寶石能譜CT在去除常見(jiàn)CT圖像偽影中的應(yīng)用

宣偉玲，趙凱宇，劉淼

解放軍第一一七醫(yī)院 醫(yī)學(xué)影像科，浙江 杭州 310013

CT 圖像偽影[1-2]是指實(shí)際物體被掃描時(shí)，重建后的圖像中出現(xiàn)了實(shí)物中不存在的成分。這些實(shí)物中不存在的成分會(huì)使圖像的質(zhì)量下降、掩蓋病灶、出現(xiàn)假病灶，嚴(yán)重地影響醫(yī)生對(duì)病情的診斷，甚至?xí)霈F(xiàn)誤診。因此，在最大程度上抑制甚至去除偽影對(duì)影像科醫(yī)生的診斷非常重要。常規(guī)CT雖然可以采用一些掃描方法來(lái)抑制圖像偽影，但是效果不甚理想。寶石能譜CT[3-5]因其獨(dú)特的硬件系統(tǒng)和掃描技術(shù)，在去除圖像偽影方面開(kāi)辟了新的方向。

1 常見(jiàn)CT圖像偽影形成的原因

CT圖像偽影形成的原因復(fù)雜多樣，在圖像中的表現(xiàn)形式也是各不相同。概括起來(lái)，導(dǎo)致圖像偽影的因素主要有3類：① 成像原理和技術(shù)的限制，包括射束的硬化、部分容積效應(yīng)等；② 被掃描物的屬性，包括金屬偽影和運(yùn)動(dòng)偽影（人為運(yùn)動(dòng)和生理運(yùn)動(dòng)）等；③ CT 設(shè)備本身有關(guān)的偽影，包括探測(cè)器和球管。臨床應(yīng)用CT 系統(tǒng)多以球管作為X射線源，其發(fā)出的射線為多色譜射線。在射線輻照病人時(shí)，低能量的射線易于被物質(zhì)吸收衰減，故而造成所謂射束硬化效應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，相對(duì)于掃描中心不同距離的射線，其所經(jīng)過(guò)的衰減路徑長(zhǎng)度不同，因此射束硬化程度各不相同。距離遠(yuǎn)的射線較距離近的硬化程度低，重建后通常帶來(lái)杯狀偽影。射束硬化還會(huì)造成條狀偽影，其表現(xiàn)形式取決于高衰減物質(zhì)（如骨骼）的結(jié)構(gòu)，另外在頭部檢測(cè)時(shí)射束硬化會(huì)導(dǎo)致著名的亨氏暗區(qū)[6]（Hounsfield，s dark space），金屬偽影產(chǎn)生的基本原因是當(dāng)X 射線遇到高密度物質(zhì)作用后急劇衰減，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)失真，喪失了周圍組織的X射線衰減信息，經(jīng)手術(shù)植入人體的高密度物質(zhì)（如牙齒的填充物、血管夾、鋼板以及心臟起搏器等）均可產(chǎn)生條形偽影。

2 寶石能譜CT去除CT圖像偽影的技術(shù)基礎(chǔ)

寶石能譜CT應(yīng)用的新型探測(cè)器材料為分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的石榴石材料取代了常規(guī)64層CT的稀土陶瓷，其突出特性是：① 材料對(duì)X線響應(yīng)初始速度（可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換）加快100倍，清空速度（余暉效應(yīng)）加快4倍。② 寶石純度高，通透性強(qiáng)，光電轉(zhuǎn)換效率高。③ 寶石材料硬度高，更穩(wěn)定。探測(cè)器材料學(xué)的革命帶來(lái)了高清晰的CT圖像，并且劑量更低。寶石探測(cè)器 （Gemstone Detector），擁有0.03μs的反應(yīng)速度，可以很好地接收瞬切的“同時(shí)、同向、同源”的高低雙能X線數(shù)據(jù)，為能譜解析和重建奠定了基礎(chǔ)；特有的“高低壓瞬時(shí)切換”的特殊高壓發(fā)生器（Dual kVp Fast Switching Generator），能在0.5 ms內(nèi)完成一次80 kVp低壓和140 kVp高壓的瞬時(shí)切換，通過(guò)這樣的瞬切曝光方式，最大限度的實(shí)現(xiàn)了能譜成像要求的 “同時(shí)、同向、同源”高低雙能X線的物理要求[7-8]。

3 寶石能譜CT去除CT圖像偽影的方法

（1）掃描方法。通過(guò)GSI螺旋掃描模式進(jìn)行能譜掃描，管電壓80～140 kVp時(shí)（0.5 ms）快速切換，自動(dòng)mAs，其余參數(shù)同上，得到能譜原始數(shù)據(jù)。

（2）圖像后處理。將能譜數(shù)據(jù)傳送到AW4.5工作站，用GSI VIEW將其拆分為40～140 keV 共101組單能圖像。根據(jù)診斷需要，選擇最合適的單能圖像[9]。

4 寶石能譜CT去除CT圖像偽影的應(yīng)用

4.1 射束硬化偽影去除

射束硬化偽影，它通常出現(xiàn)在CT值差別較大的相鄰物質(zhì)的臨界區(qū)，如顱底致密的骨質(zhì)結(jié)構(gòu)、造影劑偽影、血管鈣化斑塊、血管支架、動(dòng)脈瘤金屬夾、骨關(guān)節(jié)金屬固定物或植入物等高密度物質(zhì)常常導(dǎo)致嚴(yán)重的硬化偽影，遮蓋鄰近組織結(jié)構(gòu)，并影響臨床診斷。CT掃描顱底偽影長(zhǎng)期困擾頭顱檢查，影響了顱底病變的正確診斷。其原因是由于射束硬化，探測(cè)器優(yōu)先接受低能量的光子，及非線性局部體積所致，顱底正常結(jié)構(gòu)如巖骨、巖骨內(nèi)氣房、內(nèi)耳道、蝶骨嵴、枕骨粗隆等產(chǎn)生條狀、放射狀低或高密度偽影。因顱底有重要的腦干及小腦，錯(cuò)誤診斷會(huì)延誤病人治療，增加醫(yī)患糾紛，故對(duì)消除顱底偽影的研究一直沒(méi)有停過(guò)。寶石能譜CT可以使用單一的能量成像，如采用合適的能量圖像，可以避免低能量X線的影響，消除硬化射線干擾，從而最大限度的克服顱底偽影，精確顯示顱底結(jié)構(gòu)，增加診斷的可靠性。常規(guī)混合能量圖像，見(jiàn)圖1。70 keV單能圖像，見(jiàn)圖2。

4.2 金屬植入物偽影的去除

各種金屬植入物，如顱內(nèi)血管病變中動(dòng)脈瘤介入治療的彈簧圈栓塞及外科手術(shù)的銀夾、齒科金屬偽影、穿刺活檢的穿刺針、血管內(nèi)支架心臟起搏器和骨科置換的人工關(guān)節(jié)等，上述治療或穿刺不可避免的在體內(nèi)留置金屬物質(zhì)，對(duì)定位和預(yù)后評(píng)估造成困難。雖然鈦合金材料等金屬植入物可行MR檢查，但是依舊有偽影干擾。CT檢查因?yàn)榻饘賯斡暗拇嬖诓槐M如人意。金屬偽影的產(chǎn)生原理是X 射線穿過(guò)高密度的金屬物質(zhì)后急劇衰減，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)失真，喪失了周圍組織X 射線衰減信息。對(duì)于體內(nèi)金屬所產(chǎn)生的偽影，常規(guī)CT減輕其影響的辦法是：薄層掃描抑制其部分容積效應(yīng)；選擇較高千伏值減低其射線硬化影響等，但無(wú)法根本解決。寶石能譜CT 能譜檢查中特有的金屬偽影移除技術(shù)（MARS），可非常有效地去除各種金屬偽影，還原被偽影掩蓋的圖像細(xì)節(jié)，突破傳統(tǒng)CT 的掃描禁區(qū)，得到清晰的影像[10-11]。金屬偽影常規(guī)混合能量圖像，見(jiàn)圖3。140 keV單能加MARS圖像，見(jiàn)圖4。

5 總結(jié)

常規(guī)CT掃描對(duì)射束硬化偽影以及金屬植入物偽影無(wú)法有效去除，這對(duì)患者的病情診斷，病情評(píng)估和預(yù)后造成很大影響。寶石能譜掃描利用X線的能量譜（簡(jiǎn)稱能譜）進(jìn)行的CT成像，可以將人體組織和病變成分對(duì)不同X線能量譜的差異化吸收表達(dá)出來(lái)，可以獲取從40～140 keV共101組不同X線能量的單能圖像，從而根據(jù)臨床診斷的不同需要選取最理想的單能圖像，避免了常規(guī)CT混合能量圖像不同能量的干擾可能導(dǎo)致的偽影。

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