CT 圖像偽影故障處理經(jīng)驗(yàn)分享

周凌峰，喬淑琴，張愛(ài)連，陳瑞鵬，江禹諾，陳國(guó)臻

（珠海市中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院，廣東 珠海 519000）

1 CT 的成像系統(tǒng)與原理

CT 成像系統(tǒng)可以分成3 部分：原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生系統(tǒng)、原始數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與重建系統(tǒng)，如圖1。

圖1 CT 的成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生系統(tǒng)

原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生系統(tǒng)包括X 射線管、探測(cè)器模塊和數(shù)據(jù)合成三部件，其中探測(cè)器模塊和數(shù)據(jù)合成統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（data acquisition system,DAS)。X 射線管的功能就是產(chǎn)生X 射線，一種能穿透人體的電磁波，波長(zhǎng)為0.001 ～0.1nm，當(dāng)這段波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁波穿過(guò)人體時(shí)，利用人體吸收量和人體密度成正比這個(gè)特征，可獲得斷層重建圖像。探測(cè)器模塊收集從人體內(nèi)部反射出來(lái)的X 射線信號(hào)，將這些X 射線轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，遵循的是光電效應(yīng)原理。探測(cè)器模塊由閃爍晶體片、電流放大電路、電流積分電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（AD 轉(zhuǎn)換電路）4 部分組成。目前，在使用的閃爍晶體片有2 種：一種是碘化鈉（NaI）,另外一種是碘化銫（CsI）。這2 種閃爍晶體片都能很好地把X 射線轉(zhuǎn)化為光，而且產(chǎn)生光的強(qiáng)度與入射X 射線的能量成正比。電流放大集成電路把光轉(zhuǎn)化成微弱的電流進(jìn)行放大，再通過(guò)積分電路轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，最后由AD 轉(zhuǎn)換電路把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，這樣就完成了一次單一通道的數(shù)據(jù)采集。當(dāng)然，每個(gè)探測(cè)器模塊是由很多個(gè)探測(cè)單元組成。比如，在西門(mén)子EMOTION 16 機(jī)型中，它的每個(gè)探測(cè)器模塊都由16×24個(gè)探測(cè)單元組成，每臺(tái)CT 中有46 個(gè)探測(cè)器模塊。如圖2。

圖2 DAS 結(jié)構(gòu)模型

所有通道的數(shù)據(jù)最終由控制板合成，合成的數(shù)據(jù)包括探測(cè)器模塊數(shù)據(jù)、角度數(shù)據(jù)和校驗(yàn)值。角度數(shù)據(jù)是指相鄰探測(cè)器模塊之間的朝向和位置，以及探測(cè)器陣列的旋轉(zhuǎn)角度和X 射線束的發(fā)射角度數(shù)據(jù)。校驗(yàn)值是指數(shù)碼信號(hào)生成器提供的校驗(yàn)值（不同于原始數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的校驗(yàn)值，需要注意區(qū)分），如果探測(cè)器模塊或角度數(shù)據(jù)存在問(wèn)題，導(dǎo)致校驗(yàn)值與預(yù)期值不一致，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)。以上這些數(shù)據(jù)合成后的統(tǒng)稱投影數(shù)據(jù)，后續(xù)計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換和重建時(shí)會(huì)使用到，是產(chǎn)生CT 圖像的基礎(chǔ)。

1.2 原始數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)

原始數(shù)據(jù)傳送是指由DAS 合成的投影數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)線路傳送到圖像重建計(jì)算機(jī)中的過(guò)程。傳送路徑從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制板到射頻耦合發(fā)射端，再到射頻耦合接收端，最后經(jīng)光纖到重建系統(tǒng)接口卡。整個(gè)傳送過(guò)程中，所有數(shù)據(jù)都有校驗(yàn)值對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和，如果在傳送過(guò)程中，出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或者數(shù)據(jù)被干擾，系統(tǒng)會(huì)報(bào)錯(cuò)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與重建系統(tǒng)

數(shù)據(jù)重建是一臺(tái)CT 的核心技術(shù)，重建計(jì)算機(jī)把接收到的投影數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)學(xué)方法計(jì)算后，得到一幅人體的斷層密度圖像。目前，市場(chǎng)上所使用的CT 重建方法主要有2 種：一種是濾波反投影算法，另一種是迭代算法。濾波反投影算法是由反投影算法演變而來(lái)，最初使用的反投影算法，重建出來(lái)的圖像比較模糊，特別是硬組織和軟組織之間過(guò)渡問(wèn)題，后來(lái)在重建前，先對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波函數(shù)處理。在經(jīng)過(guò)反投影重建后，能夠得到理想圖像，分辨率和對(duì)比度有顯著的提高，這種算法得到各大廠家廣泛使用。迭代算法是隨著計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展而興起的一種重建算法。它通過(guò)多次的反復(fù)計(jì)算，逐次逼近真實(shí)值的一種算法，因?yàn)榈惴ㄊ抢媒饩€性方程組的算法來(lái)得到每個(gè)像素值的，所以需要計(jì)算量特別大，比如，一幅512×512 矩陣的圖像，就有262144 個(gè)像素，每次解方程得到262144 個(gè)值，而且反復(fù)多次計(jì)算來(lái)逼近真實(shí)值，在硬件落后的年代，這種算法是很慢的，無(wú)法普及。但隨著計(jì)算機(jī)硬件快速發(fā)展，運(yùn)算速度提高，迭代算法又得到重視，因?yàn)榈惴ㄔ谒兴惴ㄖ?，是最接近真?shí)圖像的一種算法。

2 故障案例

通常在排除CT 偽影故障時(shí)，檢修流程為：（1）首先排除外界因素；（2）查找報(bào)錯(cuò)碼；（3）數(shù)據(jù)處理與重建系統(tǒng)；（4）原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生系統(tǒng)。產(chǎn)生CT 偽影的因素眾多，需要綜合實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整，進(jìn)行有針對(duì)性的排查，消除或減少CT 偽影給圖像分析帶來(lái)的影響。

2.1 故障現(xiàn)象一

CT 圖像在4 點(diǎn)鐘至11 點(diǎn)鐘方向呈射線狀線條偽影，對(duì)比每幅圖像的偽影并不相同，且偽影出現(xiàn)與掃描部位有關(guān)，頭部和頸椎掃描正常，腰椎和肢體掃描時(shí)隨機(jī)出現(xiàn)偽影，但是不影響診斷。腹部掃描時(shí)也會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)影響診斷，如圖3。

圖3

2.2 故障分析與處理

首先，通過(guò)初步檢查CT 圖像排除了運(yùn)動(dòng)偽影和金屬偽影等外部因素。然后，檢查CT 的機(jī)架和床，全面清理床上的灰塵和碎片，軌道重新潤(rùn)滑以避免震動(dòng)或晃動(dòng)。掃描床進(jìn)行校準(zhǔn)和測(cè)試，以排除擺動(dòng)偽影的可能性。隨后，通過(guò)比較不同層厚的重建圖像并觀察偽影沒(méi)有隨重建參數(shù)而變化，確認(rèn)重建系統(tǒng)的正常運(yùn)行。根據(jù)投影數(shù)據(jù)傳送校驗(yàn)值功能，傳送中如出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或異常系統(tǒng)會(huì)報(bào)錯(cuò)，查看機(jī)器沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何報(bào)錯(cuò)碼，由此確認(rèn)數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)的正常運(yùn)行。然后，比較用于頭部和腹部掃描所用的球管和數(shù)據(jù)采集部分都是同一部件，但是頭部從未出現(xiàn)過(guò)偽影，可以確認(rèn)球管和數(shù)據(jù)采集部分的正常運(yùn)行，排除了問(wèn)題。

之后，研究觀察到偽影問(wèn)題仍然存在，再次檢查科室每日設(shè)備監(jiān)測(cè)記錄，包括溫度、濕度、患者的體重和掃描條件等，但均未發(fā)現(xiàn)可疑線索有價(jià)值的數(shù)據(jù)。恰好此時(shí)醫(yī)院調(diào)整電源線路，全部機(jī)房斷電并重新供電后，再掃描腹部時(shí)出現(xiàn)了偽影。通過(guò)反復(fù)復(fù)盤(pán)機(jī)器的開(kāi)機(jī)和操作，仔細(xì)觀察機(jī)房?jī)?nèi)的所有物品，發(fā)現(xiàn)機(jī)房空調(diào)出風(fēng)口有調(diào)整。經(jīng)詢問(wèn)使用人員，因患者反應(yīng)空調(diào)直吹較冷，將出風(fēng)口掃風(fēng)功能關(guān)閉，空調(diào)出風(fēng)口調(diào)至向上。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)當(dāng)調(diào)整空調(diào)出風(fēng)口對(duì)著機(jī)架掃描孔吹時(shí)，每個(gè)患者都會(huì)出現(xiàn)類似偽影，故障不再隨機(jī)而是穩(wěn)定出現(xiàn)。把床進(jìn)到掃描孔里觀察床的情況，發(fā)現(xiàn)醫(yī)院自行添加的一塊床墊下垂部分在空調(diào)風(fēng)下輕微擺動(dòng)，床墊如圖4，移除床墊后，掃描患者再?zèng)]有觀察到類似的偽影，問(wèn)題得到最終解決。

圖4 導(dǎo)致偽影產(chǎn)生的床墊實(shí)物

2.3 討論

2.4 故障現(xiàn)象二

CT 對(duì)設(shè)備安裝調(diào)試和機(jī)房運(yùn)行環(huán)境要求比較高，使用科室應(yīng)做好相關(guān)管理工作，不要隨意改變CT 的配套設(shè)施，以免造成人為故障的產(chǎn)生。例如，添加一些附加物品可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)性能問(wèn)題并增加維修難度。此次具體案例，科室為了保護(hù)掃描床人為添加床墊，反而造成了麻煩。

圖像右下角出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的線狀線條偽影，初期時(shí)不明顯，通過(guò)空氣校正后有改善，不影響診斷。隨時(shí)間增加偽影變得明顯，空氣校正及重建均無(wú)法解決，如圖5。

圖5 旋轉(zhuǎn)的線狀線條偽影

2.5 故障分析與處理

觀察到的偽影呈均勻連續(xù)的線條，在動(dòng)態(tài)掃描時(shí)表現(xiàn)為與CT 機(jī)架旋轉(zhuǎn)方向一致的旋轉(zhuǎn)環(huán)形偽影，CT 空掃時(shí)偽影也不會(huì)消失。首先，確認(rèn)外界因素的可能性，排除顯示器和電源電壓?jiǎn)栴}。然后，排查報(bào)錯(cuò)碼，發(fā)現(xiàn)無(wú)報(bào)錯(cuò)碼，排除信號(hào)傳送或干擾問(wèn)題。通過(guò)重建驗(yàn)證數(shù)據(jù)處理與重建系統(tǒng)正常運(yùn)行。接著，排查產(chǎn)生原始數(shù)據(jù)的系統(tǒng)：X 射線源及探測(cè)器相關(guān)部件。在排查過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)探測(cè)器模塊故障需要更換。更換探測(cè)器模塊后，故障消失。

2.6 討論

此故障為探測(cè)器模塊壞道引起，故障初期探測(cè)器模塊壞道不明顯，可以通過(guò)空氣校正及重建來(lái)解決，還可以通過(guò)軟件屏蔽壞道來(lái)去除偽影，但隨著壞道損壞程度加重，以上方法已無(wú)效，根本解決方法還是更換探測(cè)器模塊。