CT图像伪影成因分析

1.1.伪影伪影(artifact)又称伪像又称伪像(false image),它是指在重建它是指在重建图像过程中，所有不同类型的图像干扰和各种其它非随机干图像过程中，所有不同类型的图像干扰和各种其它非随机干扰在图像上的表现，它对应的是受检体中根本不存在的组织扰在图像上的表现，它对应的是受检体中根本不存在的组织或病灶的影像。或病灶的影像。2.2.导致图像伪影的因素主要有两类导致图像伪影的因素主要有两类:（1 1）被扫描物属性：）被扫描物属性：运动伪影运动伪影、金属伪影等；金属伪影等；（2 2）成像原理和技术）成像原理和技术：锥形伪影、射束硬化伪影和部分容锥形伪影、射束硬化伪影和部分容积伪影等。积伪影等。一一、概述概述 1 研究研究CT图像伪影的目的及意义图像伪影的目的及意义 2 研究研究CT图像伪影的一般方法图像伪影的一般方法二、二、CT图像伪影的临床影响图像伪影的临床影响三、三、CT图像伪影的分析与矫正图像伪影的分析与矫正 1 CT图像常见伪影成因及解决方法图像常见伪影成因及解决方法 2 CT机罕见伪影的图像表现与检修机罕见伪影的图像表现与检修 四四、总结、总结 （1）有助于对真实图像的更深刻的认识；）有助于对真实图像的更深刻的认识；（2）有助于设备运行在最佳状态和受检体体位的调整；）有助于设备运行在最佳状态和受检体体位的调整；（3）有助于对成像设备软、硬件设计的进一步完善。）有助于对成像设备软、硬件设计的进一步完善。2.2.研究研究CTCT图像伪影的一般方法图像伪影的一般方法 （1）识别各种）识别各种CT图像伪影，判断伪影类型；图像伪影，判断伪影类型；（2）根据伪影类型，具体全面分析其形成原因；）根据伪影类型，具体全面分析其形成原因；（3）根据不同伪影形成的原因，采取相应的有效矫正措）根据不同伪影形成的原因，采取相应的有效矫正措施，抑制或消除伪影。施，抑制或消除伪影。伪影在图像上表现的形状各异，对做出准确的图像伪影在图像上表现的形状各异，对做出准确的图像诊断影响很大，它可能引起误诊，甚至导致医疗事故。诊断影响很大，它可能引起误诊，甚至导致医疗事故。伪影因其对临床诊断的直接影响以及表现形式与原因多伪影因其对临床诊断的直接影响以及表现形式与原因多样化，目前是样化，目前是CT成像研究的一个重点。成像研究的一个重点。1 1被扫描物引起的图像伪影被扫描物引起的图像伪影 （1）运动伪影）运动伪影 A原因：原因：点头运动、吞咽动作、呼吸运动、心跳和胃肠蠕动点头运动、吞咽动作、呼吸运动、心跳和胃肠蠕动 B最常见的图像表现最常见的图像表现：移动条状伪影和低密度阴影移动条状伪影和低密度阴影 C解决方法解决方法：在屏气状态下（胸腹扫描），固定体位；在屏气状态下（胸腹扫描），固定体位；修正图像重建算法；修正图像重建算法；提高扫描速度，缩短扫描时间，是最直接、有效的方法。提高扫描速度，缩短扫描时间，是最直接、有效的方法。通过球管扫描的开始位置与运动的方向对齐通过球管扫描的开始位置与运动的方向对齐,来最小化运来最小化运动伪影动伪影;通过利用超过通过利用超过2的投影数据抑制运动伪影的投影数据抑制运动伪影;应用特殊的重建技术应用特殊的重建技术MCA(Motion Artifact Correction Algorthm,运动伪影校正算法运动伪影校正算法),运动伪影校正前后图像对比如下图运动伪影校正前后图像对比如下图所示：所示：（2）金属伪影）金属伪影A基本原因：基本原因：X射线被高密度物质如牙齿填充物、手射线被高密度物质如牙齿填充物、手术夹和电极等作用后急剧衰减术夹和电极等作用后急剧衰减,导致对应的投影数据失真导致对应的投影数据失真,丧失丧失了周围的密度组织的了周围的密度组织的X射线衰减信息所致。射线衰减信息所致。B主要图像表现：主要图像表现：大投影数据引起的从金属区域发大投影数据引起的从金属区域发出的条状伪影出的条状伪影,如下图所示：如下图所示：抑制方法：抑制方法：薄层扫描抑制部分容积效应；薄层扫描抑制部分容积效应；选择更高选择更高kVp值有助于减少射束硬化影响；值有助于减少射束硬化影响；选择合适的层面方向选择合适的层面方向,使得扫描平面内尽可能不包括金属使得扫描平面内尽可能不包括金属植入物；植入物；软件校正方案，常采用对引起伪影的投影值进行合成投软件校正方案，常采用对引起伪影的投影值进行合成投影插值影插值,原理下图所示：原理下图所示：2.成像原理和技术引起的图像伪影成像原理和技术引起的图像伪影 （1）锥形伪影）锥形伪影 A原因：原因：与螺距和层厚等扫描参数的不同设置有关，插与螺距和层厚等扫描参数的不同设置有关，插值是导致此伪影的根本原因；值是导致此伪影的根本原因；B伪影表现：伪影表现：为典型的规则形状为典型的规则形状,可以用锥形来模拟可以用锥形来模拟,所所以称之为锥形伪影。如脑部图像中颅骨边缘的阶梯状阴影以称之为锥形伪影。如脑部图像中颅骨边缘的阶梯状阴影,如如下图所示：下图所示：C解决方法：解决方法：把目标置于等中心可降低锥形伪影；把目标置于等中心可降低锥形伪影；在扫描效率和抑制伪影两方面需选择合理的折中方案在扫描效率和抑制伪影两方面需选择合理的折中方案,尤其是表明覆盖范围较大时要考虑球管的热容。尤其是表明覆盖范围较大时要考虑球管的热容。在抑制伪影方面，扫描前应根据具体临床要求合理选在抑制伪影方面，扫描前应根据具体临床要求合理选择扫描参数。择扫描参数。（2）射束硬化伪影）射束硬化伪影 A原因：原因：不同能量的不同能量的X射线在人体内的吸收系数不同，射线在人体内的吸收系数不同，连续能谱的连续能谱的X射线经过人体后射线经过人体后,低能量射线易被吸收低能量射线易被吸收,高能量射线高能量射线较易穿过较易穿过,在射线传播过程中在射线传播过程中,平均能量会变高平均能量会变高,射线逐渐变硬射线逐渐变硬,称称之为射束硬化效应。之为射束硬化效应。B通常产生伪影通常产生伪影:致密物体之间的暗区或条状伪影致密物体之间的暗区或条状伪影 骨骨脑界面脑界面,产生一个模糊杯状影产生一个模糊杯状影 (a)条状伪影条状伪影 （b）杯状伪影）杯状伪影 C解决方法：解决方法：可通过可通过X射线过滤器过滤射线过滤器过滤,吸收低能射线，减少硬化效应。吸收低能射线，减少硬化效应。利用射束硬化补偿、校正技术，提高重建图像利用射束硬化补偿、校正技术，提高重建图像CT值的精值的精度，减少伪影，但不能完全消除。度，减少伪影，但不能完全消除。对颅底伪影可以采用薄层扫描以减少伪影。对颅底伪影可以采用薄层扫描以减少伪影。（3）部分容积伪影）部分容积伪影(Partial volume)A原因：原因：在同一扫描层面内含有在同一扫描层面内含有2种以上不同密度的组织种以上不同密度的组织结构而又相重叠时，对应的重建图像的结构而又相重叠时，对应的重建图像的CT值取其均值，而所得值取其均值，而所得的的CT值不能如实反映其中任何一种物质的值不能如实反映其中任何一种物质的CT值，这种现象即值，这种现象即为部分容积效应为部分容积效应。B图像表现：图像表现：常为带状和条状伪影，在脑部表现明显，常为带状和条状伪影，在脑部表现明显，以后颅窝的情况最为严重，如下图所示：以后颅窝的情况最为严重，如下图所示：C解决方法：解决方法：采用薄层扫描是克服部分容积伪影的最有效和最直接的方采用薄层扫描是克服部分容积伪影的最有效和最直接的方法。法。CT发展的趋势之一就是薄层，这对于提高纵向分辨力发展的趋势之一就是薄层，这对于提高纵向分辨力是至关重要的。是至关重要的。根据相邻重叠的图像信息根据相邻重叠的图像信息,用软件校正的方法减少部分容积用软件校正的方法减少部分容积效应。效应。在图像处理中，采用滤波算法也能达到一定效果。在图像处理中，采用滤波算法也能达到一定效果。（4）光子不足伪影）光子不足伪影(Photon starvation)A原因：原因：穿过病人到达探测器的光子不足，投影噪声迅穿过病人到达探测器的光子不足，投影噪声迅速增大。滤波后噪声被进一步放大，反投影过程将这些采样映速增大。滤波后噪声被进一步放大，反投影过程将这些采样映射为图像中亮或暗的直线，形成严重的条纹伪影。如下图所示：射为图像中亮或暗的直线，形成严重的条纹伪影。如下图所示：B解决方法：解决方法：注意病人摆位、优化扫描参数等；注意病人摆位、优化扫描参数等；当伪影主要由当伪影主要由CT机局限性引起时，就必须采用抑制伪机局限性引起时，就必须采用抑制伪影技术，如使用管电流调制影技术，如使用管电流调制(mA modulation)技术和自适技术和自适应滤波法应滤波法(adaptive fitration)。（5）欠采样伪影）欠采样伪影(Photon starvation)A原因：原因：原始数据的采样频率必须等于或大于被采样信号最高频率原始数据的采样频率必须等于或大于被采样信号最高频率的的2倍。倍。CT采样中，当径向和角度采样间距明显大于像素尺采样中，当径向和角度采样间距明显大于像素尺寸时，称之为寸时，称之为(该方向该方向)欠采样。采样间隔过大会使边缘锐利和欠采样。采样间隔过大会使边缘锐利和小物体采样信息反投影重合不良小物体采样信息反投影重合不良,产生细条状混叠产生细条状混叠(aliasing)伪影。如下图所示：伪影。如下图所示：B解决方法：解决方法：是通过测量系统探测器偏移是通过测量系统探测器偏移1/4,使采样频率提高两倍。使采样频率提高两倍。是采用非焦点技术，探测器偏移是采用非焦点技术，探测器偏移1/4和非焦点技术的组合，和非焦点技术的组合，使使CT扫描机机架每旋转一圈，大约采集扫描机机架每旋转一圈，大约采集1000次投影，进一步次投影，进一步提高众诸多因素限制，可以进一步消除混叠。提高众诸多因素限制，可以进一步消除混叠。（6）不完全投影）不完全投影(Inadequatescan field)A原因：原因：投影被截断，在靠近截断的区域产生亮的阴影伪影。投影被截断，在靠近截断的区域产生亮的阴影伪影。在测量以外区域有对比度不连续的物体，就会产生条状伪在测量以外区域有对比度不连续的物体，就会产生条状伪影影。（a）投影截断）投影截断 （b）条状伪影）条状伪影 B解决方法：解决方法：预防，即把病人定位在在扫描野预防，即把病人定位在在扫描野(FOV)中心。中心。校正，这种方法适用于被测物体横断面超过了扫描机的校正，这种方法适用于被测物体横断面超过了扫描机的FOV极限极限。（7）环状和带状伪影）环状和带状伪影(Detector sensitivity)A原因：为通道数据差异原因：为通道数据差异,原理如下图所示：原理如下图所示：B图像表现：图像表现：(a)带状伪影带状伪影 (b)环状伪影环状伪影 (c)条状伪影条状伪影 C解决方法：解决方法：完善数据采集和测量系统。完善数据采集和测量系统。在图像后处理中，去除残余环形伪影和带形伪影。在图像后处理中，去除残余环形伪影和带形伪影。(1)波纹状伪影波纹状伪影A图像表现图像表现 B伪影原因（按相关程序排序）伪影原因（按相关程序排序）1）高压逆变器）高压逆变器;2）X线球管问题，特别是靶振动；线球管问题，特别是靶振动；3）机架机械振动；）机架机械振动；4）KV不稳定，有纹波；不稳定，有纹波；5）探测器偏置电压纹波。）探测器偏置电压纹波。C检修流程检修流程 1）作静态和轴位旋转扫描：）作静态和轴位旋转扫描：若静态扫描数据正常，则怀疑是机架机械振动；若静态扫描数据正常，则怀疑是机架机械振动；若静态扫描数据不正常，测量探测器若静态扫描数据不正常，测量探测器+1000VDC，若不正常，替换探测器偏置电源；若不正常，替换探测器偏置电源；2）若探测器偏置电压正常，检查伪影图像的扫描参数，如扫）若探测器偏置电压正常，检查伪影图像的扫描参数，如扫描时间、描时间、kV、mA等。等。(2)颗粒状噪声伪影颗粒状噪声伪影A图像表现图像表现 B伪影原因（按相关程度排序）伪影原因（按相关程度排序）1）氙气探测器低气压；）氙气探测器低气压；2）X线球管旋转阳极振动；线球管旋转阳极振动；3）扫描技术条件不正确；）扫描技术条件不正确；4）X线球管内部打火；线球管内部打火；C检修流程检修流程 1）查找故障信息中是否有）查找故障信息中是否有Warm Up Error REF错误提示；错误提示；2）检查探测器气压表，若低，则怀疑探测器问题。）检查探测器气压表，若低，则怀疑探测器问题。除以上两种伪影外，还有以下几种伪影：除以上两种伪影外，还有以下几种伪影：(a)图像分裂伪影图像分裂伪影 (b)图像旋转伪影图像旋转伪影 (c)偏移量伪影偏移量伪影 减少伪影的措施：减少伪影的措施：根据伪影产生原理对其补偿或采取相应硬件措施；根据伪影产生原理对其补偿或采取相应硬件措施；采用图像处理算法抑制或消除伪影。采用图像处理算法抑制或消除伪影。