多層螺旋CT圖像常見(jiàn)偽影的影響因素與解決方案

錢根年 陳自謙* 付麗媛 趙春雷 陳蕾蕾

[文章編號(hào)] 1672-8270(2017)05-0018-05 [中圖分類號(hào)] R197.39 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A

多層螺旋CT圖像常見(jiàn)偽影的影響因素與解決方案

錢根年①陳自謙①*付麗媛①趙春雷①陳蕾蕾①

[文章編號(hào)] 1672-8270(2017)05-0018-05 [中圖分類號(hào)] R197.39 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A

目的：探討多層螺旋CT成像過(guò)程中常見(jiàn)偽影的影響因素與解決方案，提高圖像質(zhì)量，獲取優(yōu)質(zhì)的CT影像。方法：選取139例患者64層螺旋CT掃描后的影像資料，其中頭部偽影38例、胸部偽影53例、腹部偽影29例以及盆腔偽影19例，對(duì)CT圖像偽影的形態(tài)和成因逐一進(jìn)行分析。結(jié)果：頭部偽影包括：射線束硬化偽影24例、探測(cè)器故障偽影1例、斑馬樣偽影2例、運(yùn)動(dòng)偽影1例、金屬偽影10例；胸部偽影包括：射線束硬化偽影8例、部分容積效應(yīng)偽影9例、光子不足偽影9例、欠采樣偽影1例、散射偽影3例、運(yùn)動(dòng)偽影21例、金屬偽影1例、投影數(shù)據(jù)不完全偽影1例；腹部偽影包括：部分容積效應(yīng)偽影10例、散射偽影5例、運(yùn)動(dòng)偽影4例、金屬偽影10例；盆腔偽影包括：光子不足偽影5例、金屬偽影14例。分析產(chǎn)生偽影的原因，主要為設(shè)備固有因素與檢查技術(shù)因素兩類；提出相應(yīng)解決方案。結(jié)論：多層螺旋CT圖像的偽影與設(shè)備固有及成像檢查技術(shù)的諸多因素有關(guān)，優(yōu)化掃描技術(shù)參數(shù)，可有效消除、抑制或避免圖像偽影，獲得優(yōu)質(zhì)圖像。

多層螺旋CT；偽影；圖像處理；圖像質(zhì)量；原因分析；質(zhì)量控制

[First-author’s address]Medical Imaging Center, Fuzhou General Hospital of Nanjing Military Command, Fuzhou350025, China.

多層螺旋CT(multi-slice spiral CT，MSCT)圖像偽影是指受檢體本身并不存在的組織或物體，在MSCT重建的圖像中可以顯示的影像。MSCT偽影的出現(xiàn)使圖像質(zhì)量明顯下降，甚至無(wú)法正常判讀；掩蓋病灶，導(dǎo)致漏診；以至圖像中出現(xiàn)病灶假像，造成誤診。因此，準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)偽影的常見(jiàn)類型和產(chǎn)生的原因，提出解決方案，對(duì)有效抑制以至消除偽影，提高圖像質(zhì)量具有重要的意義。為此，本研究對(duì)139例患者64層螺旋CT掃描后的偽影影像資料進(jìn)行分析，探討避免偽影產(chǎn)生、改善圖像質(zhì)量的技術(shù)與方法。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2012年1月至2015年12月解放軍福州總醫(yī)院139例患者CT掃描后的影像資料，其中男性76例，女性63例；年齡23～71歲，中位年齡49歲；頭顱偽影38例，胸部偽影53例，腹部偽影29例，盆腔偽影19例。

1.2 儀器設(shè)備

采用64層螺旋CT掃描系統(tǒng)(荷蘭飛利浦)，球管熱容量為8 MHU的金屬陶瓷X射線球管，最薄掃描層厚為0.625 mm，機(jī)架單圈360°，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.33 s。

1.3 檢查方法

(1)患者準(zhǔn)備。①囑患者移去身上攜帶的所有金屬物品，對(duì)于腹部掃描患者，檢查前飲水500～800 ml；②告知患者大致檢查過(guò)程，針對(duì)不同掃描部位采取不同的屏氣要求(如胸部采用深吸氣后屏氣，腹部采用平靜呼吸下屏氣)。

(2)掃描方式。①頭部平掃：自顱底下方掃至顱頂以上，管電壓為120 kV，管電流為150 mAs；②胸部低劑量平掃：在吸氣末進(jìn)行掃描，自肺尖至兩肋膈角下方，管電壓為120 kV，管電流為50 mAs；③腹部平掃：在平靜呼吸下屏氣進(jìn)行掃描，自膈頂上掃至髂嵴水平，管電壓為120 kV，管電流為120 mAs；④盆腔平掃：自髂嵴水平掃至恥骨聯(lián)合下緣，管電壓為120 kV，管電流為100 mAs。

2 結(jié)果

139例患者的MSCT圖像顯示：①頭部偽影38例，其中射線束硬化偽影24例、探測(cè)器故障偽影1例、斑馬樣偽影2例、運(yùn)動(dòng)偽影1例、金屬偽影10例；②胸部偽影53例，其中射線束硬化偽影8例、部分容積效應(yīng)偽影9例、光子不足偽影9例、欠采樣偽影1例、散射偽影3例、運(yùn)動(dòng)偽影21例、金屬偽影1例、投影數(shù)據(jù)不完全偽影1例；③腹部偽影29例，其中部分容積效應(yīng)偽影10例、散射偽影5例、運(yùn)動(dòng)偽影4例、金屬偽影10例；④盆腔偽影19例，其中光子不足偽影5例、金屬偽影14例。分析偽影表現(xiàn)例數(shù)及其原因見(jiàn)表1；(如圖1～4所示)。

表1 139例患者圖像偽影表現(xiàn)及原因分析

圖1 射線束硬化引起的條狀偽影

圖2 光子量不足引起的明暗條紋偽影

圖3 運(yùn)動(dòng)模糊偽影

圖4 高密度放射狀偽影

3 分析與討論

引起MSCT圖像偽影的因素較為復(fù)雜，常常一個(gè)原因或一個(gè)因素可以導(dǎo)致多種偽影同時(shí)存在，且表現(xiàn)形式多種多樣。根據(jù)MSCT圖像偽影產(chǎn)生的原因可分為設(shè)備固有因素和檢查技術(shù)因素兩類。

(1)設(shè)備固有的因素。包括：①與MSCT成像原理及機(jī)器特有的結(jié)構(gòu)相關(guān)所致的偽影，掃描方式選擇不當(dāng)、探測(cè)器出現(xiàn)故障以及一些特殊解剖結(jié)構(gòu)的掃描部位，如肩關(guān)節(jié)、后顱窩等進(jìn)行掃描時(shí)，圖像質(zhì)量往往會(huì)明顯下降；②由于MSCT所使用的內(nèi)插算法導(dǎo)致的偽影，該偽影在大螺距螺旋掃描的圖像上表現(xiàn)尤為明顯。

(2)檢查技術(shù)的因素?；颊唧w表或體內(nèi)不可去除的金屬及患者運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致，前者常見(jiàn)于一些手術(shù)患者的體內(nèi)金屬置入物，如顱腦手術(shù)金屬夾，骨科的內(nèi)固定鋼板等；后者多由患者躁動(dòng)或掃描時(shí)不能配合呼吸運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)。

3.1 設(shè)備因素

3.1.1 X射線束硬化

(1)形成原因。MSCT球管產(chǎn)生的X射線光子能量不一，不是狹束單能射線源，其X射線源具有一定頻譜寬度，簡(jiǎn)而言之，由于X射線能量的增加，導(dǎo)致吸收系數(shù)隨之減小，因此，當(dāng)具有連續(xù)能譜的X射線穿過(guò)人體后，身體組織吸收射線能量較低的X射線，能量較高的X射線則直接穿透，最后，引起穿過(guò)人體后的射線束的平均能量就會(huì)變高，射線束的硬度變強(qiáng)，此效應(yīng)稱之為射線束硬化。射線束硬化所出現(xiàn)的偽影表現(xiàn)為杯狀偽影和條狀偽影兩種。前者發(fā)生在X射線源穿過(guò)均勻物質(zhì)時(shí)，表現(xiàn)為邊緣部分的CT值比中間的CT值稍高，CT圖像上就會(huì)出現(xiàn)邊緣白而中間稍黑的情形，即杯狀偽影。而后者則出現(xiàn)在CT增強(qiáng)掃描時(shí)對(duì)比劑濃度不同的血管間，或受檢者的2個(gè)致密結(jié)構(gòu)之間，如后顱窩等。

(2)解決方案。①配置X射線過(guò)濾器，濾去能量相對(duì)較低的X射線；②采用校正方法，從實(shí)現(xiàn)原理上，可以分為硬件和軟件兩大類：硬件方法是在MSCT設(shè)備的特定部件上加裝校正設(shè)備，從而起到校正、抑制射線束硬化。硬件校正方法有濾波片和水袋校正法。軟件方法主要是依據(jù)射線束硬化偽影形成的機(jī)理，對(duì)已經(jīng)得到的X射線投影圖像利用一定的校正算法進(jìn)行后處理，目前常用的軟件方法主要有迭代校正法和雙能量法等[1]。前期的MSCT設(shè)備大部分采用反投影法重建圖像，其優(yōu)點(diǎn)是圖像重建速度快，但射線束硬化偽影常常會(huì)出現(xiàn)[2]。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的快速發(fā)展，迭代法重建已引入MSCT圖像的重建中，明顯地減少了偽影，極大的提高了圖像的質(zhì)量[3]；③調(diào)整檢查體位，改進(jìn)檢查技術(shù)。如增強(qiáng)掃描時(shí)，注射對(duì)比劑的速率及注射部位進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，病變?cè)谟覀?cè)，則選擇左側(cè)肢體為注射部位。對(duì)難以避免2個(gè)致密結(jié)構(gòu)之間，如后顱窩部位進(jìn)行掃描時(shí)，則采用螺旋掃描去偽影重建等。本研究32例頭部及胸部出現(xiàn)的射線束硬化偽影，經(jīng)處置后均得到相應(yīng)的改善，甚至消失[4]。

3.1.2 部分容積效應(yīng)

(1)形成原因。在MSCT掃描成像過(guò)程中，由于圖像的CT值是指某一感興趣區(qū)內(nèi)所有組織的平均CT值，受此影響，當(dāng)病灶小于掃描層厚時(shí)，在CT圖像中得到的CT值并不能反映某一組織真實(shí)的CT值，如較小的高密度病灶被包含在低密度組織中，其真實(shí)的CT值往往會(huì)偏低；反之，較小的低密度病灶被包含在高密度組織中，其CT值比真實(shí)的組織CT值偏高，此現(xiàn)象被稱之部分容積效應(yīng)。部分容積效應(yīng)可產(chǎn)生條狀和帶狀的偽影。

(2)解決方案。減小層厚是避免部分容積效應(yīng)的最直接方法，即采用薄層掃描，或者使用相關(guān)軟件可以進(jìn)行校正。本研究胸腹部出現(xiàn)部分容積效應(yīng)偽影的19個(gè)病例，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的小病灶，進(jìn)行薄層掃描后，部分容積效應(yīng)得到改善，病灶的顯示率極大提高。

3.1.3 曝光時(shí)光子數(shù)不足

(1)形成原因。在MSCT圖像的預(yù)處理過(guò)程中，測(cè)量光子和圖像的噪聲成反比，光子數(shù)越少，即曝光量較低時(shí)，通過(guò)反投影重建時(shí)，所獲得的CT圖像噪聲就會(huì)變大，光子波動(dòng)較明顯時(shí)，在MSCT圖像中則出現(xiàn)直線樣的明亮或暗淡的條紋偽影[5]。在掃描較厚的人體部位時(shí)，X射線的衰減較明顯，此偽影表現(xiàn)尤為突出，比如肩部、縱隔及髖部等[6-8]。

(2)解決方案。①在掃描過(guò)程中管電流作適當(dāng)?shù)脑黾?；②將患者體位作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；③對(duì)掃描參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。本研究胸部9例，盆腔5例由于光子不足導(dǎo)致的偽影，經(jīng)過(guò)相應(yīng)處置后，偽影得到了抑制。

3.1.4 欠采樣偽影

(1)形成原因。X射線球管幾何形狀、焦點(diǎn)及探測(cè)器單元尺寸等因素影響MSCT信號(hào)的采集最大頻率，由于不足的投影采樣，計(jì)算機(jī)圖像處理時(shí)，由于記錄較小物體的信息和缺乏銳利邊緣的圖像時(shí)會(huì)導(dǎo)致丟失，因此，在圖像的銳利邊緣附近較易呈現(xiàn)混淆條紋偽影[5，9-10]。

(2)解決方案。①利用自適應(yīng)幀合成技術(shù)進(jìn)行處理；②采用飛焦點(diǎn)技術(shù)和基于位置校正的1/4探測(cè)器偏移法。由于本研究病例中，使用CT設(shè)備的圖像采集為飛焦點(diǎn)技術(shù)，故在胸部掃描時(shí)僅發(fā)現(xiàn)1例。

3.1.5 探測(cè)器故障偽影

(1)形成原因。目前的MSCT基于第三代CT的設(shè)計(jì)理念，因此，當(dāng)通道中的一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器性能出現(xiàn)差異時(shí)就會(huì)出現(xiàn)偽影。當(dāng)相鄰的連續(xù)的數(shù)個(gè)通道出現(xiàn)差異時(shí)，帶狀偽影就會(huì)在CT圖像上呈現(xiàn)。如果某個(gè)探測(cè)器出現(xiàn)數(shù)據(jù)的差異，CT圖像會(huì)逐漸出現(xiàn)正常CT值的偏差，而每一幀采集得到的數(shù)據(jù)經(jīng)反投影重建圖像時(shí)，就會(huì)呈現(xiàn)出一條直線，在整個(gè)掃描過(guò)程中，如果誤差持續(xù)存在，就會(huì)產(chǎn)生一系列到旋轉(zhuǎn)中心距離固定的直線，當(dāng)接近尾部的直線被抵消時(shí)，就會(huì)重建出一個(gè)環(huán)狀偽影[5，11-12]。誤差最大的探測(cè)器位于其中心區(qū)域，外周的探測(cè)器誤差較小，因此，中心區(qū)域的圓環(huán)信號(hào)較亮，外周的圓環(huán)信號(hào)稍暗。探測(cè)器的溫度、濕度未控制在允許范圍內(nèi)，較易產(chǎn)生此偽影[13]。

(2)解決方案。①檢查室溫度控制在18～22℃，濕度保持在40%～60%，保證恒定、適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸?；②定期維護(hù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完善圖像處理系統(tǒng)。本組病例中，僅出現(xiàn)1例此偽影，經(jīng)過(guò)維護(hù)和校正后，偽影消失。

3.1.6 散射偽影

(1)形成原因。穿透人體的X射線，X射線光子與人體組織的原子間相互作用，可產(chǎn)生多種效應(yīng)，如發(fā)生康普頓散射效應(yīng)和光電效應(yīng)等，當(dāng)偏離了正常軌道的散射光子及偏離X射線強(qiáng)度的真實(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)被探測(cè)器接受時(shí)，散射效應(yīng)由此就不可避免的產(chǎn)生。散射效應(yīng)的出現(xiàn)，增加了圖像的噪聲，降低了圖像的對(duì)比度，在CT圖像中表現(xiàn)為條狀偽影。

(2)解決方案。①在X射線管窗口安裝準(zhǔn)直器；②使用軟件校正技術(shù)。此偽影在受檢組織較厚的部位易出現(xiàn)，本研究病例中，胸腹部出現(xiàn)8例，均為肥胖患者。

3.1.7 內(nèi)插算法導(dǎo)致的偽影

(1)形成原因。由于螺旋CT獨(dú)特的掃描方式，即X射線球管曝光與檢查床移動(dòng)同時(shí)進(jìn)行，以內(nèi)插重建算法的方式重建圖像。隨著掃描檢查床的移動(dòng)，多層螺旋CT采集到的是螺旋狀的數(shù)據(jù)信號(hào)，要使數(shù)據(jù)信號(hào)整合在同一平面上，必須應(yīng)用插值算法，再進(jìn)行重建圖像。在橫斷面圖像上則表現(xiàn)為階梯樣，在MPR和三維重建圖像中顯示為斑馬樣條紋[14]。因此，階梯狀、斑馬樣偽影的產(chǎn)生是螺旋CT一個(gè)小的缺陷。

(2)解決方案。①采用較合適的插值算法；②盡量采取小螺距或薄層掃描；③操作時(shí)，受檢部位的中心線要與掃描中心重合。由于多層螺旋CT的軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，此類偽影較少出現(xiàn)，本研究病例中，頭部掃描時(shí)發(fā)現(xiàn)2例，主要是由于該患者采用較厚的掃描層厚而導(dǎo)致。

3.2 檢查技術(shù)因素

3.2.1 患者運(yùn)動(dòng)偽影

(1)形成原因。由于生理性運(yùn)動(dòng)，如心臟跳動(dòng)、胃腸蠕動(dòng)或當(dāng)患者躁動(dòng)無(wú)法抑制時(shí)，會(huì)使被掃層平面與實(shí)際掃描平面存在一定的偏離，造成不一致的投影數(shù)據(jù)，導(dǎo)致重建的圖像上產(chǎn)生偽影，CT圖像的偽影受患者運(yùn)動(dòng)的嚴(yán)重程度及其方向密切相關(guān)，通常會(huì)使CT圖像中產(chǎn)生條狀偽影或陰影[15]。

(2)解決方案。①檢查前做好呼吸訓(xùn)練，指導(dǎo)受檢者采用合適的呼吸方式配合完成檢查；②對(duì)于無(wú)法配合的受檢者，必要時(shí)可注射一定的鎮(zhèn)靜劑；③適當(dāng)提高掃描速度；④為使運(yùn)動(dòng)偽影最小化，檢查時(shí)要求檢查部位的運(yùn)動(dòng)方向與球管掃描的開(kāi)始位置對(duì)齊；⑤使用特殊的重建技術(shù)，如運(yùn)動(dòng)偽影校正算法等。本研究病例中有26例出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影，均為患者不配合所導(dǎo)致。

3.2.2 金屬偽影

(1)形成原因。在被檢部位進(jìn)行掃描時(shí)，附帶的金屬物體的掃描部位進(jìn)入掃描范圍時(shí)，投影數(shù)據(jù)過(guò)大，導(dǎo)致圖像上出現(xiàn)條狀或放射狀的高密度偽影，運(yùn)動(dòng)的金屬物體偽影更加明顯。

(2)解決方案。①檢查前要求患者取下體表的金屬物體，如發(fā)卡、耳環(huán)等；②掃描時(shí)盡量避開(kāi)受檢部位的金屬物體，如有假牙行頭部檢查時(shí)，可采用傾斜掃描機(jī)架，以避開(kāi)假牙；③對(duì)身體體表或體內(nèi)的金屬置入物不能完成避開(kāi)時(shí)，可增加掃描條件，如提高管電壓，降低射線束硬化效應(yīng)，同時(shí)，也可以采取薄層掃描方式來(lái)克服部分容積效應(yīng)；④應(yīng)用特殊的校正軟件，可以降低金屬偽影。本研究病例中，由于心臟支架植入術(shù)、腰椎間盤突出術(shù)植入金屬鋼板，人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，因此金屬偽影較常見(jiàn)，總共35例。

3.2.3 投影數(shù)據(jù)不完全偽影

(1)形成原因。通常由于操作人員擺位不準(zhǔn)確，造成被檢部位位于掃描野之外，這時(shí)投影數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)突然被截?cái)?，?dǎo)致圖像重建無(wú)法被精確的進(jìn)行。當(dāng)投影數(shù)據(jù)被截?cái)鄷r(shí)，在截?cái)嗖课坏倪吔绯霈F(xiàn)明亮的條紋偽影，偽影的多少與投影數(shù)據(jù)截?cái)喾秶嚓P(guān)[14-16]。

(2)解決方案。①掃描時(shí)調(diào)整恰當(dāng)?shù)膾呙枰埃虎趯⑹軝z部位盡量位于掃描中心；③采用軟件算法校正。本研究病例中，僅出現(xiàn)1例。

4 結(jié)語(yǔ)

在多層螺旋CT檢查過(guò)程中，其偽影產(chǎn)生的因素復(fù)雜多樣，主要與CT的掃描方式、機(jī)器的本身結(jié)構(gòu)、參數(shù)選擇以及一定的外界因素有關(guān)。MSCT圖像給臨床診斷疾病提供重要的依據(jù)，發(fā)揮著不可替代的作用。偽影的產(chǎn)生，嚴(yán)重影響MSCT圖像的質(zhì)量，導(dǎo)致圖像判讀困難，甚至造成漏診和誤診，嚴(yán)重者將導(dǎo)致醫(yī)療事故的發(fā)生。因此，應(yīng)正確認(rèn)識(shí)各種偽影產(chǎn)生的機(jī)理及原因，避免出現(xiàn)不必要的偽影。在日常工作中，須根據(jù)不同患者的身體狀況，選擇準(zhǔn)確的掃描方法和合適的掃描參數(shù)，定期清掃保持機(jī)房的清潔，要求機(jī)房保持恒定的溫、濕度，使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)始終處于良好的工作狀態(tài)，同時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期的保養(yǎng)和質(zhì)量控制，避免出現(xiàn)不必要的偽影，以獲得高品質(zhì)的MSCT圖像。

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Discussion on influence factors of common artifact of MSCT images/QIAN Gen-nian, CHEN Zi-qian, FU Li-yuan, et al//China Medical Equipment,2017,14(5):18-22.

Objective:To discuss the influence factors and solution of common artifact in the imaging process of multi-slice computed tomography (MSCT), so as to improve the image quality and obtain better quality for image document.Methods: 139 patients once were scanned by using PHILIPS 64-MSCT were enrolled and their documents were analyzed, and these cases included 38 cases with head artifact, 53 cases with chest artifact, 29 cases with abdominal artifact and 19 cases with pelvic artifact. To analyze the morphology and cause of every CT image artifact.Results:In 38 cases with head artifact, 24 cases were caused by hardening of bundle of rays, 1 case was caused by fault of detector, 2 cases were caused by interpolating algorithm, 1 case was caused by motion, 10 cases were caused by metal material. In 53 cases with chest artifact, 8 cases were caused by hardening of bundle of rays, 9 cases were caused by partial volume effect, 9 cases were caused by insufficient photon, 1 case was caused by under-sampling, 3 cases were caused by scattering, 21 cases was caused by motion, 1 case was caused by metal material, and 1 case was caused by data incomplete of projection. In 29 cases with abdomen artifact, 10 cases were caused by partial volume effect, 5 cases were caused by scattering, 4 cases was caused by motion, and 10 cases were caused by metal material. In 19 cases with pelvic artifact, 5 cases were caused by insufficient photon, and 14 cases was caused by metal material.Conclusion:The artifact of MSCT image are related to many factors, the optimizing scan parameters can effectively eliminate, suppress or avoid image artifact, and obtain high quality image.

Multi-slice spiral CT; Artifact; Image processing; Image quality; Cause; Quality control

錢根年,男,(1968- ),本科學(xué)歷，副主任技師。解放軍福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心，從事醫(yī)學(xué)影像技術(shù)工作。

2016-11-16

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.05.006①解放軍福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心 福建 福州 350025 *通訊作者：chenziqian@sina.com