CT成像质量影响因素

作者：陈红

来源：《中国卫生产业》 2014年第4期

[摘要] 目的 探讨在应用于医学诊断的过程中，CT成像质量的影响因素以及影响的质量控制。方法 研究不同的CT图像的专有特征及其评价方法，并对照不同分析方法的特异性。结果 对CT成像的典型图像进行分析，发现影响CT成像质量的主要影响因素中，CT成像质量的主要评价指标有空间分辨率、噪声、低对比度分辨率与伪影；其主要影响因素包括X射线源、球管焦点的尺寸、扫描层厚、探测器孔径的大小和采样间距、重建算法。结论 CT成像质量直接关系到患者诊断的准确性，影响CT成像质量的因素比较多，主要分为机器因素和人为因素两大类。机器固有的性能无法改变的情况下要熟悉器械操作，最大程度避免机器因素造成的影响，充分发挥机器的优点，在此基础上避免人为因素造成的机器伪影和运动伪影，降低操作误差，并通过多种方法提高CT图像的质量，提高临床诊断率。

[关键词] CT；成像；重建；质量；影响因素

[中图分类号] R814.42 [文献标识码] A [文章编号] 1672-5654（2014）02（a）-0197-02

1972 年，世界上的第一台临床CT机进入到医疗诊断的领域中来[1]，随着科学技术和医疗技术的进步，CT检查技术也得以迅速发展。相较于常规意义上的X射线成像技术而言，CT成像的优势表现在：软组织分辨率较高、以及三维结构重叠这两个方面，因此当前多以CT成像技术作为医疗诊断领域中的基础性技术[2]。优质的CT图像要求可以如实反映人体组织的解剖结构，并为医务工作者提供丰富充足的诊断信息。因而，CT图像的质量对诊断的准确性具有重要价值。

多排螺旋CT技术及其诊断设备在医疗诊断领域中的应用使得成像扫描无论从范围、从速度、还是从质量上来说，均得到了显著的提升。而与此同时，PET（正电子发射型计算机断层显像）/CT、以及灌注CT技术的发展又为CT扫描成像技术带来了更新更广阔的应用前景[3]。但是，无论单排CT扫描成像系统还是多排CT扫描成像系统，抑或是最新的PET/CT技术，其成像质量均会受到许多复杂因素的影响

1 CT扫描成像系统的定义与工作原理

CT扫描的全称是电脑断层扫描，其是利用X摄像照射人体，根据人体不同组织器官对X射线的衰减作用不同形成的不同灰阶影像对比分布图，医务工作者可以通过病灶的形状、大小、位置等情况对患者进行病情诊断。

从整个系统功能看，CT扫描成像技术主要由四部分组成：光学、机电、电磁以及软件算法[4]。其工作原理是利用X射线对人体的组织器官进行扫描，然后通过探测器接收透过的X射线，并将其转化为可见光，再由光学信号转化为电信号，经模拟数字转化器将信号输入计算机中进行处理。计算机的图像处理单元对采集到的数字信号进行投影预处理以及滤波反投影，生成CT 切片图像。生成的图片可以在监视器上显示，还可以拍成片子进行观察。

2 CT成像质量的评价标准

CT机成像质量的主要评价指标有空间分辨率、噪声、低对比度分辨率与伪影[5]。

2.1 空间分辨率

空间分辨率与CT机的对比度有关系，它是用来区别空间相邻结构，说明成像系统的指标。 通常情况下，高对比度的空间分辨率使用调制传递函数来进行描述，其可以通过点扩散函数的而为傅立叶变换得到。CT成像系统的调制传递函数与被扫描物的大小与X射线量无关，与X射线焦点机检测器孔径大小、重建算法有关。

2.2 噪声

噪声特指CT影像中随机出现的亮度水平的波动[6]。噪声会在X射线光子的发射和在物体中的衰减过程中、检测其吸收转化的过程中出现，会限制系统的对比检测能力。信号噪声在被重建算法滤波之后会以影像噪声的形式出现在CT图像上。噪声标准差与管电压、层厚、X射线剂量及算法有关。

2.3 低对比度分辨率

对比度分辨率用以描述CT图像在确定对比度下系统分辨组织结构的能力，与影像噪声有直接关系。

2.4 伪影

伪影指的是CT影像上出现的非真实的图形，常见形状有环状、线状、云纹状或者局部不均匀。伪影发生的原因有很多，本文重点讨论技术缺陷造成的伪影，包括射束硬化效应、部分容积效应以及采样错误与CT重建理论造成的伪影。在进行系统设计时有两种途径可以减少伪影。①根据伪影产生的原理对其进行补偿，并建立校正表校正数据或着从硬件方面着手处理；②采用图像处理算法抑制或消除伪影[7]。

3 CT成像质量的影响因素

影响CT成像质量的因素包括机器因素和人为因素。机器固有的性能无法改变的情况下要熟悉器械操作，最大程度避免机器因素造成的影响，充分发挥机器的优点，在此基础上避免人为因素造成的机器伪影和运动伪影，降低操作误差，并通过多种方法提高CT图像的质量，提高临床诊断率。

通常情况下，不同的CT机在CT扫描成像过程中的薄弱环节不同。本文就最常见的环节及其影响进行分析。

3.1 X 射线源的影响

CT成像质量与量子起伏有关。在进行CT扫描的过程中，X射线源随机发射量子，通过信号转换，可以计算出单位面积的图像上量子的平均值，但无法确定准确数值。所以，要获得灰阶影像对比分布图的对比度的细小差别，需要更多的光子。

X 线通过人体组织器官后的光子数量多少与曝光条件有关。总体上，曝光条件越大，X 射线的光子就量越多。

3.2球管焦点的尺寸与探测器起孔径影响

X射线束从球管焦点发出到达探测器，其会根据CT机中探测器的数量不同被分解为独立的射线束，这样最终CT成像的空间分辨率就会有差别。同时，探测器的孔径也会对空间分辨率产生影响，在被检测的物体小于探测器孔径的情况下，物体无法被分辨。

3.3扫描的层厚以及采样间距的影响

在扫描过程中，扫描中心的射线束宽度决定空间分辨率的大小。光子数量的多少与扫描物的密度厚度及原子序数也有关系，层厚越薄，光子数量增多，空间分辨率就越高。CT扫描过程中以人体组织器官为对象，采集数据以三维信息为表现形式，但，在经过仪器处理后，最终呈现图像仍然表现为二维格式（仅以层厚作为三维信息的表现载体）。换句话来说，扫描过程中，三维信息伴随层厚的增加而增加[8]。

与此同时，从扫描后图像重建的角度上来说，为获取更加精确的重建信息，往往要求以空间分辨率为重要手段，而提高空间分辨率多是通过提高数据传输相对于数据读取间隔单位的方式实现。

另外，CT扫描图像的清晰度与矩阵中像素点的多少有密切的联系，像素的大小会决定显示分辨率的大小。但需要注意的是在不增加扫描的原始数据的情况下增加像素重建分辨率无法得到改善。比如对一个像素相对来说比较大的物体，其显示分辨率会岁像素增加而增强；而一个较小的物体，也许无法准确的重现。

3.4 重建算法的影响

空间分辨率受扫描后重建算法执行情况的影响。在CT扫描后对图像进行重建的过程当中，涉及到的重建算法包括两类：其一为基于两步骤重建的卷积算法；其二为基于两步骤重建的反投影算法。若卷积算法处理下未对数据进行校正即展开反投影运算，在一定程度上可能导致CT重建图像出现界面模糊的问题。

采用高通滤过加权卷积处理可以使反投影后的图像边缘清晰、锐利。

卷积算法决定了图像的清晰程度。卷积算法有三种：加权方法、标准、边缘增强和平滑算法，平滑或组织算法用于显示脊柱、肺结节、肾上腺、胰腺或其它软组织部位；边缘增强或骨算法常用于内耳、肺部或致密骨的高分辨率显示。

4 讨论

本文从整个扫描系统的角度对CT扫描成像的评价指标和成像质量的影响因素进行了探讨，发现所有的影响因素之间都存在着相互联系，且相互影响。所以在进行系统设计时要综合考虑各方面的因素。

CT成像质量直接关系到患者诊断的准确性，影响CT成像质量的因素比较多，主要分为机器因素和人为因素两大类。机器固有的性能无法改变的情况下要熟悉器械操作，最大程度避免机器因素造成的影响，充分发挥机器的优点，在此基础上避免人为因素造成的机器伪影和运动伪影，降低操作误差，并通过多种方法提高CT图像的质量，提高临床诊断率。

[参考文献]

[1] 钱云霞，杨向军，张卫国，等.64层螺旋CT对冠状动脉成像能力的评价[J].临床和实验医学杂志,2008,7(1):11-13.

[2] 赵勇，李品江.CT成像质量的评价与控制[J].云南大学学报（自然科学版）, 2000,22:65-67.

[3] 邵军明，徐晓东，孔军.CT成像质量影响因素综述[J].CT理论与应用研究,2006,15(3):61-67.

[4] 阎国栋，王茂，齐青才.多层螺旋CT图像的质量管理与质量控制[J].山西医药杂志, 2009,38（6）:506-507.

[5] 刘明娜，王谦，杨新，等.图像质量客观评价方法在 CT图像中的应用[J].生物医学工程学杂志,2011,28(2):358-365.

[6] 王学礼.CT 图像质量评价技术中若干问题的探讨[J].CT 理论与应用研究 ,2003,12（3）:46-52.

[7] 陈云富，隋广平，梁秀艳.PET/CT扫描图像质量影响因素解析[J].临床影像技术,2009,24(7):130-132.

[8] 张永萍.影响 C T 图像质量的若干因素[J].中国城乡企业卫生 ,2009,2(1):57-58.

（收稿日期：2013-12-15）