多层螺旋CT图像伪影的分析

　　　　　　 作者：周泽俊 胡永胜 高斌 巢惠民

【摘要】 目的 探讨多层螺旋CT图像伪影对图像质量的影响。 方法 系统详细地分析伪影形成和特点，提高对CT图像伪影的认识。 结果 多层螺旋CT图像伪影大多数是可以认识的，即便少数难以避免，也多能正确识别。 结论 正确认识伪影并加以消除，有利于提高图像质量，提高影像诊断准确性

【关键词】 体层摄影术；伪影

　　伪影是指出现在CT图像上的各种非真实的阴影或干扰，可造成病变的不可诊，甚至造成病变的漏诊、误诊。换言之，CT伪影是指CT扫描或信息处理过程中产生的不属于机体正常信息的某些图像阴影。完美的CT图像应该是不应扭曲任何被检物断面的任何几何特征。不论CT机的制造如何的精良，维护保养和校准多么的完善，CT图像的伪影都是难以避免的。总体上CT图像伪影可分为两大类：扫描采集过程产生的伪影和CT机本身系统有关的伪影。伪影的形状多种多样，有同心圆形和非同心圆形、直线形、栅格状、阶梯状、放射状、星芒状和不规则形等等。伪影一旦形成，不可避免的影响放射诊断医师对病变性质的正确判断。

　　1.扫描采集过程产生的伪影 包括有患者的移动，闭气不完全或不够均匀，造影剂，机体携带金属等高致密物体，扫描区域或扫描床上的异物等均可导致CT图像上出现各种伪影。

　　1.1运动伪影 尽管螺旋CT扫描时间明显缩短，但运动伪影还是存在的，对图像造成的影响不可忽视。在CT扫描数据采集过程中，若病人的移动会导致被测物发生移位，将导致投影数据不一致而产生伪影。生理运动伪影包括自主运动和非自主运动伪影。前者主要指呼吸运动和吞咽运动；后者指心跳和胃肠蠕动。无论病人何种生理运动(如吞咽动作、呼吸运动、心脏跳动等等)，均可产生亮暗交错的伪影。造影剂的不当使用也会导致伪影，如上腔静脉造影剂伪影的产生，一方面与造影剂注射的速率有关，另一方面与机器扫描时，造影剂在血管内是否流动有关，即所谓的层流伪影(图1)。对病人吞咽动作、呼吸运动所产生的伪影，可通过扫描前进行提醒和呼吸训练尽量降低乃至消除这方面的影响，提高图像的质量。但是对于小儿、体弱患者，要求屏气并不现实，CT图像运动伪影难以避免。胃肠器官自身蠕动和心脏跳动所产生的运动伪影是不受病人控制的，对于这部分运动伪影而言，最好的策略就是提高扫描速度，但难以完全消除，另外某些情况下应用一个特殊的重建技术－运动伪影的校正(motion artifact correction MAC)算法［1］，可以明显降低或消除运动伪影，得到清晰的CT图像，获得满意的诊断效果。

　　1.2金属伪影 人体内外的一些高密度金属物质可引起伪影，多呈放射状或条索状影(图2)，且发自高密度的金属物质。体内金属主要经手术植入所致，如牙齿填充物、手术夹和金属丝线、电极等等；体外金属主要为病人及衣服所携带或遗留在扫描床上，如硬币、发夹、项链、含金属成分的胸罩等等。金属伪影的产生原理是X射线穿过高密度的金属物质后急剧衰减，导致对应的投影数据失真，丧失了周围组织X射线衰减信息。对于体外金属所产生的伪影，最佳办法是向病人解释清楚，取得病人合作去除身上或衣服上金属，同时检查前仔细检查扫描床有无金属异物，这类金属伪影基本可以避免。对于体内金属所产生的伪影，减轻其影响的办法是，薄层扫描抑制其部分容积效应，选择较高千伏值减低其射线硬化影响，另外还可根据金属植入物的位置，选择合适的扫描层面方向，使得扫描平面内尽可能不包括金属植入物。金属伪影的校正软件亦可减少抑制其伪影的影响，采用对引起伪影的投影值进行合成投影插值，克服围绕金属附近区域中的伪影相当有效。

　　2.CT机本身系统有关的伪影

　　包括有部分容积效应，射线束硬化，取样频率等机器固有因素参数都会导致不同类型的特殊伪影。

　　2.1部分容积效应伪影 作用于被扫描物的X射线在纵轴方向有一定的厚度，即层厚。同一扫描层厚平面内含有两种以上不同密度而又相互重叠时，则所得的CT值不能如实反映其中任何一种物质的CT值，这种现象即为部分容积效应，表现为带状和条状伪影［2］。这类伪影多出现在两种密度相差较大的器官和组织交界处，后窝颅是这种伪影表现最严重的地方(图3)，主要表现为条状明暗相间的伪影。通常采用减少探测器单元的面积和增加探测器数量来减少部分容积效应对图像的影响，但是探测器单元面积的大小不可能无止境的减少，否则会影响到X射线的使用效率，降低信噪比。因此实际工作中克服部分容积效应伪影最有效的办法，就是采用薄层扫描。如果薄层扫描使得噪声增加过多，那么可将几个薄层相加产生一个较厚的层面，其结果既能降低噪声而又不会产生部分容积效应伪影。此外，图像处理中采用滤波算法也能达到一定效果。

　　2.2射线束硬化伪影 CT球管产生的X射线不是单能的，其能谱有一定的范围。穿过被扫描人体的过程中，低能射线最易被吸收，而高能射线较易穿过，吸收系数随X线能量的增大而减少。在X射线穿过人体过程中，平均能量会渐渐变高，射线束会逐渐变硬，这称为射线束硬化效应。硬化效应的伪影主要表现为致密物体之间的暗区或条状伪影。常见的位置是在颅底岩骨之间的条带状伪影(图4)。解决这种伪影的办法是采用补偿滤线器或改变重建算法参数设置来使这些伪影影响减少，但并不能完全消除。对颅底伪影可以采用薄层扫描以减少伪影。

　　2.3 设备障碍伪影 大多数表现为以重建中心为圆心环状伪影，是设备引起的伪影中最多见的一种。这种伪影多由检测器性能欠一致以及数据采集系统故障所引起［3］。产生原因是设备长时间运行后，由于温飘等的影响，各通道的探测器以及积分放大器性能出现差异。这种差异在扫描时被带入原始数据中，经360°扫描，在图像上就形成了环状伪影。CT机器中，这种差异性可用一事先确定的校正表进行校正，所以每天一次的空气校正是必要的。消除环状伪影可采用如下措施:(1)重做空气校正；(2)选用均衡重建。均衡处理对防止或消除轻微的环状伪影有效；(3)交换数据采集系统中的A/D转换板；(4)如某一通道异常，可应用软件关闭该通道，用邻近通道值来替代；如某一积分板损坏，把它换到最边上的插槽。

　　2.4 阶梯状伪影 由于螺旋CT特殊的扫描方式，采集的数据不是同一平面的投影数据，需要采用插值算法重组数据重建图像。当螺旋CT在扫描纵轴方向上具有一定倾斜度的物体时，获得的扫描数据在纵轴方向上不连续，经过插值算法重建后，图像边缘出现阶梯状伪影。在多平面重建和3D成像中表现为斑马样条纹。阶梯状伪影的大小与扫描参数、重建间隔密切有关。梯状伪影的大小不仅随层厚的增加而增大，也随螺距增大而增大。采用薄层或小螺距扫描时，伪影明显减少。另外，阶梯状伪影的大小也与扫描物体的位置有关，当扫描物体的中心轴与机架的旋转轴中心重合时，两边的伪影对称且较小。

　　总之，多层螺旋CT广泛应用于临床，提高了扫描速度和图像的分辨力，但扫描过程和机器本身所带来了的伪影，应引起足够的重视。CT图像伪影的原因繁多，甚至还有伪影由多种原因所致。本文就常见伪影的成因进行了分析，以达到帮助影像技术人员识别各种CT图像伪影，采取有效的方法抑制或消除伪影，提高CT图像的质量，进而有利于对病变作出正确诊断。

参考文献