CT圖像偽影及處理方法

1、CT圖像偽影及處理方法         09-08-27 15:49:00     作者：賴勝圣 楊蕊夢    編輯：studa20【摘要】  介紹了CT常見圖像偽影、產(chǎn)生原因以及相應(yīng)的處理方法，旨在幫助影像醫(yī)技人員及工程技術(shù)人員對CT偽影有進(jìn)一步的認(rèn)識。 【關(guān)鍵詞】  CT； 圖像； 偽影 CT圖像偽影是指CT圖像中重建數(shù)據(jù)與物體實(shí)際衰減系數(shù)之間的差異，或指的是受檢體中根本不存在，而圖像中顯示出來的影像。

2、根據(jù)CT圖像偽影的來源，可以分為：與CT成像技術(shù)及CT機(jī)器有關(guān)的偽影、病人有關(guān)的偽影以及螺旋CT特有的偽影。CT圖像偽影嚴(yán)重降低了CT圖像的質(zhì)量，有時讓放射科醫(yī)生無法診斷或引起誤診，甚至導(dǎo)致醫(yī)療事故。    1  與CT成像技術(shù)及CT機(jī)器有關(guān)的偽影    1.1  線束硬化    產(chǎn)生機(jī)制：X射線不是單能的，是包含一系列頻率的波動。當(dāng)連續(xù)譜能的X射線經(jīng)過人體時，能量較低的X線優(yōu)先被吸收，高能量X射線較易穿透，在射線傳播過程中，平均能量變高，射線逐漸變硬，稱之為線束硬化效應(yīng)。CT所建立的

3、圖像，是物質(zhì)的衰減系數(shù)在人體的橫斷薄層的分布情況，即相當(dāng)于人體組織密度的分布情況。射線硬化就相當(dāng)于降低了物質(zhì)的吸收密度，必然會影響CT圖像的質(zhì)量。    形成偽影：線束硬化會產(chǎn)生暗帶和條狀偽影，杯狀偽影兩種類型的偽影。前者是指當(dāng)X線球管沿著不同的方向?qū)δ骋晃矬w進(jìn)行掃描時，在密度不均勻組織橫斷面圖像上的兩個致密結(jié)構(gòu)之間（例如顱底巖骨間（圖1），或者是出現(xiàn)在注射對比劑后的造影劑濃度不同的血管間（圖2）會出現(xiàn)暗帶和條紋偽影；后者是指均勻物質(zhì)中間的CT值比邊緣部分的CT值低，造成中間黑、邊緣白的情況。    減少偽影的方法：配置的X射線過濾器

4、；線束硬化矯正軟件來減少線束硬化；對顱底偽影，也可以通過操作者采用薄層掃描以減少。    1.2  部分容積效應(yīng)    產(chǎn)生機(jī)制：在同一掃描層面內(nèi)含有2種以上不同密度而又相重疊的物質(zhì)時,則在同一個探測器上有著多種密度的檢測數(shù)據(jù)，輸出信號為檢測數(shù)據(jù)的平均值，所得的CT值不能如實(shí)反映其中任何一種物質(zhì)的CT值, 這種現(xiàn)象即為部分容積效應(yīng)。形成偽影：部分容積效應(yīng)對圖像的影響一般是帶狀和條狀偽影。在Z軸方向解剖結(jié)構(gòu)變化快、復(fù)雜的部位容易發(fā)生部分容積效應(yīng)，如在掃描后顱窩時，常常會出現(xiàn)的條狀偽影就為部分容積效應(yīng)所導(dǎo)致。 

5、0;  減少偽影的方法：最有效最直接的方法是采用薄層掃描（例如圖3是采用7mm厚層，圖4是采用2mm厚層，圖4圖像質(zhì)量明顯好于圖3）；用軟件矯正的方法。    圖3  采用7mm層厚掃描    圖4  采用3mm層厚掃描    1.3  光子不足    產(chǎn)生機(jī)制：掃描高度衰減的區(qū)域或參數(shù)選擇不正確（如較低的mA）時，會產(chǎn)生嚴(yán)重的條紋偽影。這主要是由于穿過病人到達(dá)探測器的光子不足, 也就是探測器采集的樣本不足，圖像噪聲過大產(chǎn)生所導(dǎo)致。在C

6、T圖像的預(yù)處理過程中， 投影噪聲和測量光子成反比，光子越少，噪聲越大，濾波后投影噪聲被進(jìn)一步放大。在CT圖像的重建中，反投影過程將這些波動非常明顯的采樣映射為圖像中亮或暗的直線, 形成嚴(yán)重的條紋偽影。    形成偽影：光子不足導(dǎo)致的偽影是嚴(yán)重的條紋，在圖像中表現(xiàn)為或亮或暗直線。在人體組織體積體積較厚、對X線有高度衰減的的部分，比如心臟附近、臀部和肩關(guān)節(jié)，尤其是肩關(guān)節(jié)（圖5）。    減少偽影的方法：光子不足的條紋偽影可以有多種方法抑制。如在掃描過程中增加管電流，將會克服光子不足這一問題，但是當(dāng)線束經(jīng)過較少衰減部位時，病人將會接受不必要

7、的劑量。為此，現(xiàn)在的CT機(jī)上一般有管電流調(diào)制技術(shù)（如圖6所示，體層薄部位采用低電流，在體層厚的部位采用高電流）和自適應(yīng)濾波法技術(shù)。另外，注意病人擺位、優(yōu)化掃描參數(shù)也可以有效克服光子不足引起的偽影。    1.4  環(huán)狀偽影    產(chǎn)生機(jī)制：在第3代CT中，會由于一個或多個探測器通道性能差異而出現(xiàn)同心圓環(huán)形或圓弧偽影。如果連續(xù)若干相鄰的通道存在差異, 偽影以帶狀形式出現(xiàn)在圖像中。假如某個探測器由于數(shù)據(jù)差異，逐漸偏離了正常CT值，那么每一采集幀被反投影為一條直線，在整個采集中持續(xù)存在誤差產(chǎn)生一組到旋轉(zhuǎn)中心距離固定的直線, 直線尾

8、部被抵消而形成一個環(huán)。    形成偽影：在常規(guī)投影中，每通道誤差代表固定強(qiáng)度的一條直線，環(huán)形偽影的強(qiáng)度是由固定通道誤差所產(chǎn)生的，無論對于平行的X線束還是扇形X線束，它反比與于圓環(huán)半徑?？拷行牡奶綔y器誤差最大，所產(chǎn)生的圓環(huán)信號最亮，靠外周的探測器誤差越小，所產(chǎn)生的圓環(huán)信號越暗。    減少偽影的方法： 完善數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，不同CT 廠家有各自的技術(shù)流程； 圖像后續(xù)處理。    1.5  散射偽影    產(chǎn)生機(jī)制：X 射線在穿透人體的過程中同人體組織的原子間發(fā)生了

9、比較復(fù)雜的相互作用，如光電效應(yīng)、康普頓散射效應(yīng)和電子對效應(yīng)。散射光子通常偏離原射線的傳播路徑而被其它的探測器接收，這導(dǎo)致探測器接受的信號有一部分來源于散射，得到的信號偏離了X線強(qiáng)度的真實(shí)值。    形成偽影：散射效應(yīng)降低了圖像的對比度，增加了噪聲，在圖像中表現(xiàn)為低頻條狀偽影，如圖9。    減少偽影的方法： 使用準(zhǔn)直器； 軟件校正技術(shù)（圖10）。    1.6  欠采樣偽影    產(chǎn)生機(jī)制：根據(jù)香農(nóng)定律，為了避免產(chǎn)生混淆，原始數(shù)據(jù)采集頻率必須等于或大于被采樣信號最高

10、頻率的2倍。CT信號采樣中, 對于某一方向X線束，當(dāng)探測器徑向和角度采樣間距明顯大于像素尺寸時, 稱為該方向欠采樣。不足的采樣幀數(shù)或在一個幀中過大采樣間隔都會產(chǎn)生混疊條狀偽影。    形成偽影：第三代CT信號的采集最大頻率受到X線球管焦點(diǎn)尺寸、掃描儀幾何形狀、探測器單元尺寸等因素限制，不能滿足香農(nóng)定律。由于投影采樣不足，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)對相關(guān)銳利邊緣和小物體信息的記錄丟失，在銳利邊緣附近容易觀察到混淆條紋偽影（圖11）。    減少偽影的方法： 基于位置校正的1/4探測器偏移法和飛焦點(diǎn)（焦點(diǎn)抖動）技術(shù)； 自適應(yīng)幀合成技術(shù)等。 &#

11、160;  1.7  與X線球管相關(guān)的偽影    X線球管放電偽影    產(chǎn)生機(jī)制：X線管老化會重復(fù)發(fā)生放電現(xiàn)象，此時，管電流和管電壓會發(fā)生明顯下降，導(dǎo)致光子輸出嚴(yán)重降低或消失。因此，一個或多個投影數(shù)據(jù)受到影響，導(dǎo)致偽影產(chǎn)生。    形成偽影：X線管放電導(dǎo)致的偽影實(shí)質(zhì)上是光子不足、低劑量所造成，為條紋狀。    減少偽影的方法：對于X線管放電不嚴(yán)重的CT機(jī)，可以用算法校正消除條紋偽影，如合成投影技術(shù)、自適應(yīng)濾波技術(shù)等。對于經(jīng)常放電的球管，最佳方法是替換之。

12、     09-08-27 15:49:00     作者：賴勝圣 楊蕊夢    編輯：studa20    X線球管轉(zhuǎn)子抖動偽影    產(chǎn)生機(jī)制：如果CT機(jī)發(fā)生X線管轉(zhuǎn)子抖動的故障現(xiàn)象，則會出現(xiàn)X線束偏離實(shí)際理想位置，形成X線管轉(zhuǎn)子偽影。形成偽影：X線管轉(zhuǎn)子抖動會導(dǎo)致圖像出現(xiàn)大面積的條紋偽影（圖12）。    減少偽影的方法：對有X線管轉(zhuǎn)子抖動現(xiàn)象的球管，及時進(jìn)行修復(fù)替換故障部分可解決

13、此偽影（圖13）。    2  與病人有關(guān)的偽影    2.1  病人運(yùn)動    產(chǎn)生機(jī)制：在CT掃描數(shù)據(jù)采集過程中，若該斷層內(nèi)被測物發(fā)生移位，將導(dǎo)致投影數(shù)據(jù)不一致, 而產(chǎn)生運(yùn)動偽影。通常掃描病人時，病人的心臟跳動、呼吸運(yùn)動、胃腸蠕動等生理運(yùn)動會使被測物體進(jìn)入或離開掃描平面，造成上述偽影。造影劑的不當(dāng)使用也會導(dǎo)致運(yùn)動偽影（如上腔靜脈造影劑偽影的產(chǎn)生，一方面與造影劑注射的速率有關(guān)，另一方面與機(jī)器掃描時，造影劑在血管內(nèi)是否流動有關(guān)，即所謂的層流偽影）。   

14、形成偽影：病人的運(yùn)動導(dǎo)致圖像產(chǎn)生陰影或條紋狀偽影（圖14），并且偽影的嚴(yán)重程度和病人運(yùn)動方向有關(guān)。    減少偽影的方法：減少運(yùn)動偽影可以從病人和機(jī)器兩方面考慮。比如：對于最常見的呼吸運(yùn)動，可以指導(dǎo)病人呼氣、吸氣；可以給病人注射鎮(zhèn)靜劑；加快機(jī)器掃描速度；通過球管掃描的開始位置與運(yùn)動的方向?qū)R,使運(yùn)動偽影最小化；心電門控技術(shù)；應(yīng)用特殊的重建技術(shù)，如運(yùn)動偽影校正算法（圖15）。    2.2  金屬偽影    產(chǎn)生機(jī)制：當(dāng)掃描病人身體部分附帶有金屬物體時候，會產(chǎn)生嚴(yán)重的金屬偽影。金屬偽影形狀隨著金屬

15、物體的形狀和密度不同而變化，可產(chǎn)生上述的射線硬化效應(yīng)、部分容積效應(yīng)、光子不足等，另外，金屬物體的運(yùn)動更容易產(chǎn)生偽影。    形成偽影：金屬物體主要表現(xiàn)為大投影數(shù)據(jù)引起的從金屬區(qū)域發(fā)出的高密度條狀偽影（圖16）。    減少偽影的方法：在掃描開始前，通常要求病人取下可移動的金屬物體; 對于不能移動的東西，例如牙齒填充物，假肢以及外科金屬夾，可采用一定的機(jī)架角度避免金屬進(jìn)入掃描范圍; 對于當(dāng)不能避開的金屬物，可用提高KV值，可減少線束硬化效應(yīng)，或采用薄層將會減少部分容積偽影; 應(yīng)用金屬偽影的軟件校正也可減少金屬偽影（圖17），但有效性有時

16、是有限的，因?yàn)楸M管條紋遠(yuǎn)離被移走的金屬埋植物，但是仍然會有金屬組織界面周圍細(xì)節(jié)的丟失，而通常這些細(xì)節(jié)都是診斷所感興趣的區(qū)域。    2.3  投影數(shù)據(jù)不完全偽影    產(chǎn)生機(jī)制：對于大多數(shù)CT機(jī)而言，機(jī)架孔徑尺寸和FOV大小是不一樣的，當(dāng)被掃描物有一部分在掃描區(qū)域外時，則會出現(xiàn)部分投影數(shù)據(jù)被截?cái)?，不能充分被利用于圖像重建。因此，產(chǎn)生偽影。    形成偽影：投影不完全可產(chǎn)生被截?cái)嗟耐队霸诮財(cái)辔矬w邊界明亮的條紋偽影（圖18），投影數(shù)據(jù)截?cái)嘣酱螅瑐斡霸蕉唷?#160;   減少偽影

17、的方法： 將病人精確放置在掃描中心，如做胸腹部掃描時可讓病人把手臂抱著頭部； 采用軟件算法校正。    3  螺旋CT偽影    產(chǎn)生機(jī)制：在CT及其物理特性保持不變的情況下, 螺旋掃描與常規(guī)掃描的CT圖像偽影是相同的，如上述的幾種偽影也有可能在螺旋CT中產(chǎn)生。但是，由于螺旋CT的X線球管曝光和病床進(jìn)動同時進(jìn)行的獨(dú)特掃描方式以及內(nèi)插算法的重建計(jì)算方式，導(dǎo)致了螺旋CT偽影。    形成偽影：螺旋CT采集的數(shù)據(jù)是非同一平面的數(shù)據(jù),需要用插值算法對其進(jìn)行整合,使之成為同一平面投影數(shù)據(jù)之后,再進(jìn)行圖像重

18、建,特別是在對縱軸方向上有一定梯度的目標(biāo)物體掃描成像時,會產(chǎn)生典型的階梯狀偽影。在橫斷面其表現(xiàn)為階梯樣,在多平面重組和3D成像中表現(xiàn)為斑馬樣條紋。    減少偽影的方法： 被掃描物體的中心線要與掃描中心重和; 盡量采取小螺距或薄層掃描; 采用合適的插值算法（圖19、20）。    產(chǎn)生CT偽影的原因有很多，除了上述成像技術(shù)及機(jī)器有關(guān)偽影外，環(huán)境、人為因素也影響著CT圖像質(zhì)量。CT偽影降低了圖像質(zhì)量，給影像醫(yī)生帶來了不必要的麻煩，甚至造成誤診。所以，必須對CT偽影的產(chǎn)生原因有一定的認(rèn)識，才能用合理的方法，如調(diào)節(jié)掃描方式、掃描時間等降低偽影，達(dá)到診斷要求。【參考文獻(xiàn)】  1 Barrett JF, Keat N.Ar