CT成像質(zhì)量影響因素

陳 紅

四川省什邡市人民醫(yī)院，四川什邡 618400

1972年，世界上的第一臺(tái)臨床CT 機(jī)進(jìn)入到醫(yī)療診斷的領(lǐng)域中來(lái)[1]，隨著科學(xué)技術(shù)和醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步，CT 檢查技術(shù)也得以迅速發(fā)展。相較于常規(guī)意義上的X 射線成像技術(shù)而言，CT 成像的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：軟組織分辨率較高、以及三維結(jié)構(gòu)重疊這兩個(gè)方面，因此當(dāng)前多以CT 成像技術(shù)作為醫(yī)療診斷領(lǐng)域中的基礎(chǔ)性技術(shù)[2]。優(yōu)質(zhì)的CT 圖像要求可以如實(shí)反映人體組織的解剖結(jié)構(gòu)，并為醫(yī)務(wù)工作者提供豐富充足的診斷信息。因而，CT 圖像的質(zhì)量對(duì)診斷的準(zhǔn)確性具有重要價(jià)值。

多排螺旋CT 技術(shù)及其診斷設(shè)備在醫(yī)療診斷領(lǐng)域中的應(yīng)用使得成像掃描無(wú)論從范圍、從速度、還是從質(zhì)量上來(lái)說(shuō)，均得到了顯著的提升。而與此同時(shí)，PET（正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像）/CT、以及灌注CT 技術(shù)的發(fā)展又為CT 掃描成像技術(shù)帶來(lái)了更新更廣闊的應(yīng)用前景[3]。但是，無(wú)論單排CT 掃描成像系統(tǒng)還是多排CT 掃描成像系統(tǒng)，抑或是最新的PET/CT 技術(shù)，其成像質(zhì)量均會(huì)受到許多復(fù)雜因素的影響

1 CT 掃描成像系統(tǒng)的定義與工作原理

CT 掃描的全稱是電腦斷層掃描，其是利用X 攝像照射人體，根據(jù)人體不同組織器官對(duì)X 射線的衰減作用不同形成的不同灰階影像對(duì)比分布圖，醫(yī)務(wù)工作者可以通過(guò)病灶的形狀、大小、位置等情況對(duì)患者進(jìn)行病情診斷。

從整個(gè)系統(tǒng)功能看，CT 掃描成像技術(shù)主要由四部分組成：光學(xué)、機(jī)電、電磁以及軟件算法[4]。其工作原理是利用X 射線對(duì)人體的組織器官進(jìn)行掃描，然后通過(guò)探測(cè)器接收透過(guò)的X 射線，并將其轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光，再由光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化器將信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)的圖像處理單元對(duì)采集到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行投影預(yù)處理以及濾波反投影，生成CT 切片圖像。生成的圖片可以在監(jiān)視器上顯示，還可以拍成片子進(jìn)行觀察。

2 CT 成像質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

CT 機(jī)成像質(zhì)量的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)有空間分辨率、噪聲、低對(duì)比度分辨率與偽影[5]。

2.1 空間分辨率

空間分辨率與CT 機(jī)的對(duì)比度有關(guān)系，它是用來(lái)區(qū)別空間相鄰結(jié)構(gòu)，說(shuō)明成像系統(tǒng)的指標(biāo)。通常情況下，高對(duì)比度的空間分辨率使用調(diào)制傳遞函數(shù)來(lái)進(jìn)行描述，其可以通過(guò)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的而為傅立葉變換得到。CT 成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)與被掃描物的大小與X 射線量無(wú)關(guān)，與X 射線焦點(diǎn)機(jī)檢測(cè)器孔徑大小、重建算法有關(guān)。

2.2 噪聲

噪聲特指CT 影像中隨機(jī)出現(xiàn)的亮度水平的波動(dòng)[6]。噪聲會(huì)在X 射線光子的發(fā)射和在物體中的衰減過(guò)程中、檢測(cè)其吸收轉(zhuǎn)化的過(guò)程中出現(xiàn)，會(huì)限制系統(tǒng)的對(duì)比檢測(cè)能力。信號(hào)噪聲在被重建算法濾波之后會(huì)以影像噪聲的形式出現(xiàn)在CT 圖像上。噪聲標(biāo)準(zhǔn)差與管電壓、層厚、X 射線劑量及算法有關(guān)。

2.3 低對(duì)比度分辨率

對(duì)比度分辨率用以描述CT 圖像在確定對(duì)比度下系統(tǒng)分辨組織結(jié)構(gòu)的能力，與影像噪聲有直接關(guān)系。

2.4 偽影

偽影指的是CT 影像上出現(xiàn)的非真實(shí)的圖形，常見(jiàn)形狀有環(huán)狀、線狀、云紋狀或者局部不均勻。偽影發(fā)生的原因有很多，本文重點(diǎn)討論技術(shù)缺陷造成的偽影，包括射束硬化效應(yīng)、部分容積效應(yīng)以及采樣錯(cuò)誤與CT 重建理論造成的偽影。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)有兩種途徑可以減少偽影。①根據(jù)偽影產(chǎn)生的原理對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，并建立校正表校正數(shù)據(jù)或著從硬件方面著手處理；②采用圖像處理算法抑制或消除偽影[7]。

3 CT 成像質(zhì)量的影響因素

影響CT 成像質(zhì)量的因素包括機(jī)器因素和人為因素。機(jī)器固有的性能無(wú)法改變的情況下要熟悉器械操作，最大程度避免機(jī)器因素造成的影響，充分發(fā)揮機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上避免人為因素造成的機(jī)器偽影和運(yùn)動(dòng)偽影，降低操作誤差，并通過(guò)多種方法提高CT 圖像的質(zhì)量，提高臨床診斷率。

通常情況下，不同的CT 機(jī)在CT 掃描成像過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)不同。本文就最常見(jiàn)的環(huán)節(jié)及其影響進(jìn)行分析。

3.1 X 射線源的影響

CT 成像質(zhì)量與量子起伏有關(guān)。在進(jìn)行CT 掃描的過(guò)程中，X射線源隨機(jī)發(fā)射量子，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換，可以計(jì)算出單位面積的圖像上量子的平均值，但無(wú)法確定準(zhǔn)確數(shù)值。所以，要獲得灰階影像對(duì)比分布圖的對(duì)比度的細(xì)小差別，需要更多的光子。

X 線通過(guò)人體組織器官后的光子數(shù)量多少與曝光條件有關(guān)?？傮w上，曝光條件越大，X 射線的光子就量越多。

3.2 球管焦點(diǎn)的尺寸與探測(cè)器起孔徑影響

X 射線束從球管焦點(diǎn)發(fā)出到達(dá)探測(cè)器，其會(huì)根據(jù)CT 機(jī)中探測(cè)器的數(shù)量不同被分解為獨(dú)立的射線束，這樣最終CT 成像的空間分辨率就會(huì)有差別。同時(shí)，探測(cè)器的孔徑也會(huì)對(duì)空間分辨率產(chǎn)生影響，在被檢測(cè)的物體小于探測(cè)器孔徑的情況下，物體無(wú)法被分辨。

3.3 掃描的層厚以及采樣間距的影響

在掃描過(guò)程中，掃描中心的射線束寬度決定空間分辨率的大小。光子數(shù)量的多少與掃描物的密度厚度及原子序數(shù)也有關(guān)系，層厚越薄，光子數(shù)量增多，空間分辨率就越高。CT 掃描過(guò)程中以人體組織器官為對(duì)象，采集數(shù)據(jù)以三維信息為表現(xiàn)形式，但，在經(jīng)過(guò)儀器處理后，最終呈現(xiàn)圖像仍然表現(xiàn)為二維格式（僅以層厚作為三維信息的表現(xiàn)載體）。換句話來(lái)說(shuō)，掃描過(guò)程中，三維信息伴隨層厚的增加而增加[8]。

與此同時(shí)，從掃描后圖像重建的角度上來(lái)說(shuō)，為獲取更加精確的重建信息，往往要求以空間分辨率為重要手段，而提高空間分辨率多是通過(guò)提高數(shù)據(jù)傳輸相對(duì)于數(shù)據(jù)讀取間隔單位的方式實(shí)現(xiàn)。

另外，CT 掃描圖像的清晰度與矩陣中像素點(diǎn)的多少有密切的聯(lián)系，像素的大小會(huì)決定顯示分辨率的大小。但需要注意的是在不增加掃描的原始數(shù)據(jù)的情況下增加像素重建分辨率無(wú)法得到改善。比如對(duì)一個(gè)像素相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大的物體，其顯示分辨率會(huì)歲像素增加而增強(qiáng)；而一個(gè)較小的物體，也許無(wú)法準(zhǔn)確的重現(xiàn)。

3.4 重建算法的影響

空間分辨率受掃描后重建算法執(zhí)行情況的影響。在CT 掃描后對(duì)圖像進(jìn)行重建的過(guò)程當(dāng)中，涉及到的重建算法包括兩類：其一為基于兩步驟重建的卷積算法；其二為基于兩步驟重建的反投影算法。若卷積算法處理下未對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正即展開(kāi)反投影運(yùn)算，在一定程度上可能導(dǎo)致CT 重建圖像出現(xiàn)界面模糊的問(wèn)題。

采用高通濾過(guò)加權(quán)卷積處理可以使反投影后的圖像邊緣清晰、銳利。

卷積算法決定了圖像的清晰程度。卷積算法有三種：加權(quán)方法、標(biāo)準(zhǔn)、邊緣增強(qiáng)和平滑算法，平滑或組織算法用于顯示脊柱、肺結(jié)節(jié)、腎上腺、胰腺或其它軟組織部位；邊緣增強(qiáng)或骨算法常用于內(nèi)耳、肺部或致密骨的高分辨率顯示。

4 討論

本文從整個(gè)掃描系統(tǒng)的角度對(duì)CT 掃描成像的評(píng)價(jià)指標(biāo)和成像質(zhì)量的影響因素進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)所有的影響因素之間都存在著相互聯(lián)系，且相互影響。所以在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮各方面的因素。

CT 成像質(zhì)量直接關(guān)系到患者診斷的準(zhǔn)確性，影響CT 成像質(zhì)量的因素比較多，主要分為機(jī)器因素和人為因素兩大類。機(jī)器固有的性能無(wú)法改變的情況下要熟悉器械操作，最大程度避免機(jī)器因素造成的影響，充分發(fā)揮機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上避免人為因素造成的機(jī)器偽影和運(yùn)動(dòng)偽影，降低操作誤差，并通過(guò)多種方法提高CT 圖像的質(zhì)量，提高臨床診斷率。

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