医用影像设备(CT/MR/DSA)成像原理与临床应用
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第二节 CT的图像质量

一、空间分辨力
空间分辨力(Spatial Resolution)又被称为高对比度分辨力(High Contrast Resolution),是在高对比度情况下(∆CT>100HU)区分相邻最小物体的能力,它是测试一幅图像质量的量化指标,其结果通常以毫米(mm)为单位或每厘米的线对数(LP/cm)表示。
在CT中,空间分辨力的内容包括平面分辨力和纵向分辨力,其在三个方向的空间分辨力是非各向同性的。传统X线摄影概念中关于空间分辨力只是指平面分辨力,因此纵向分辨力也只用来表示了患者长轴方向的分辨力。
CT的平面分辨力概念与普通X线摄影基本相同,只不过CT中平面分辨力的影响因素还受到重建算法的影响。
笼统地说,CT的空间分辨力受两大因素的影响,它们是CT成像的几何因素和图像重建的算法。
成像几何因素是指成像过程中与数据采集有关的元器件和参数的设置,它们包括X线管焦点的尺寸、探测器孔径的大小、扫描层厚、焦点扫描野中心和探测器距离以及采样距离;
重建算法主要是指图像重建过程中采用的不同算法(或滤过函数),如平滑(软组织)算法、边缘增强(高分辨力)算法等等。
另外,空间分辨力另外还受到成像矩阵大小的影响,即矩阵越小图像分辨力越高。只不过目前CT的成像矩阵基本固定(512×512),在考虑分辨力影响因素中,该项忽略不计。
空间分辨力通常采用两种方法来测试和表示。它们是采用成对排列、黑白相间的分辨力测试体模或由大到小排列的圆孔测试体模测试表示。
采用黑白线条体模测试以线对数(LP/cm)表示,而用圆孔体模测试则以毫米线径数(mm)表示。
二、密度分辨力
密度分辨力(Density Resolution)又称低对比分辨力(Contrast Resolution),是在低对比度情况下(∆CT<10HU)分辨物体微小差别的能力。
密度分辨力常以百分单位毫米数表示(%/mm),或以毫米百分单位表示(mm/%)。
通常CT机密度分辨范围为0.2%~0.5%/1.5~3mm,大多数CT机在头颅扫描时能分辨0.5%/2mm的密度差。同时,密度分辨力还与测量时所采用的剂量大小有关。
密度分辨力受扫描层厚、像素噪声、重建算法、光子的数量、物体的大小、物体的对比度和系统MTF的影响,其中像素噪声是主要影响因素。
像素噪声的定义是匀质水模一限定范围内CT值的标准偏差,它是在匀质断面图像中像素的点与点之间CT值的随机波动和它的平均值离散的测量。噪声可通过增加X线的光子数量,即增加扫描条件得到改善,日常工作中采用小的层厚须加大扫描剂量,就是因为小的层厚减少了X线的光子量。
患者的体型大小也影响了射线的衰减,使到达探测器的光子数量减少,从而影响了密度分辨力。重建算法对密度分辨力和空间分辨力的影响是一对矛盾,边缘增强算法使图像的边缘更清晰、锐利,但降低了图像的密度分辨力;而平滑算法提高了密度分辨力,边缘、轮廓表现不及边缘增强算法。
CT系统密度分辨力的测量采用排列成行的数排不同大小的圆孔体模。与常规影像设备比较CT具有更高的密度分辨力,这是因为:CT图像层面的上下没有重叠,X射线束高度准直散射线少和采用了高灵敏度的探测器。
三、噪  声
噪声是一均匀物质扫描图像中各点之间CT值的上下波动,也可解释为是图像矩阵中像素值的标准偏差。
噪声水平是对比度或CT值总数的百分比,在实际使用中,通常是以一划定大小的兴趣区来表示,平均值和标准偏差在图像一侧显示。
噪声可影响图像的质量。我们在质量较差的电视机上可以看到重叠于图像上、有规律分布、小颗粒状的现象即为噪声(或像素噪声)。
CT图像中噪声的产生与射线的剂量,也就是到达探测器上光子数量的大小有关,射线剂量越大或光子数越多,噪声越小。
如以mAs的乘积表示扫描剂量,一般而言噪声减少两倍,扫描剂量需增加四倍。
四、伪  影
伪影是由于设备或患者原因所造成的、图像中组织结构被错误传递的一种现象。它在图像中表现的形状各异并可影响诊断的准确性,有时候由于某些原因造成的图像畸变也被归类于伪影。
根据造成的原因不同,伪影可以分成两大类:患者造成的伪影和设备引起的伪影。
由患者造成的伪影多数为运动伪影。人体内一些不自主器官如心、肺、肠等的运动和检查时患者的体位的移动可形成条状伪影;患者身上携带的金属物可产生放射状伪影;在软组织骨的边缘也可产生条纹状伪影。
由设备系统性能所造成的伪影都是由于设备运行的不稳定所造成的。
如由于探测器之间的响应不一致,可造成环状伪影;由于投影数据测量转换的误差,可导致直线状伪影;另外,采样频率较低也可产生直线状伪影,而由于射线硬化,则可产生宽条状伪影。另外,由于患者体位摆放不正确(如未放在扫描范围内),也可产生伪影。见下表2-7-1。
表2-7-1 伪影的基本表现和产生原因