人民醫(yī)院 影像科，山東 臨沂 276003）

目的 探討螺旋CT濾過(guò)算法對(duì)圖像質(zhì)量的影響 ，如何充分有效地利用濾過(guò)算法技術(shù)和使用規(guī)律。方法 分析不同的濾過(guò)算法對(duì)掃描水模的空間分辨力、噪聲、CT值的影響，再用不同濾過(guò)算法對(duì)人體不同部位組織器官的掃描圖像進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果 濾過(guò)算法對(duì)低對(duì)比分辨力和噪聲的影響較大，肺算法的低對(duì)比分辨力最高，邊緣算法的噪聲最大，軟組織算法最小；對(duì)空間分辨力骨加算法和邊緣算法最高，噪聲也最大；對(duì)軟組織使用低對(duì)比和低噪聲的算法，會(huì)使組織邊緣更加圓滑，增加軟組織對(duì)比，對(duì)骨組織和肺組織使用高空間分辨力算法會(huì)增加組織邊緣的銳利程度，圖像顯示更加清晰。濾過(guò)算法對(duì)組織的平均CT值影響較小，但對(duì)最大和最小值有影響。結(jié)論 恰當(dāng)選擇濾過(guò)算法是保證CT圖像質(zhì)量的重要條件。

螺旋CT； 濾過(guò)算法；圖像質(zhì)量；空間分辨力

本文導(dǎo)讀 ＞＞

課題背景：課題主要針對(duì)CT的濾過(guò)算法對(duì)圖像質(zhì)量影響的綜合測(cè)試分析，并對(duì)各種算法進(jìn)行分析比較，總結(jié)出適合人體不同組織結(jié)構(gòu)的最優(yōu)算法。

偏倚或不足：不同的濾過(guò)算法適合不同的組織結(jié)構(gòu)，并影響CT值的測(cè)量，有待于對(duì)不同病變的算法分析，為了充分發(fā)揮設(shè)備性能，服務(wù)臨床，只對(duì)設(shè)備本身的濾過(guò)算法做了分析。

同行評(píng)價(jià)：提高CT的圖像質(zhì)量一直是各個(gè)生產(chǎn)廠家和用戶追求的目標(biāo)，已有的機(jī)構(gòu)做設(shè)備性能檢測(cè)，為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定特定條件下。作者從臨床應(yīng)用角度，運(yùn)用水模測(cè)試方法找出各種濾過(guò)算法的特點(diǎn)，并提出了不同組織結(jié)構(gòu)適合的濾過(guò)算法，在保證CT圖像質(zhì)量方面具有一定的臨床意義，對(duì)圖像質(zhì)量控制保證方面具有指導(dǎo)價(jià)值。

0 前言

在實(shí)踐的CT圖像掃描中, 衡量一幅重建圖像的質(zhì)量一般是按照以下三方面作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：圖像的空間分辨率、圖像的對(duì)比度、偽影等。隨著CT在臨床診療中的廣泛應(yīng)用，對(duì)CT圖像的精度和速度要求也越來(lái)越高，在放療計(jì)劃和復(fù)雜手術(shù)方案制訂中，如果重建圖像不能夠準(zhǔn)確地反映人體內(nèi)的真實(shí)信息，則很可能導(dǎo)致有關(guān)計(jì)劃和方案的失效[1]。因此，非常需要能夠獲得濾過(guò)算法的性能指標(biāo)，或者說(shuō)一種算法比另外一種算法優(yōu)越的統(tǒng)計(jì)特性。圖像濾過(guò)算法的正確運(yùn)用是提高和保證CT圖像質(zhì)量的一項(xiàng)重要的技術(shù)內(nèi)容。CT掃描應(yīng)根據(jù)不同部位組織結(jié)構(gòu)選用相應(yīng)的濾過(guò)（重建）算法,以利于CT圖像的診斷[2]。我們通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)和臨床實(shí)踐，對(duì)CT圖像濾過(guò)算法的適當(dāng)選擇進(jìn)行探討，充分利用濾過(guò)算法的使用規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備

我院使用美國(guó)GE生產(chǎn)的Lightspeed VCT ，64層全身CT機(jī)，該機(jī)成像矩陣為512×512，圖像濾過(guò)算法有軟組織、標(biāo)準(zhǔn)、肺、胸部、細(xì)節(jié)、骨、邊緣、骨加（soft、std、lung、chest、detail、bone、edge、 bone plus），從平滑、標(biāo)準(zhǔn)到銳利8種不同分辨率的具體濾過(guò)算法，測(cè)試設(shè)備為隨機(jī)附帶的分辨力檢測(cè)水模。

1.2 方法

利用檢測(cè)水模進(jìn)行CT掃描，固定其它掃描參數(shù)，只選用不同的濾過(guò)算法得到重建圖像,檢測(cè)CT值、分辨力、噪聲，并對(duì)其測(cè)試圖像及臨床掃描圖像進(jìn)行分析對(duì)比，探討其各種算法對(duì)圖像質(zhì)量的影響及對(duì)臨床診斷的意義。

2 結(jié)果與分析

檢測(cè)水模中包括空間分辨率、水的CT值等。在掃描的參數(shù)為120 kV、150 mA、1.0s、5mm層厚、28.7cm2FOV以及其它掃描參數(shù)固定不變的情況下，單一改變圖像濾過(guò)算法，其水模圖像對(duì)比分析和測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1～2。

由上表測(cè)試結(jié)果可以得出：邊緣和骨加濾過(guò)算法的空間分辨力最高；低對(duì)比分辨力肺最高，軟組織最小；噪聲邊緣最大，軟組織最?。粸V過(guò)算法對(duì)平均CT值的影響較小。

采用不同濾過(guò)的計(jì)算方法，對(duì)不同的組織結(jié)構(gòu)按照水模測(cè)試的結(jié)果，選用恰當(dāng)?shù)臑V過(guò)算法滿足各種診斷需求，現(xiàn)討論如下。

3 討論

3.1 不同濾過(guò)算法的成像特征對(duì)CT圖像質(zhì)量的影響

X射線穿過(guò)人體衰減后的圖像信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理重建成圖像再顯示，不同的計(jì)算方法所獲得的影像是有差別的，提高空間分辨率的濾過(guò)算法會(huì)造成圖像噪聲（SD）的增加，即隨空間分辨率的增加，圖像噪聲隨之加大。但對(duì)于信噪比較高的組織結(jié)構(gòu)，空間頻率提高帶來(lái)的噪聲增加對(duì)圖像的影響不大[3]。噪聲是影響CT圖像質(zhì)量至關(guān)重要的因素，它直接影響CT圖像低對(duì)比分辨率(即密度分辨率)，當(dāng)病變組織與正常組織的衰減系數(shù)相差很小時(shí)，高噪聲CT將無(wú)法分辨此病變組織[4]。

為適應(yīng)人體各部位、各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的觀察，CT機(jī)的計(jì)算系統(tǒng)往往設(shè)置幾種不同的運(yùn)算方式。在GE生產(chǎn)的老機(jī)型中將其由低到高按階段劃分為平滑、標(biāo)準(zhǔn)和尖銳，并且還有很多平滑和增強(qiáng)參數(shù)，但VCT只有8種重建濾過(guò)，在心臟掃描時(shí)還有3種輔助增強(qiáng)算法，通過(guò)水模圖像測(cè)試可以看出：按由低到高的空間分辨率順序應(yīng)為：軟組織、標(biāo)準(zhǔn)、胸部、細(xì)節(jié)、骨、肺、骨加、邊緣，但隨著分辨率增加的序數(shù)，噪聲也隨著由低到高的增大。如上表所示，最低為4.37，最高為41.08?？臻g分辨率也由低到高增加，從6.0 Lp/cm增至8.0 Lp/cm以上，平均CT值變化不大，但每個(gè)像素的最小CT值和最大CT值卻變化較大。因此這些重建濾過(guò)參數(shù)的變化為我們獲得適合人體不同組織結(jié)構(gòu)提供了圖像質(zhì)量保證。

表1 不同濾過(guò)算法的測(cè)試結(jié)果

表2 不同濾過(guò)算法對(duì)低對(duì)比分辨力的測(cè)試結(jié)果

3.2 濾過(guò)算法在不同組織結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

在此基礎(chǔ)上，CT掃描時(shí)，對(duì)于不同的組織結(jié)構(gòu)、不同的部位、臨床診斷的要求來(lái)調(diào)整濾過(guò)算法。通過(guò)圖像重建處理，交換空間分辨率和密度分辨率，按照臨床需要，根據(jù)比較研究，利用圖像質(zhì)量指標(biāo)和成像參數(shù)之間的關(guān)系，優(yōu)化掃描協(xié)議，使圖像顯示清晰，有利于診斷[5,6]。我們根據(jù)臨床要求及欲觀察的病變范圍和重點(diǎn)，進(jìn)行圖像濾過(guò)算法的最佳選擇，保證CT圖像質(zhì)量。

(1)對(duì)軟組織通過(guò)低分辨力的濾過(guò)算法使圖像的邊緣更加圓滑，會(huì)增加軟組織對(duì)比，如肝臟、腎臟只用軟組織、標(biāo)準(zhǔn)濾過(guò)算法（如圖1）；高分辨率算法會(huì)帶來(lái)噪聲增加（如圖2）。

圖1 腹部的標(biāo)準(zhǔn)算法

圖2 腹部的邊緣算法

圖3 下肢的骨加算法

圖4 下肢的軟組織算法

圖5 肺的骨算法

(2)對(duì)信噪比高的骨組織和肺組織使用高分辨力算法增加組織邊緣的銳利程度，骨結(jié)構(gòu)輪廓突出，骨小梁清晰，雖然背景噪聲有所增加，但對(duì)骨小梁的結(jié)構(gòu)尚未形成明顯干擾，圖像顯示更加清晰。 如邊緣算法，以骨的輪廓突出為著，骨邊緣銳利，常應(yīng)用于內(nèi)耳的顯示。但骨小梁結(jié)構(gòu)由于背景噪聲加大顯示略有雜亂，因此，對(duì)骶髂關(guān)節(jié)及長(zhǎng)骨的圖像濾過(guò)算法確定用骨或骨加算法（如圖3）。將邊緣增強(qiáng)與噪聲水平控制在最理想狀態(tài)，軟組織算法對(duì)骨小梁顯示就不滿意（如圖4）。對(duì)于肺組織圖像濾過(guò)算法，采用肺算法，就能清晰顯示肺組織結(jié)構(gòu)，需高分辨率時(shí)可采用骨或邊緣算法（如圖5）。

(3)對(duì)于胸部掃描，我們不止觀察肺組織，還要觀察縱隔血管、淋巴結(jié)和肋骨骨折；還有骨關(guān)節(jié)的CT掃描，既要觀察骨胳結(jié)構(gòu)，也要觀察周圍軟組織結(jié)構(gòu)，這就需要用骨算法、軟組織算法分別對(duì)圖像進(jìn)行重建。在VCT上一次掃描還同時(shí)提供了三種不同的算法方式，即在掃描同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)算法觀察縱隔窗、肺算法觀察肺組織、骨算法觀察胸椎或肋骨。也可在掃描完成后更改不同算法來(lái)改變分辨力和噪聲水平以觀察不同的組織改變。

(4)有研究結(jié)果表明，利用骨算法重建形成的原始圖像進(jìn)行處理而形成的三維圖像非常模糊，原因在于骨算法在提高圖像空間分辨率的同時(shí)，犧牲了大量的密度分辨率，使圖像噪聲明顯加大，從而造成包括VR在內(nèi)的三維圖像的明顯模糊從而失去診斷價(jià)值。而軟組織算法重建的三維圖像有很高的密度分辨力[7]。因此，選擇需要三維或多平面重建算法時(shí)，全部采用軟組織、標(biāo)準(zhǔn)、濾過(guò)算法，肺可采用中間的胸部算法，不用骨或邊緣算法。

(5)對(duì)于CT值變化的問(wèn)題，由上表可看出各種濾過(guò)算法對(duì)CT平均值影響不大，但對(duì)最小值和最大值影響較大，因此在測(cè)量肺組織內(nèi)孤立結(jié)節(jié)時(shí)，要注意濾過(guò)算法，可能影響結(jié)節(jié)內(nèi)的鈣化測(cè)量。

CT圖像的濾過(guò)算法，只是眾多掃描參數(shù)調(diào)整之一，圖像質(zhì)量還與很多參數(shù)有關(guān)，CT操作根據(jù)臨床診斷治療的需要，比較和分析不同參數(shù)調(diào)整對(duì)影像質(zhì)量的影響，熟悉設(shè)備性能合理選擇成像參數(shù)才能保證CT圖像的精度和質(zhì)量。

[1] 王京東,等．圖像濾過(guò)算法評(píng)價(jià)和誤差分析的研究進(jìn)展[J]．國(guó)外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程分冊(cè),1998,21(6):332-336．

[2] 朱月香,王君琛,等．CT原始數(shù)據(jù)在圖像后處理中的作用[J]．張家口醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2003,20(6):56-57．

[3] 白玫,等．淺談多排螺旋CT圖像質(zhì)量及其影響因素[J]．中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2008,23(8):124-126．

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[6] 王本,等．錐束CT圖像濾過(guò)算法[J]．CT理論與應(yīng)用研究,2001,10 (2):1-8．

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Study of Influence of Spiral CT Filtering Algorithm on Image Quality

WANG Hou-jun
(Image Department,Linyi People's Hospital,Linyi Shandong 276003,China)

Objective To discuss the influence of spiral CT filter algorithm on image quality,and discuss the method of effectively using filter algorithm and its orderliness.Methods Analyzed the resolution, noise, CT value of water phantom according to different reconstruction filter algorithm.Analyzed and compared the images of different area in the body by using filter algorithm.Results Low contrast resolution and noise were highly affected by filter algorithm. Low contrast resolution of lung algorithm was the highest.Noise of edge algorithm is high and of soft algorithm was small. Edge and bone-plus algorithm had a high spatial resolution and noise.Filter reconstruction algorithm of using low contrast resolution obtained soft tissue smooth boundary, sharply image was obtained through high resolution algorithm in bone tissue and lung tissue. It did not affect mean CT value badly, except max and min. Conclusion It is important to choose filter algorithm for ensuring precision of CT image quality.

spiral CT;filter algorithm;image quality; spatial resolution

R814.2

A

1674-1633(2010)01-0015-04

2009-05-14

2009-09-10

本文作者：王厚軍，副主任技師。

作者郵箱：whoujun@126．com