第三节 CT图像特点和影响图像质量的因素
一、CT图像特点
与普通X线摄影图像相比，CT图像主要有以下几个方面的特点：CT获得真正的断面图像，层厚准确，图像清晰，密度分辨力高，无层面外结构的干扰，并可进行多平面重组等后处理。同时CT值是通过物质的X线衰减值计算的，因此图像可做定量分析。但CT图像的极限空间分辨力仍不如普通X线摄影。
二、影响CT图像质量的因素
图像质量直接关系到检查是否能够提供准确的诊断信息。例如，肺部低剂量CT检查时，图像噪声很大，但应用于肺部本身具有高对比度的肺部结节的观察时，仍符合诊断要求。因此，图像质量的评价需要在具体临床需求下进行。
图像质量客观评价有助于将一个成像系统与另一个成像系统进行比较，或者是同一系统不同时间的比较。客观评价法可以评价一个系统可靠检测和准确描述微小差异的程度。图像质量主观评价是要看它是否符合临床需求，一般由有资质的诊断医生对数个图像细节进行评分。
许多因素会影响CT图像对实际物体扫描的真实表达。为了评估图像对真实解剖学的影响，图像质量两个主要客观指标是空间分辨力和密度分辨力。空间分辨力（spatial resolution）又称为高对比度分辨力（high contrast resolution），是在高对比度情况下（DCT > 100HU）区分相邻最小物体的能力。密度分辨力是表征系统区分具有相似密度物体的能力，又称低对比度分辨力。
1.空间分辨力
空间分辨力常用的测量方法有线对模体图像测量法、分辨成排圆孔法和调制传递函数（modulation transfer function，MTF）测量法。
CT成像系统的空间分辨力依赖于原始数据的质量和图像重建的算法。影响原始数据的参数主要是CT成像的几何因素：矩阵大小、DFOV、SFOV、像素尺寸、探测器尺寸、图像层厚、图像重建增量、球管焦点尺寸、螺距因子和被扫描体运动情况等。
矩阵尺寸和DFOV决定像素尺寸。像素尺寸是图像空间分辨力的重要影响因素。其中运算关系为：
像素尺寸= DFOV/矩阵大小
在CT扫描过程中，矩阵大小一般很少改变。改变DFOV将决定使用多少原始数据来重建图像，DFOV的选择直接影响到产生图像的空间分辨力。常用的靶扫描就是使用小DFOV的技术提高解剖细节的观察（图2-1）。当然DFOV也不能无限缩小，因为CT系统本身有极限的分辨力，一般由探测器的最小尺寸决定。
层厚也是影响图像空间分辨力的因素。一般来说，薄的层厚能产生较锐利的图像，厚的图像产生较平滑的图像。在CT高分辨扫描中，其应用的就是薄层扫描加高分辨算法再使用特定的窗口技术。常见扫描部位有颞骨高分辨扫描和肺高分辨扫描等（图2-2）。
图2-1 不同DFOV重建
图2-2 肺高分辨和常规扫描图像
在多排螺旋CT中，可以在三维上产生近乎各向同性的薄层图像，加上重叠重建，可以最大限度地保持图像的空间分辨力，同时为图像的三维重建提供好的图像基础。
球管焦点尺寸也是影响空间分辨力的因素，小焦点产生图像空间分辨力要优于大焦点。在进行扫描条件选择时，要注意设定的管电流大小对大小焦点的调节，一般低mA优先自动选择小焦点，但焦点对空间分辨力的影响相对很小。
螺距是螺旋扫描过程中影响空间分辨力的一个重要因素。一般来说，增加螺距会降低图像的空间分辨力。高分辨扫描要求严格的扫描方式，比如颞骨等，对螺距的要求比较严格，要求用较小的螺距（如0.5）以保留更多的空间信息，同时用重叠重建增加信息，用于多平面重组处理中提高其他断面的空间分辨力。
图像重建算法主要是指图像重建过程中采用的不同滤波函数，如平滑算法、锐利算法等，改变图像的滤波函数可影响空间分辨力。采用高分辨力的算法，空间分辨力提高，但同时噪声也增加（图2-3）。
图2-3 鼻骨不同重建算法
被扫描体运动会造成CT图像模糊，降低空间分辨力。因此，缩短扫描时间可能有助于提高空间分辨力，减少患者运动和非自主运动（如心脏）的影响。在急诊容易躁动的患者扫描中，尽量采用尽可能快的旋转时间和大螺距进行扫描，有利于把握最佳扫描时机，最大限度降低患者运动造成的空间分辨力下降。心脏等非自主运动器官扫描时，需要对扫描模式进行调整，如采用心电门控在心脏相对静止时进行数据采集或重建，用尽可能快的旋转时间和多扇区重建或者采用双球管双探测器同时扫描等措施。另外，目前有CT制造商运用特殊的运动伪影软件校正算法如冠脉追踪冻结技术（snapshot freeze，SSF）对扫描欠佳的冠脉计算机体层血管成像（CT angiography，CTA）图像进行运动伪影校正（图2-4）。
图2-4 某公司SSF技术
2.密度分辨力
密度分辨力（density resolution）又称低对比度分辨力（low contrast resolution），是图像质量评价另一个主要指标。
CT密度分辨力优于常规X线摄影，普遍认为在屏-片系统的图像上要观察到一个物体，该物体与背景材料相比至少要有5%的对比度差异，而CT有很好的低对比分辨能力，可以区分物体与背景0.5%的对比度差异。在CT中，物体之间的对比差异通常以线性衰减系数百分比来表示，1%的对比差异大概相差10HU。
密度分辨力常以百分单位毫米数表示（%/mm），或以毫米百分单位表示（mm/%）。通常CT机密度分辨范围为0.25%～0.5%/（1.5～3mm），大多数CT机在头颅扫描时能分辨0.5%/2mm的密度差。
密度分辨力主要受X线光子的数量（管电流）、扫描层厚、物体的大小（患者的体型）、探测器的敏感性、像素噪声、重建算法、物体的对比度和系统调制传递函数的影响，其中像素噪声是一个最主要的影响因素。
像素噪声定义为匀质水模在限定范围内CT值的标准差。该标准差常被用来评价噪声水平，标准差越小，噪声水平越低，密度分辨力越好。
以下因素主要通过影响图像的噪声而影响图像密度分辨力。
（1）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。总体而言，曝光条件越高，产生的X线光子数量越多。其中mA和时间的主要作用是增加X线光子的数量，kVp的主要作用是增加X线对物体的穿透力和物体对X线形成的衰减差。mA变为原来的两倍时，信噪比为原来的1.414倍。管电压不变，增加mAs能增加图像的密度分辨力。扫描条件的选择需要和临床扫描部位相对应。当进行肝脏成像时，肝脏肿瘤和肝脏正常组织的密度相差很小，需要较高的密度分辨力才能保证诊断准确性，这时需要增加mAs。当进行肺部扫描时，肺部具有良好的天然对比度，扫描条件可以相对设置很低（如低剂量肺部CT扫描）。
（2）像素尺寸：
像素尺寸越小，该像素获得对应的X线光子数越少，噪声水平增加，从而降低了密度分辨力。当对空间分辨力要求不高时，例如观察肝脏，可以适当增加FOV，使图像中病变对比更好。
（3）层厚：
层厚对密度分辨力的影响原理和像素尺寸一样，层厚越厚，对应的光子数越多，噪声水平越低，密度分辨力越高，但同时带来的空间分辨力下降和部分容积效应明显。
（4）重建算法：
重建算法中骨算法图像有较好的空间分辨力，而密度分辨力很差，软组织算法有较好的密度分辨力但空间分辨力很差。在工作当中，我们可以通过附加不同重建来解决这对矛盾，用骨算法图像观察高对比结构如骨骼等，用软组织算法图像观察低对比结构如肝脏、脑组织等。
（5）患者体型：
在同一技术条件下，大尺寸的患者对X线有更多的衰减，所以探测器接收的光子量也相应减少，噪声水平更高，密度分辨力降低。在工作当中要注意根据患者体型调整患者的扫描条件，可以应用自动剂量调制技术来减少获取的图像质量差异。
（6）窗宽窗位：
通过窗宽窗位的适当调节可以提高图像对病变的对比度显示，从而提高密度分辨力。
（7）增强扫描：
提高密度分辨力还可以通过人工引入造影剂来增加组织之间的对比，从而增加图像的密度分辨力。
3.时间分辨率
在CT系统中，还有一个影响图像质量的指标就是时间分辨率。它是衡量一个系统获取数据快慢的指标，它与机架旋转速度、探测器通道数量和对信号响应的速度相关。高的时间分辨率对于减少或消除由物体运动产生的伪影特别重要，例如心脏成像和灌注扫描等。
4.伪影
伪影是影响CT图像质量的重要因素。对常见伪影的识别和分析是保证CT正常运行和获取良好影像的基础。伪影是由设备或患者原因所造成的图像中组织结构被错误传递的一种现象。伪影在图像中表现各异，可影响诊断的准确性，有时由于某种原因造成的图像畸变也被归类于伪影。根据产生的原因不同，伪影可以分成两大类：患者造成的伪影和设备引起的伪影。由患者造成的伪影多数为运动伪影。
体内一些不自主器官如心、肺、肠等的运动和检查时患者体位的移动可形成条状伪影；患者身上携带的金属物可产生放射状伪影；在液气平面或软组织骨交界处也可产生条纹状伪影，原因是交界处密度突然下降，产生了高的空间频率分量，使空间采样频率不足所致。
由设备系统性能所造成的伪影是不可避免的，因为没有一台仪器设备是十全十美的。它们都是由于设备运行不稳定所造成的。如由于探测器之间的响应不一致，可造成环状伪影；由于投影数据测量转换的误差，可导致直线状伪影；采样频率较低也可产生直线状伪影；而由于射线硬化，则可产生宽条状伪影。另外，由于患者体位摆放不正确（如未放在扫描范围内），也可产生伪影。
伪影还可以根据出现的形态不同划分，它们有条状伪影、阴影状伪影、环状伪影、带状伪影和某些原因造成的图像畸变，设备因素伪影的表现和产生原因见表2-1。
表2-1 设备因素伪影的表现和产生原因
为了最大限度避免图像伪影，应保持环境温、湿度稳定，定期进行空气校正，在操作过程中，嘱咐患者配合好指令，去除被扫描部位的金属异物，尽可能减少呼吸、吞咽等引起的运动伪影和金属异物产生的放射状伪影，同时应用管电流自动调制技术等减少体厚部位如肩部区域剂量不足带来的采样伪影。
影响CT图像质量的因素很多，扫描条件、重建参数和采集模式等都影响图像质量。此外，图像质量与辐射剂量密切相关。图像质量的提高通常是以增加辐射剂量为代价的。在CT扫描中，影响图像质量的信噪比、像素尺寸、扫描层厚等因素也和辐射剂量之间有相应的关系。制订扫描协议时，应把图像质量和临床需求结合起来，选择恰当的扫描参数，在满足临床诊断的前提下，采用合理的低剂量技术，牺牲部分图像质量，达到低剂量CT的目的。