- 医用影像设备(CT/MR/DSA)成像原理与临床应用
- 石明国主编
- 2504字
- 2021-12-10 18:06:52
第三节 影响CT图像质量的因素
一、X射 线 源
CT的检查X线的产生和成像质量受到量子起伏的影响。
X射线发射量子的过程是随机性的,我们可以给出图像中单位面积上量子的平均值,而不能给出准确的数值,这就是量子的自然起伏。
要获得对比度细微的差别,原则上应使初级的接收获得尽可能多的光子,而可观察的最小对比度则直接依赖于光子数量的多少。
二、几 何 因 素
几何因素也是影响图像质量的一个重要方面。
它们包括焦点的尺寸、探测器孔径的大小、扫描层厚和采样间距等。
从X线管焦点发出的X射线束到达探测器,根据探测器的数量多少被分解成相对独立的射线束,因而空间分辨力的大小不仅与X线管焦点有关,还与探测器的孔径大小有关。
当被检物体小于探测器孔径大小时,该物体不能被分辨。
在扫描野中心射线束的宽度,又被称为有效射线束宽度(Web),其决定了空间分辨力的大小。而有效射线束宽度(Web)则与五个系统参数密切相关,它们是:焦点尺寸、探测器孔径、一次投影射线束通过的路径、焦点至探测器的距离和焦外辐射至探测器距离的比值。
采样频率是指数据传送和读取的间隔,一般,采样频率越高空间分辨力越高图像的重建也越精确。
CT机的矩阵大小基本上使用512×512,个别特殊目的的CT机有256×256(如CT透视专用CT机)、和1024×1024(如某些型号CT)。图像的清晰度受矩阵中的像素点多少的影响,因而像素的大小决定了显示分辨力。但是,增加像素并不增加扫描的原始数据,重建分辨力也不改善。一个相对像素来说较大的物体,可由增加像素而有所增强;相反如一个较小的物体,则可能无法准确地重现。
扫描层厚也影响空间分辨力,如果被扫描的物体为4mm,采用10mm层厚扫描,那么该4mm的物体被分散在10mm的层厚中显示,CT值的测量也会不准确,而扫描层厚改为5mm,图像会更清晰,空间分辨力就会提高。
三、重 建 算 法
重建算法也影响图像的空间分辨力。
在图像的重建过程中,涉及两步重建算法卷积和反投影,如果未经校正即行反投影,有可能使成像模糊。
为使图像的边缘锐利,需采用高通滤过加权卷积处理,使反投影后的图像边缘锐利、清晰。
根据卷积的不同算法,有三种常用的加权方法,标准、边缘增强和平滑算法,卷积算法或称卷积核决定了图像的清晰程度。
通常由计算机程序设定的卷积算法常与解剖部位相关,平滑或软组织算法常用于显示脊柱、胰腺、肾上腺、肺结节或其他软组织部位;边缘增强或骨算法常用于内耳、致密骨或肺部的高分辨力显示。
四、影响空间分辨力的因素
CT机的固有分辨力主要取决于探测器孔径的宽度,其次有X线管焦点的尺寸、患者与探测器的相对位置等。
CT尽管采集的是三维信息,但最终的图像显示仍是二维的,它包含的第三维实际上便是层厚。若层厚增加,则第三维的信息也增加,在图像中其像素显示的不过是体素所含全部组织的平均值而已。对于既含骨骼又含肌肉软组织的体素而言,其CT值不过是所有组织的平均值,具体的数值取决于各组织所占的比例。
(一)射线束的宽度
射线束的宽度对空间分辨力有着举足轻重的影响。
射线束的宽度大小受X线管焦点大小的影响,焦点越大射线束宽度越大;
其次与焦点-物体和物体-探测器距离有关,该距离越大射线束宽度越大,较宽的射线束,其扫描成像结果的图像相对较模糊;
第三是探测器的孔径大小也与有效射线束宽度相关。即某已知大小的射线束,通过被检查者到达探测器,根据探测器的孔径大小被分解成相对独立的射线束,相对探测器而言,射线束的宽度受探测器孔径大小的影响。
(二)扫描层厚
一般认为,层厚越薄空间分辨力越高,密度分辨力越低;反之,层厚越厚空间分辨力越低,密度分辨力越高。
改变层厚对于空间分辨力和密度分辨力的影响是一对矛盾,因为增加层厚,在扫描条件不变的情况下,X线的光通量增加,探测器接收到的光子数增加,结果改善了密度分辨力。
(三)滤波函数
改变图像的滤波函数(或重建算法)可影响空间分辨力。如采用高分辨力的算法,其分辨力高于标准和软组织算法,但同时噪声也增加。一般改变算法提高分辨力受机器本身的固有分辨力限制,并不能超过机器本身的固有分辨力。
(四)重建矩阵和显示矩阵
一般而言,矩阵越大图像的分辨力越高,但并不是矩阵越大图像的质量越好,这是因为矩阵增大像素减小,同时每个像素所得的光子数减少,使像素噪声增加,并且使密度分辨力降低。
五、影响密度分辨力的因素
密度分辨力取决于X射线束的能量分布。
(一)光通量
光通量即X线通过患者后的光子数量,其数量的多少受曝光条件的影响,即kVp,mA和时间。
总体说,曝光条件越大,X线的光子数量越多,其中mA和时间增加X线光子的数量,kVp增加物体的对比度。其次也受被扫描物体的厚度、密度和原子序数的影响。
(二)扫描层厚
增加层厚光子数增加,密度分辨力提高;反之则降低。
(三)重建算法
重建算法也可影响CT的密度分辨力。如将高分辨力重建算法改为软组织平滑的算法,则可减少噪声,使图像的密度分辨力提高。
六、影响噪声的因素
(一)光子的数量
光子数量的多少主要由毫安秒决定。
光子的数量通常还受X线管电压(kV)的影响,相对高的电压可降低噪声,反之则噪声增加。一般,X线管电压较高,可使骨和对比剂的CT值有所降低,并且软组织显示的对比度也降低。但是,因电压增加降低了噪声,也能改善密度分辨力使图像细节显示更清楚。
(二)物体的大小
比像素噪声更为重要的是通过物体后剂量的衰减。
在与人体组织相仿的水中,每增加3.6cm水的厚度,射线衰减约50%,即在实际扫描中患者体厚每增加4cm,射线量可有50%的衰减。因而只要诊断上许可,应尽可能采用高的扫描条件和较厚的扫描层厚。
(三)扫描的层厚
扫描层厚的大小可影响噪声的量以及图像的空间分辨力。
这是一对相互制约的因素,即增加扫描层厚,降低噪声,但空间分辨力亦相应下降;减小层厚,空间分辨力上升但噪声也增加。层厚的大小直接决定了光子的数量。
(四)滤波函数
采用不同的算法可同时影响噪声和分辨力,这两方面也是相互制约的。
采用边缘增强的算法,如高分辨力算法,可使分辨力增加但也使噪声增加;相反,采用平滑的算法,如软组织算法,使噪声降低但分辨力也降低。在临床应用中,各个解剖部位都有相应的高、中、低不同的算法。
其他还有一些因素也可影响噪声的大小,它们是矩阵的大小、散射线和电子噪声(探测器噪声)。