第2節(jié)CT圖像課件

1、第2節(jié)CT圖像課件一、CT圖像特點 1.數(shù)字化圖像 CT圖像是將像素按矩陣排列構(gòu)成。這些像素反映的是人體相應(yīng)單位容積 (體素)的X線吸收系數(shù)。CT機機型不同其圖像的像素大小、數(shù)目均不同。像素大小有1.Omm1.Omm，O.5mmO.5mm，O.25mmO.25mm之分。像素數(shù)目可以是256256個，512512個，10241024個。像素越小，其數(shù)目越多，構(gòu)成的圖像越細致、清晰，空間分辨力(spatial resolution)CT圖像有較高的密度分辨力，其X線吸收系數(shù)的測量精確度可達0.5%，能分辨密度差異較小的組織，能清楚地顯示人體某些器官的解剖結(jié)構(gòu)和器官內(nèi)密度發(fā)生變化的病變組織。CT圖像

2、的數(shù)據(jù)采集后，可對其進行圖像后處理。尤其是螺旋掃描的容積數(shù)據(jù)，可改變算法，進行重建。能對橫斷層面像進行多維、多平面的各種類型的重組(reformation)，從任意角度，全方位觀察影像，對病變的定位、定量、定性更準確。在重組圖像中，不同密度的組織可以用不同的偽彩色顯示，圖像更生動。 2.CT值和灰階 CT值(CT number)是簡便的量化指標。在研究CT圖像時，人們關(guān)心各組織結(jié)構(gòu)內(nèi)的密度差異，即相對密度。如果某一組織發(fā)生病變其密度就會發(fā)生變化，這對CT診斷有很大價值。但比較和計算各組織對X線的吸收系數(shù)非常繁瑣，于是亨氏(Hounsfield)把X線的吸收系數(shù)換算成CT值，單位是Hu(Houn

3、sfield unit)。亨氏定義水的CT值為OHu，其它不同密度組織都與它進行比較。密度大于水的為正值，如骨皮質(zhì)CT值為+1000Hu；密度小于水的為負值，如空氣的CT值為-10OOHu。 人體內(nèi)密度不同的各種組織的CT值一般位于-1000Hu+10OOHu的2000個分度之間（圖3-1）。在實際工作中可以用測CT值的方法，大體估計組織器官的結(jié)構(gòu)情況，這樣就有了一個簡便的量化指標。此外還可以根據(jù)CT值選擇閾值進行圖像后處理，根據(jù)CT值進行實時增強監(jiān)視及骨密度測定等。但是，CT值并不是恒定的，它受X線管老化、電源狀況、掃描參數(shù)、溫度及鄰近組織等因素影響，因此在診斷中CT值只能作為參考，而不能作

4、為診斷主要依據(jù)。 CT圖像是將重建后矩陣中每一像素的CT值，以數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換(digital to analog conversion；D/A)成相應(yīng)的不同亮暗程度的信號，并顯示在監(jiān)視器上。監(jiān)視器所表現(xiàn)的亮度信號的等級稱為灰階(grey scale)?；译A一般有16個，但每一灰階內(nèi)又有4個連續(xù)變化的灰度，故共有64個連續(xù)的不同灰度的過渡等級。用64級灰階來顯示2000Hu范圍的結(jié)構(gòu)，每一級將分別代表31個連續(xù)的CT值：而所顯示的16級灰階的每一級含有125Hu。亦即物體的密度差在125Hu內(nèi)都將表現(xiàn)為同一灰度。由于人體多數(shù)的組織器官及其病變 (特別是軟組織及實質(zhì)性臟器等)的密度差大都在1O00

5、Hu的范圍內(nèi)，故彼此間不能區(qū)分。如將圖像顯示的灰度范圍擴大到2000Hu時，則以上軟組織都將表現(xiàn)為一致的灰度，失去了應(yīng)有的密度對比，不利于診斷和鑒別診斷。 3.窗口技術(shù)（window technology） 是將CT值進行適當?shù)幕译A圖像表達，提供給醫(yī)師診斷信息的技術(shù)，包括窗寬和窗位兩個概念。窗寬(window width)是指CT圖像上所包括的CT值范圍。窗位(window level)是窗寬的中心CT值。窗位是以被觀察組織CT值的中心值，又稱窗中心。同樣的窗寬，由于窗位不同，其所包括的CT值范圍不同。例如取窗寬為1OOHu，窗位為OHu時，其CT值范圍為+5OHu-5OHu；當窗位為+4OH

6、u時，其CT值范圍則為-10Hu+9OHu。窗寬內(nèi)所有的CT值用16個灰階顯示，小于窗寬的組織結(jié)構(gòu)影像能清晰顯示，大于窗寬的組織結(jié)構(gòu)則沒有灰度差別而不能顯示。 窗寬和窗位的選擇，關(guān)系到組織結(jié)構(gòu)細節(jié)的顯示，在實際操作中，根據(jù)計劃顯示結(jié)構(gòu)CT值的變化范圍來確定合適的窗寬、窗位。如腦實質(zhì)和顱骨的CT值分別是+35Hu和+300Hu，觀察腦實質(zhì)的窗寬為100Hu，窗位+35Hu；觀察顱骨的窗寬是1000Hu，窗位是+300Hu。當正常組織與病變組織間密度差別較小時，應(yīng)用窄窗寬才能顯示病變。加大窗寬，圖像層次增多，組織對比減少，細節(jié)顯示差；縮窄窗寬，圖像層次減少，對比增強。兩者應(yīng)相互協(xié)調(diào)、平衡，才能獲得

7、既有一定層次，又有良好對比的影像。不同的機型，因性能各有差異，窗值并不完全一致。即使同一臺機器，隨著使用時間的變化，窗值也會有所變化。此外，電流、電壓的改變，溫度、濕度也會使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生誤差，使CT值在一定程度上波動，影響窗寬和窗位的選擇。窗寬和窗位的選擇不當，易導致圖像結(jié)構(gòu)顯示不清楚，嚴重者甚至不能滿足診斷要求。 在同一幅圖像上利用計算機軟件功能同時給定二個不同的窗值，以同時顯示二種密度差異較大的組織影像，稱為雙窗顯示或雙窗技術(shù)（duble window technology）。雙窗技術(shù)可提供更多的組織結(jié)構(gòu)影像信息。 雙窗技術(shù)最常用于胸部CT檢查。將肺和縱隔以及胸壁同時顯示。二、影響CT

8、圖像質(zhì)量的變量因素 （一）算法的選擇CT圖像是數(shù)字化的圖像，圖像重建的數(shù)學演算方式有多種，根據(jù)被觀察組織的不同和診斷需要，在掃描或圖像重建時選擇不同的過濾函數(shù)，使重建圖像得到最佳的顯示，提高了圖像的空間分辨力和密度分辨力。常用的有標準算法、軟組織算法和骨算法等。 1.標準算法 使圖像的密度分辨力和空間分辨力均衡，通常對分辨力沒有特殊要求的部位而設(shè)定的。適用于一般CT圖像的重建，例如顱腦、脊柱等部位的檢查。2.軟組織算法 適用于需要突出密度分辨力的軟組織圖像重建，特別適于密度相差很近的軟組織顯示，圖像顯示柔和平滑。對肝、胰、脾、腎及淋巴結(jié)等腹部器官結(jié)構(gòu)，CT檢查用軟組織算法重建圖像效果較好。 3

9、.骨算法 這種圖像重建方法更突出強調(diào)空間分辨力。特別適于骨細節(jié)的研究，或?qū)γ芏认嗖詈艽蟮慕M織之間的分辨。圖像顯示邊緣銳利、清晰。如對內(nèi)耳、肺組織、骨盆及其他骨骼等部位的檢查，用骨算法重建圖像效果較好。算法的選擇不當，會降低圖像的分辨力。增加X線量，可部分彌補此不足。螺旋CT掃描的容積數(shù)據(jù)可通過變換算法，進行多種算法的圖像重建。 （二）CT分辨力CT的空間分辨力和密度分辨力，是判斷CT機性能和圖像質(zhì)量的兩個指標。它們互相制約，密切相關(guān)。像素小，數(shù)目多，提高了空間的分辨力，圖像較清晰。但在X線總能量不變的條件下，每個單位容積所獲得的光子數(shù)卻按比例減少，使密度分辨力下降，使密度差異較小的組織難以顯示

10、。若需保持原來的密度分辨力，就需要增加X線量。 1.對比度分辨力（contrast resolution） 是指當細節(jié)與背景之間具有低對比度時，將一定大小的細節(jié)從背景中辨別出來的能力。又稱為密度分辨力或低對比分辨力（low contrast resolution）。對比度分辨力受到像素噪聲、物體的大小、物體的對比度和系統(tǒng)的MTF等影響，其中像素噪聲是主要影響因素，常用像素噪聲的標準差來表示。像素噪聲的定義是勻質(zhì)水模在限定CT值范圍內(nèi)的標準差，是在勻質(zhì)斷面圖像中像素的點與點間CT值的隨機波動和平均值離散的測量。固有噪聲只有在沒有偽影的圖像中才有可能測量。 觀察對比度分辨力的另一種方法是作一條對比

11、度-細節(jié)曲線，這條曲線描繪出對比度與細節(jié)大小之間能辨別的極限。對比度分辨力還會受到褶積濾波器類型的影響。2.空間分辨力（spatial resolution） 是指在高對比度的情況下區(qū)分相鄰兩個物體最小距離的能力。即顯示最小體積病灶或結(jié)構(gòu)的能力，又稱高對比分辨力（high conrast resolution）。一般地說，空間分辨力由球管焦點的尺寸和像素的尺寸所決定的，與X線劑量大小無關(guān)?？臻g分辨力可通過選擇不同的褶積濾波器而改變。 CT的空間分辨力有一定的極限，受到探測器孔徑的大小、采樣間隔（頻率）以及重建算法和掃描設(shè)備的精度等因素的限制。而X線膠片只受粒狀度大小的影響，這就意味著CT在高對

12、比度的情況下使用時，如作骨骼結(jié)構(gòu)或胸腔檢查，它的空間分辨力不會超過普通X線。通過增加探測器的數(shù)目和減小采樣間隔，可提高的空間分辨力。 （三）噪聲 均勻物體的影像中因出現(xiàn)像素的CT值參差不齊，圖像呈顆粒性，這種現(xiàn)象稱CT的噪聲。噪聲可分為掃描噪聲和組織噪聲。掃描噪聲是由于探測器接受的光子數(shù)有限，使光子在矩陣內(nèi)各個像素上分布不均所致。掃描噪聲導致密度相等的組織或水在圖像上各點的CT值不等。掃描噪聲主要與以下因素有關(guān):探測器因素，如探測器的數(shù)量和靈敏度、像素大小、掃描層厚等；X線量及算法選擇等因素，如管電流、掃描時間等；電子線路及機械方面、重建或重組方法的選擇以及散亂射線等也會引起噪聲。組織噪聲是由

13、各種組織平均CT值差異所致，即同一組織可能有不同的CT值，反應(yīng)不同組織也可有同一CT值，且電壓的變化也影響CT值的測定。 噪聲使圖像的質(zhì)量降低，因此要了解噪聲產(chǎn)生的機制和原因，并加以抑制，以提高圖像質(zhì)量。如因為X線穿透人體到達探測器的光子數(shù)量有限，致使光子在矩陣內(nèi)各像素上的分布不均，導致密度相等的組織或水在圖像上的各點的CT值不相等，在診斷學上稱為掃描噪聲。掃描噪聲與X線量有關(guān)，因此，必須根據(jù)檢查部位的組織厚度和密度來選擇mAs。原則上以保證圖像質(zhì)量的mA乘以CT機所能達到的最快掃描速度為較好搭配。一般講增加4倍的X線量，可使圖像的掃描噪聲減半。 （四）部分容積效應(yīng)1.部分容積效應(yīng) 在同一掃描

14、層面內(nèi)含有二種以上不同密度的組織相互重疊時，所測得的CT值不能如實反映該單位體素內(nèi)任何一種組織真實的CT值，而是這些組織的平均CT值，這種現(xiàn)象稱部分容積效應(yīng)(partial volume effect)。部分容積效應(yīng)與CT掃描層厚和被檢組織周圍的密度有明顯關(guān)系，當評價小于掃描層厚的病變時，要考慮其CT值是否有部分容積效應(yīng)的影響，薄層掃描、小掃描視野及大矩陣等，可減少部分容積效應(yīng)。 2.周圍間隙現(xiàn)象 在同一掃描層面內(nèi)，與層面垂直的二種相鄰但密度不同的組織，其邊緣部的CT值不能準確測知，因而在CT圖像上，其交界部的影像不能清楚分辨，這種現(xiàn)象即為周圍間隙現(xiàn)象(peripheral space phe

15、nomenon)。這是掃描X線束在兩種組織的相鄰接處其測量值相互重疊造成的物理現(xiàn)象，實質(zhì)上也是一種容積效應(yīng)。 （五）偽影CT圖像中與被掃描組織結(jié)構(gòu)無關(guān)的異常影像稱偽影（artifact）。其產(chǎn)生的原因有:1.設(shè)備原因 由于探測器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器損壞或傳輸電纜工作狀態(tài)不穩(wěn)定，接口松脫，CT機使用前未作校準、球管不在中心位置、球管極度老化或探測器敏感性漂移等原因引起偽影，常見有環(huán)狀、條狀、點狀、同心圓狀偽影等。 2.病人原因 來自病人方面產(chǎn)生的偽影有:運動偽影:因掃描部位不固定產(chǎn)生。常見的有與掃描方向一致的條狀低密度偽影；線束硬化偽影:X線能譜原因，如線束硬化及制造材料等原因。因掃描范圍內(nèi)組織間密度差

16、異較大產(chǎn)生。如掃描范圍內(nèi)的金屬異物、鋇劑、碘油等可產(chǎn)生條狀或星芒狀偽影；顱底、肩部、掃描野外的肢體及胃腸道內(nèi)的氣體等亦可產(chǎn)生偽影；被檢組織密度所致部分容積效應(yīng)及周圍間隙效應(yīng)等偽影，算法選擇不當也可致偽影產(chǎn)生。 3.掃描條件不當 CT檢查時，選用的掃描參數(shù)不當，例如選用的掃描野和顯示野與掃描部位大小不匹配或掃描參數(shù)設(shè)定過低時亦可產(chǎn)生偽影。偽影是由于一些非真實的或近似的CT值所引起的異常圖像。常見的一般有下面幾種偽影：條紋偽影，在掃描過程中，掃描部位的隨意和不隨意的運動引起，使得射線顯示從一次檢測到另一次檢測的某種突然的不一致性的結(jié)果，都要產(chǎn)生粗細不等的，黑白相間的條狀偽影。如病人點頭運動、側(cè)向運

17、動、屏不住氣、吞咽動作、心臟跳動、腸蠕動等，均可產(chǎn)生局部的條紋偽影。 胃CTVE呼吸運動偽影 交疊混淆偽影，這是假定在照射物體中不出現(xiàn)高于采樣頻力的空間頻率而產(chǎn)生的。杯狀偽影，假定在射線通過被照物體時，有效線束能量保持不變而產(chǎn)生杯狀偽影。角度偽影，投影曲線作等角分布時，則產(chǎn)生角度偽影。模糊偽影，重建圖像的中心與掃描旋轉(zhuǎn)的中心重合時，則產(chǎn)生此種偽影。帽狀偽影，病人位于掃描區(qū)域以內(nèi)，會產(chǎn)生截止邊緣處的強帽狀偽影。星芒狀偽影，掃描區(qū)域內(nèi)密度差異較大產(chǎn)生，如對比劑、枕骨內(nèi)外隆凸周圍等。環(huán)狀偽影，環(huán)狀偽影大多是由于探測器的靈敏度不一致、采樣系統(tǒng)故障等造成的。 （六）窗口技術(shù)詳見前述有關(guān)內(nèi)容。（七）掃描技

18、術(shù)參數(shù)1.曝光劑量 X線劑量的大小是CT圖像質(zhì)量的保證，掃描時應(yīng)視不同部位選擇不同的劑量。大部分CT機改變劑量常常是以改變管電流(mA)量或掃描時間來實現(xiàn)的。選擇X線劑量參數(shù)的原則是，在保證影像質(zhì)量的前提下盡可能減少病人所接受的X線劑量。 劑量的高低影響噪聲的大小，而噪聲的大小影響影像質(zhì)量。如果劑量太小，會使影像噪聲加大，影像質(zhì)量下降。相反，增加X線劑量，增加了影像的信息量，降低了影像的噪聲，從而提高了影像的質(zhì)量。對檢查部位較厚的或較精細的器官，如腰椎部、下頸上胸部、內(nèi)耳、眼眶等，為了提高影像的質(zhì)量，要適當選擇大劑量掃描參數(shù)或在該機允許范圍內(nèi)作長時間掃描，以提高影像的空間分辨力和密度分辨力。

19、2.層厚 層厚（slice thickness）為掃描時選擇的層面厚度，是影響圖像分辨力的一個重要因素。層厚小，圖像空間分辨力好，但探測器接受到的X線光子數(shù)減少，其密度分辨力下降。層厚大，檢測器接受的光子數(shù)增多，密度分辨力提高，但空間分辨力下降。所以掃描層厚通常按需要觀察病變的大小而定。為了看清病變細節(jié)，必須將層厚減小，以提高對小病變的檢出率。同時也要根據(jù)被檢結(jié)構(gòu)的大小加以選擇層厚。例如檢查內(nèi)耳、內(nèi)聽道、眼眶、椎間盤等須采取薄層掃描。對觀察軟組織，且病變范圍較大時，選擇較大的層厚更為合適。對病變范圍過大病人，則采用加大層厚，加大層距的方法。為了觀察病變細節(jié)或測量CT值，可在發(fā)現(xiàn)病變的層面，用減小層厚的方法掃描23層，以利于對病灶定性。 3.層距 層距（slice gap）是指相鄰兩個層面