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)生原因以及相應的處理方法，旨在幫助影像醫(yī)技人員及工程技術人員對CT偽影有進一步的認識。 【關鍵詞】  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成像技術及CT機器有關的偽影、病人有關的偽影以及螺旋CT特有的偽影。CT圖像偽影嚴重降低了CT圖像的質量，有時讓放射科醫(yī)生無法診斷或引起誤診，甚至導致醫(yī)療事故。    1  與CT成像技術及CT機器有關的偽影    1.1  線束硬化    產(chǎn)生機制：X射線不是單能的，是包含一系列頻率的波動。當連續(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。CT所建立的

3、圖像，是物質的衰減系數(shù)在人體的橫斷薄層的分布情況，即相當于人體組織密度的分布情況。射線硬化就相當于降低了物質的吸收密度，必然會影響CT圖像的質量。    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X線球管沿著不同的方向對某一物體進行掃描時，在密度不均勻組織橫斷面圖像上的兩個致密結構之間（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    產(chǎn)生機制：在同一掃描層面內含有2種以上不同密度而又相重疊的物質時,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值不能如實反映其中任何一種物質的CT值, 這種現(xiàn)象即為部分容積效應。形成偽影：部分容積效應對圖像的影響一般是帶狀和條狀偽影。在Z軸方向解剖結構變化快、復雜的部位容易發(fā)生部分容積效應，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所導致。 

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)生嚴重的條紋偽影。這主要是由于穿過病人到達探測器的光子不足, 也就是探測器采集的樣本不足，圖像噪聲過大產(chǎn)生所導致。在C

6、T圖像的預處理過程中， 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, 形成嚴重的條紋偽影。    形成偽影：光子不足導致的偽影是嚴重的條紋，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、臀部和肩關節(jié)，尤其是肩關節(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機上一般有管電流調制技術（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）和自適應濾波法技術。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度的一條直線，環(huán)形偽影的強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。靠近中心的探測器誤差最大，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 廠家有各自的技術流程； 圖像后續(xù)處理。    1.5  散射偽影    產(chǎn)生機制：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、比較復雜的相互作用，如光電效應、康普頓散射效應和電子對效應。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線強度的真實值。    形成偽影：散射效應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： 使用準直器； 軟件校正技術（圖10）。    1.6  欠采樣偽影    產(chǎn)生機制：根據(jù)香農定律，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，不能滿足香農定律。由于投影采樣不足，導致計算機對相關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（焦點抖動）技術； 自適應幀合成技術等。 &#

11、160;  1.7  與X線球管相關的偽影    X線球管放電偽影    產(chǎn)生機制：X線管老化會重復發(fā)生放電現(xiàn)象，此時，管電流和管電壓會發(fā)生明顯下降，導致光子輸出嚴重降低或消失。因此，一個或多個投影數(shù)據(jù)受到影響，導致偽影產(chǎn)生。    形成偽影：X線管放電導致的偽影實質上是光子不足、低劑量所造成，為條紋狀。    減少偽影的方法：對于X線管放電不嚴重的CT機，可以用算法校正消除條紋偽影，如合成投影技術、自適應濾波技術等。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線球管轉子抖動偽影    產(chǎn)生機制：如果CT機發(fā)生X線管轉子抖動的故障現(xiàn)象，則會出現(xiàn)X線束偏離實際理想位置，形成X線管轉子偽影。形成偽影：X線管轉子抖動會導致圖像出現(xiàn)大面積的條紋偽影（圖12）。    減少偽影的方法：對有X線管轉子抖動現(xiàn)象的球管，及時進行修復替換故障部分可解決

13、此偽影（圖13）。    2  與病人有關的偽影    2.1  病人運動    產(chǎn)生機制：在CT掃描數(shù)據(jù)采集過程中，若該斷層內被測物發(fā)生移位，將導致投影數(shù)據(jù)不一致, 而產(chǎn)生運動偽影。通常掃描病人時，病人的心臟跳動、呼吸運動、胃腸蠕動等生理運動會使被測物體進入或離開掃描平面，造成上述偽影。造影劑的不當使用也會導致運動偽影（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，另一方面與機器掃描時，造影劑在血管內是否流動有關，即所謂的層流偽影）。   

14、形成偽影：病人的運動導致圖像產(chǎn)生陰影或條紋狀偽影（圖14），并且偽影的嚴重程度和病人運動方向有關。    減少偽影的方法：減少運動偽影可以從病人和機器兩方面考慮。比如：對于最常見的呼吸運動，可以指導病人呼氣、吸氣；可以給病人注射鎮(zhèn)靜劑；加快機器掃描速度；通過球管掃描的開始位置與運動的方向對齊,使運動偽影最小化；心電門控技術；應用特殊的重建技術，如運動偽影校正算法（圖15）。    2.2  金屬偽影    產(chǎn)生機制：當掃描病人身體部分附帶有金屬物體時候，會產(chǎn)生嚴重的金屬偽影。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、部分容積效應、光子不足等，另外，金屬物體的運動更容易產(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，可采用一定的機架角度避免金屬進入掃描范圍; 對于當不能避開的金屬物，可用提高KV值，可減少線束硬化效應，或采用薄層將會減少部分容積偽影; 應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，因為盡管條紋遠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節(jié)的丟失，而通常這些細節(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)生機制：對于大多數(shù)CT機而言，機架孔徑尺寸和FOV大小是不一樣的，當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)被截斷，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)生被截斷的投影在截斷物體邊界明亮的條紋偽影（圖18），投影數(shù)據(jù)截斷越大，偽影越多。    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動同時進行的獨特掃描方式以及內插算法的重建計算方式，導致了螺旋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行整合,使之成為同一平面投影數(shù)據(jù)之后,再進行圖像重

18、建,特別是在對縱軸方向上有一定梯度的目標物體掃描成像時,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，除了上述成像技術及機器有關偽影外，環(huán)境、人為因素也影響著CT圖像質量。CT偽影降低了圖像質量，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)生原因有一定的認識，才能用合理的方法，如調節(jié)掃描方式、掃描時間等降低偽影，達到診斷要求?！緟⒖嘉墨I】  1 Barrett JF, Keat N.Ar