第三章CT质量控制与扫描技术

第三章CT质量控制与扫描技术陈庆森第一节CT影像的质量控制CT成像为数字成像技术，影响CT图像质量的因素较多而且复杂，包括各种图像质量参数、扫描技术参数、机器的安装调试与校准，窗技术的选择及暗室技术或洗片机的性能等。各个参数间有密切关系或相互制约。第一节CT影像的质量控制一、图像质量参数（一）CT分辨率：分辨率包括空间分辨率和密度分辨率，是判断CT机器性能和图像质量的重要指标。1、空间分辨率：（高对比分辨率）空间分辨率是指在高对比情况下，对物体空间大小（几何尺寸）的鉴别能力，有两种表示方法，即线对数/厘米（LP/cm）和线径/毫米（mm/mm）。空间分辨率是指鉴别结构大小的能力，在影像中所能显示的最小细节。空间分辨率与检测器孔径的宽度，检测器之间的距离，图像重建中采用的卷积滤波（二维傅里叶变换重建法、空间滤波反投影法、褶积反投影法）函数的形式，像素大小，被捡物吸收系数的差异，以及CT装置的噪音等因素有关。第一节CT影像的质量控制影响空间分辨率的主要因素有：（1）探测器的种类、效率、数目（或排数）：小的探测器孔径可提高空间分辨率，高档多层螺旋CT大多采用稀土陶瓷探测器，Z轴方向上有多排，空间分辨率也明显提高。（2）原始数据量的多少：采样率越高，原始数据量越多，空间分辨率越高。（3）重建算法（4）象素、矩阵的大小：扫描/重建矩阵越大、象素越小，空间分辨率越高。（5）设备噪声和被测物体间的密度差异第一节CT影像的质量控制中档CT机的空间分辨率约为15LP/cm，高档约为30LP/cm，而X线平片由于采用的是屏－片组合，其空间分辨率可达10LP/mm，因此，CT图像的空间分辨率远不及X线平片。空间分辨率常用的表示方法：能分辨最小圆孔的直径（MM），越小越好。或可分辨每厘米的线对数（LP/cm）越多越好。由于CT的空间分辨率受诸多因素影响，而且检测器的孔径不可能像X线胶片的颗粒那样细小，所以CT的空间分辨率一般不会超过X线成像。空间分辨率与像素大小有密切关系，一般为像素宽度的1.5倍。矩阵大（数目越多），像素小、，空间分辨率高，图像清楚。第一节CT影像的质量控制2、密度分辨率密度分辨率又称对比度分辨率，表示能够区分最小密度差异的能力。密度分辨率与被捡物大小、X线剂量、噪音等因素有关。密度分辨率以%表示。如果密度分辨率为0.5%时，则表示两种物质的密度差别等于或大于0.5%时CT可将它们分辨出来，而小于0.5%，受噪音的干扰无法区别。影响密度分辨率的主要因素有：（1）噪声和信噪比：噪声和信噪比是由探测器的效率和X线剂量决定的，效率越高、剂量越大，则信噪比越高，相对降低噪声，密度分辨率将提高。（2）物体的几何尺寸较大时，则密度分辨率也会相对高一些。第一节CT影像的质量控制如果提高其密度分辨率就需要加大X线剂量，即增加检测器吸收的光子数，提高其信噪比，相对降低其噪音。空间分辨率与密度分辨率之间密切相关并且互相制约。密度分辨率受噪音和显示物大小制约，噪音越小和显示物越大，密度分辨率越佳。3．时间分辨率是指系统在足够短的时间间隔内快速重复扫描的能力，它主要受X线管性能的影响。第一节CT影像的质量控制（二）噪声噪声是扫描均匀物质时，其CT值的标准偏差。噪声使图像呈颗粒性，直接影响密度分辨率，尤其表现在低密度组织的可见度上。噪声分为扫描噪声（光子噪音）和组织噪声两种。扫描噪声是当X线剂量不足时，穿透人体被探测器接收的光子数受限，矩阵内各象素上的分布不均造成的。扫描噪音造成均质的组织或水在各个像素点上的CT值不相等。如欲减少扫描噪音（或光子噪音）必须增加X线剂量，二者的关系是噪声减半，需要增加约4倍的X线量。组织噪音：各种组织平均CT值的差异造成组织噪声，同一组织的CT值常在一定范围内变化，不同组织也可以具有同一CT值。第一节CT影像的质量控制影响噪声的因素有：（1）X线剂量。（2）探测器的性能。（3）重建算法。（4）层厚。（5）物体的线性衰减系数。克服噪音的方法是减薄扫描层面的厚度，提高CT值的测量精度。第一节CT影像的质量控制（三）伪影（artifact）伪影是指扫描或信息处理过程中，由于某一种或几种原因而出现人体本身不存在，致使图像质量下降的阴影。产生伪影的原因有：（1）扫描条件：患者移动（被检者自主或不自主的运动所致）、被检者部位有高密度结构或异物、装置震动、电压波动、室内温度及湿度、曝光条件过低或扫描部位较小却选择了过大的扫描视野、显示视野时，在图像的周边可能出现高密度的伪影。（2）设备因素：设备性能、设备出现故障或参数偏差、信息收集、图像重建第一节CT影像的质量控制（四）部分容积效应部分容积效应是在CT扫描过程中产生的。图像中的像素代表的是一个体积，即像素面积x体积。此体积内可能含有各种组织，因此每一像素的CT值实际代表的是单位体积各种组织CT值的平均数。图像上各象素的数值代表相应体素各组织CT值的平均数，有时它不能如实反映出真实的CT值，如在高密度组织中的低密度小病灶，其CT值偏高，而在低密度组织中的高密度小病灶，其CT值偏低。第一节CT影像的质量控制由于CT值的准确性受部分容积效应影响很大，所以在选择扫描层厚或病变较小而又骑跨于扫描切面之间时，所测得的CT值代表的组织密度可能实际上并不存在。克服部分容积效应，首先摆位要准确。对较小的病变要薄层扫描扫描层厚越薄，部分容积效应越小。（五）周围间隙现象（peripheralspacephenomenon）两种相邻但密度不同的组织，由于相互重叠造成的CT值不准确，这种现象称为周围间隙现象。高密度者其边缘CT值偏低，低密度者其边缘CT值偏高。第一节CT影像的质量控制二、扫描技术参数正确选择扫描技术参数①mA、s的选择②kV的选择③FOV的选择④层厚的选择:较小的病灶宜用薄层扫描⑤滤波函数的选择合理使用窗口技术第一节CT影像的质量控制1、剂量：X线剂量的大小是CT图像质量的保证。通常CT扫描机为大功率X线管。扫描时视不同部位选择不同的剂量。大部分CT机改变剂量常常通过改变毫安（mA）量（高、低）和扫描时间（长、短）来实现。选择剂量参数的原则：尽量减少病人接受X线剂量，必须保证病人图像质量。第一节CT影像的质量控制剂量的高低影响噪音的大小，而噪音的大小对图像质量有很大的影响。如果剂量太低，则噪音加大，图像质量下降。而增加X线剂量，则增加图像的信息量，降低了图像的噪音，从而提高图像质量（噪声减半，需要增加约4倍的X线量）。对于检查部位较厚或较精细的器官，为了提高图像质量，要适当选择高剂量扫描参数，或在该机器允许范围内长时间扫描，以提高图像的空间分辨率和密度分辨率。第一节CT影像的质量控制2、层厚层面厚度也是影响图像分辨率的一个重要因素。扫描层厚通常按需要观察病变的大小而定。为了看清病变细节，必须切层减薄，提高对小病变的检出率。减少因部分容积效应而引起对病变的不良显示。对于观察软组织且病变范围较大时，应选择层面较厚较为合适。对病变范围过大患者，则采用加大层厚和层间距的方法，对病变层面进行薄层扫描2-3层，帮助诊断定性第一节CT影像的质量控制3、观察野（FOV）：影像的观察野就是扫描时按部位大小选用的扫描野（SFOV）和显示野（DFPV）。通常两者大小接近，但有时可选用显示野（DFPV）大于扫描野（SFOV），这样可以使图像更清晰，突出检查病变的精细度，可用下列公式说明：当显示野大小不变时，矩阵越大，像素值越小，图像越清晰，图像的分辨率越高，但图像重建时间越长。在获得相同图像质量的前提下，矩阵大小不变，而改变显示野的范围，即减少显示野的范围大小也能获得小的像素值，提高影像的空间分辨率，且大大缩短影像的重建时间。（矩阵）（显示野范围）（像素）MATRXDFOVPixel第一节CT影像的质量控制4、过滤函数CT系统包括大量的数字软件过滤器，它可以在图像重建过程中使图像得到最佳显示，改变图像的空间分辨率和密度分辨率。根据观察不同组织的对比和诊断需要，选择不同的数字软件过滤器。其数学演算方法包括：标准数学演算、软组织数学演算、骨细节演算。第一节CT影像的质量控制三、影像放大技术扫描中常用的四种放大技术，均能显著改善成像效果，提高图像分辨率。四种放大技术包括：几何放大技术、变域图像放大技术、宏观图像放大技术、内插图像放大技术。几何放大技术：应用于采集数据阶段，即缩短X线管球/检测器组件与被捡物之间的距离。使得较小的被捡物在X线束的曝光下产生的信号，由相对较多的检测器收集。第一节CT影像的质量控制变域图像放大技术：应用于图像重建阶段，可将一个剖面的数据，通过变域放大仅对感兴趣区域部分重建放大，便于观察，使得较小区域的图像最大可用整个图像显示矩阵来表示。宏观图像放大技术：常用于扫描后对细微结构图像的再重建。内插图像放大技术：多用在感兴趣区域尺寸测量及CT值测定比较准确，对从定位片上决定扫描角度等方面有帮助。第一节CT影像的质量控制四、校准为了保证图像质量，提供正确的诊断信息，当图像出现伪影或发现水的CT值不等于0时，必须进行校准工作。校准方式：测量校准（CM）扫描校准(CS)扫描剖面校准(CP)第一节CT影像的质量控制测量校准（CM）：可以认为是一种简单的“工厂校准”，校准时必须盖上机盖，病人床置于末端，此项校准只扫描空气，主要用于消除伪影和校准CT值。扫描校准(CS)：主要用于校准CT值。用充满蒸馏水的水模扫描，使成像中各处的CT值等于0。每一组扫描参数都要做扫描校准(CS)，使空气的CT值等于-1000。（水CT值为0，空气CT值为-1000）第一节CT影像的质量控制扫描剖面校准(CP)主要用于消除环状伪影。如果伪影的产生于X线管球温度有关，应在下列温度范围上下作不同的CP校准：CP1：450kCP2:750kCP3:1000kCP4:1200kCP5:热过载后直接做第一节CT影像的质量控制扫描校准(CS)和扫描剖面校准(CP)需要根据参数不同选择不同大小的水模及是否需要加PVC（主要用于模拟颅骨）环扫描。全部参数校准需要作测量验证，保证水模成像中各处的CT值误差在限定范围之内。第一节CT影像的质量控制五、窗技术的运用窗技术包括窗宽、窗位的调节，它是调节显示图像的最重要的功能。为了提高窗口范围内组织密度的分辨率，必须正确运用窗宽窗位。将图像显示在一个肉眼所能分辨的灰度梯度的幅度以内，，这个幅度的上限和下限称为窗宽，其平均值即窗口的中心称为窗位。窗宽主要影响图像的对比度。窗宽大，图像层次多，但对比度差；窗宽小，图像层次少，但对比度好。如要提高两种密度差别不大的组织的分辨率，则需要采用小窗宽扫描。第一节CT影像的质量控制在荧光屏上从黑到白，人的肉眼只能分辨16个灰阶，窗宽越小，则每个灰阶中代表CT值的幅度小。如窗宽为80Hu，则每个灰阶含CT值范围为80Hu/16=5Hu，这意味着两种组织密度差异大于或等于5Hu值时，人肉眼就能分辨出来。窗位主要影响图像的亮度。窗位升高、图像变黑；窗位降低，图像变白。窗位的设置一般将所需要观察的组织器官的CT值作为窗位或窗中心（WL）。不同型号的CT机器，各部位的窗宽窗位设置虽然不完全一样，但在一定的范围内调节。第一节CT影像的质量控制窗宽决定对比度窗位决定亮度窗宽与对比度成反比（窗宽越大，对比度越差；反之窗宽越小，对比度越好）窗位与亮度成反比（窗位越大，图像亮度越小，图像越黑；反之窗位越小，图像亮度越大，图像越白）第二节CT扫描设备质量的检测CT扫描设备质量的检测，在NCRP（全国辐射防护委员会）的报告中，CT机质量控制包括19项。主要参数包括以下：低密度分辨率、空间分辨率、噪音、CT值均匀度。第三节扫描技术一、CT检查的工作程序1．划价、交费2．预约、登记3．交待准备工作：询问被检者是否做过不适宜立即行CT扫描的检查，如胃肠道钡检；增强扫描者是否有药物过敏史；是否做过相关的影像学检查。4．摆好扫描体位、扫