CT原理及維修診斷技術高級培訓班CT技術（3）一、CT圖像性能指標圖像性能指標

從技術或物理的角度來看，一臺CT機的決定性參數是圖像的質量。

因此評價CT圖像的質量必須要有客觀的依據。科學工作者為了評價一臺CT機在醫學診斷上性能的好壞，對CT機圖像質量提出了幾個指標。它們分別是：噪聲、空間分辨力，密度分辨力、層厚、CT值線性性、均勻性、劑量等等。一、CT圖像性能指標(一)空間分辨力1、空間分辨力的定義空間分辨力在CT機中有時又稱為幾何分辨力或高對比度分辨力。它是指在高對比度的情況下鑒別細微結構的能力，也即顯示最小體積病灶或結構的能力。在評價CT圖像質量的時候，經常首先考慮空間分辨力。一、CT圖像性能指標2、影響空間分辨力的因素主要有：檢測器單元的孔徑：

孔徑尺寸越小，越有可能提供高的空間分辨力。這就意味著增加檢測器個數，將導致增加設備的復雜性。空間采樣間隔(每360度的采樣次數)：受探測器轉換效率的限制。一、CT圖像性能指標

卷積函數形式：

用不同的算法來改變斷面的空間分辨力，對比空間分辨力時不能把增強算法和非增強算法放在一起比較。重建影像的象素尺寸：

通常CT圖像矩陣是2562或5122，高檔

CT機已開始選用10242矩陣。像素要小于測量系統所能分辨的物體的細節，否則像點數將會限制CT圖像的分辨力。一、CT圖像性能指標X射線管焦點大小：

焦點小的X射線管產生窄的X射線，產生較清晰的圖像細節，大焦點用于滿足最大熱容量時的要求。一、CT圖像性能指標

線對（linepair）：由一根線條和一個間距組成，且間距的寬度等于線條的寬度，以一毫米寬度范圍內的線對數表示。Mx4000/Mx6000:11lp/cm@10%3、度量CT機的空間分辨力的方法(1)線對法測量

一、CT圖像性能指標

(2)分辨成排圓孔法此測試方法模塊一般采用有機玻璃或塑料制成，在模塊材料內有幾排以高密度物質填充的孔穴，它們的大小不同，每組圓孔按彼此間的中心距離等于該組圓孔直徑的兩倍的方式排列，在每組孔旁邊已標注分辨力的數值。

一、CT圖像性能指標4.空間分辨力的測量方法：(1)測試工具：空間分辨力測試模塊

(2)測試步驟：

a、使模塊軸線與掃描層面垂直并處于掃描野中心；

b、用標準頭部掃描條件進行掃描；

c、調整窗寬和窗位等條件，使圖像達到最清晰狀態，確定其對應的線對數；(3)結果分析：確定每幅圖像目測的極限分辨力，如有必要可放大圖像來識別。

一、CT圖像性能指標

2、密度分辨力的主要限制因素是噪聲：常常用噪聲的標準偏差來表示它。然而固有噪聲只有在沒有偽影的圖像中才有可能測量。如劑量增加四倍，噪聲才能減少一半；如噪聲不變，象素寬度減少一半，則劑量要增加八倍；如噪聲不變，斷層厚度降為一半時，劑量要增加兩倍。所以分辨力應限制在病理學所必需的合理范圍內，否則病人的射線負荷太大。一、CT圖像性能指標3、對比度分辨力測試方法(1)測試工具：傳統方法是采用一個帶有許多孔的圓柱形模型，通過對孔注入不同密度的物質來改變孔與周圍的對比度，因為不同的物質可以具有不同的射線衰減能力。

例如：Mx4000/6000:3.%一、CT圖像性能指標(2)測試原理：低對比度物體的能見度主要受到圖像噪聲的幅頻特性的限制。物體密度對比度可以簡單地用圖像中相鄰兩區域的CT平均值的差來表示。一、CT圖像性能指標(四)斷層厚度、靈敏度剖面和劑量剖面

根據美國等發達國家的質量保證要求，層厚是CT機質量保證檢測的月檢項目，因為它關系到Z軸分辨力等重要參數。

CT機的斷層厚度是通過調節準直器來實現的。探測器組的準直器孔徑必須小于探測器的探測孔徑。在采用相同的mA、kV、掃描時間成像時，探測器的光子數隨著層厚的加寬而呈線性地增加。

一、CT圖像性能指標

如把層厚從lmm增大到3mm，則探測器得到的光子數也將增加3倍。當探測器x射線光子數增加時，重建圖像的噪聲將減小(信噪比增加)。但小的層厚可以改善空間分辨力，并且可以減小容積效應偽影。

一、CT圖像性能指標2、層厚的測量方法(1)測量工具：

美國體模實驗室生產的Catphan體模是掃描體模中斜置一金屬絲，然后用幾何投影原理（斜面法）來測量層厚。二、偽影1．偽影定義：它是在實際物體被掃描時，重建后的圖像中出現了在實物中不存在的成分。這些異常影像降低了圖像質量，甚至影響對病變的診斷。

二、偽影

雖然在理論上可以證明，假如一個物體在所有角度上的投影都已知的話，則其橫斷面就能被正確地重建，然而在許多情況下，物理測量不能夠正確地獲得投影數據，這樣導致最后的重建圖像產生偽影。二、偽影2．偽影的產生原因、類型及解決方法

分析和判斷偽影的形成原因，認識偽影的各種特征，才能迅速排除問題，最大限度的減少因偽影而產生誤診的機會。

CT圖像的偽影按其產生原因主要分為硬件系統故障或誤差因素和人為因素兩類。二、偽影

依照CT的構成，硬件故障或誤差因素偽影大致來自以下幾個方面：(1)Ｘ線掃描系統：包括高壓部分、Ｘ線球管、濾線裝置等。Ｘ線輸出不穩定或是不能均勻排布都會引起數據的紊亂，引起偽影如：

Housfield偽影(條狀偽影)；

X射線硬化而引起的偽影(帽狀偽影)；散射效應引起的偽影；二、偽影Housfield偽影：

圖像上的高密度物質區域產生較嚴重的條狀偽影。消除方法:

提高X射線強度以提高信噪比，減少測量誤差。X射線管老化,輻射量下降,就會使圖像質量惡化,實際上是投影數據信噪比下降。這時應更換新的X射線管。以保證圖像質量。二、偽影(2)數據采集及傳輸系統：包括探測器、通道放大板、A/D轉換板、控制和傳輸系統等，引起的偽影如：

部分體積效應偽影；檢測器靈敏度變化和不一致性偽影(環狀偽影)；空間采樣頻率不夠高偽影(混淆偽影)；邊緣梯度偽影(條紋偽影)；幾何未校準偽影；二、偽影部分體積效應引起的偽影

產生原因:同一個檢測器上有一半高密度的檢測數據，而另一半為低密度的檢測數據,輸出信號不能準確地反映人體某一體積的真實密度，用這樣數據重建出來的圖像所產生的偽影稱為部分體積效應偽影。

解決方法:通常采用減小檢測器面積例采用薄層掃描和正確擺放病人的體位等方法來減少部分體積效應對圖像的影響

二、偽影環狀偽影

產生原因:每個探測器與X射線管的相對位置是不變的，檢測器靈敏度的變化和不一致性極易產生環狀偽影。

解決方法:提高探測器的穩定性和一致性。利用CT機中專門配備有校正檢測器性能的軟件進行空氣校正。二、偽影邊緣增強偽影

產生原因:與系統分辨力和卷積頻率特性有關,通常由參數設定不正確引起。

解決方法:根據系統性能來設定參數。二、偽影混淆偽影：

產生原因:

空間采樣頻率不夠高產生的混淆造成

解決方法:

通過減少線束間隔降低掃描速度或是提高探測器采樣頻率來消除。二、偽影幾何未校準：

產生原因:重建數據的位置誤差，在平行線束掃描的掃描器會產生偽影，在旋轉的系統中，會降低空間分辨力

解決方法:可通過軟件造表校正或機械校準來消除。二、偽影(3)數據重建系統,引起的偽影如：

產生原因:

采樣線束有限寬度內衰減變化不連續引起

解決方法:

可以使用硬化的x射線束來減少這一偽影。二、偽影

人為因素所致偽影分運動偽影和異物偽影兩種：運動偽影在掃描過程中，如果病人體位發生變化，可造成圖像數據排列紊亂，重建圖像結構模糊，無法分辨。運動偽影又分為自主運動偽影和生理性運動偽影。二、偽影自主運動是指那些患者可以控制的運動，如呼吸運動、體位移動等。生理性運動是隨機的，不能由患者自主控制，如心臟血管搏動、胃腸蠕動等。消除方法是提高CT掃描速度使器官的不自主運動相對于掃描速度慢得多而忽略。另一方面要爭取病人的合作。二、偽影異物偽影主要為密度差別極大的物體如金屬和人體組織一起掃描時所造成，偽影的特點是沿著高密度物體呈放射狀排列。有時圖像上不一定能直接看到目標異物，但只要仔細觀察偽影的放射狀排列方向，即能找到異物的來源。二、偽影掃描條件不當造成的偽影

CT檢查時，選用的掃描參數不當，如掃描參數設定過低等，亦可產生偽影。例如氣體探測器的性能與氣壓有關，而氣壓又與溫度有關，如果條件未能達到規定，就會出現偽影。有些CT機不但對室溫有嚴格要求，對電源電壓也有相應的要求，若電源電壓過高或過低都會使探測器也會出現偽影。三、噪聲任何成像的方法都不會沒有噪聲。圖像噪聲的存在，掩蓋或降低了圖像中某些特征的可見度。大家知道CT噪聲中主要是由X線被探測器記錄到的量子數目漲落造成的量子噪聲,但像素噪聲的產生也對圖像質量有影響,降低噪聲有利于減小圖像可見度的損失，對提高密度分辨率尤為重要。三、噪聲1．噪聲定義：噪聲是反映CT性能的一種技術指標。是指均勻物質影像中給定區域CT值對其平均值的隨機漲落，其數值可用給定區域CT值的標準偏差表示，即某一確定區域內CT值偏離平均值的程度。三、噪聲標準偏差：是一種量度數據分布的分散程度之標準，用以衡量數據值偏離算術平均值的程度。標準偏差越小，這些值偏離平均值就越少。三、噪聲2．噪聲的表現形式：

CT圖像中包含有某些直觀的噪聲。它的存在使圖像中出現斑點、細粒、網紋、雪花狀或結構異常等。這些在圖像中出現的噪聲結構在很大程度上會影響觀看CT圖像的人在評價時對清晰度的印象。粗顆粒狀的噪聲會使觀察者產生不清晰的感覺，

相反，細顆粒狀的噪聲反而會使觀察者誤認為圖像很清晰。三、噪聲3．影響噪聲的因素在比較CT機裝置的性能時，僅看表示噪聲大小的CT值的標準誤差并不能說明問題，必須與斷層面的幾何分辨力、斷層厚度、劑量以及測試物體的衰減性能(厚度、材料)聯系起來考慮。三、噪聲

操作者在某種程度上可以改變影響圖像噪聲值的一些因素。如果為了降低噪聲而改變這些因素時，可能會在其他方面影響圖像質量，或者增加患者的照射量。噪聲在很大程序上取決于輻射劑量，它與劑量的平方根成反比。無論改變體素的大小或者改變x射線束產生的照射量，都會改變噪聲水平。三、噪聲(1)劑量對噪聲的影響：噪聲是影響密度分辨力的主要因素，噪聲在很大程序上取決于輻射劑量，它與劑量的平方根成反比。一般如果劑量增加四倍，噪聲才能減少一半；如果噪聲不變，也就是說患者照射量的減少，是以增加量子噪聲為代價，還可能降低圖像的可見度。反過來說為了降低了圖像噪聲，就需要更大的曝光量。因此，在具體的使用中，應兼顧這兩個因素。三、噪聲(2)象素對噪聲的影響：象素越大，噪聲越低，也即可以通過增加象素(體素)的大小來減小噪聲，另外象素寬度減少一半，則劑量要增加八倍；但是，我們知道象素增大，也會增大圖像模糊度和降低圖像細節的可見度。因此人們很少通過增大象素來減少噪聲。三、噪聲(3)層厚對噪聲的影響：層厚是構成體素的一個線度，所以它也會影響圖像噪聲。如果噪聲不變，斷層厚度降為一半時，劑量要增加兩倍。因此，層厚越薄，噪聲水平越高，但是，薄的層厚可以產生較清晰的細節和較小的部分體積偽影。所以在選用成像因素時，對于層厚還要作出合理的兼顧。三、噪聲(4)窗口設置對噪聲的影響：

CT圖像中噪聲的可見度與觀察圖像時所用的窗口設置有關。窗口小，對比度提高，但也使噪聲的對比度和可見度增加。三、噪聲(5)算法對噪聲的影響：用于CT圖像中的一些數學過濾器能夠通過圖像的平滑或者模糊來減少圖像噪聲。這主要是由圖像噪聲的相關性決定的。在CT圖像中，像點的噪聲有相關性，即一個像點的噪聲與圖像中的其他像點是相關的。出現這種情況的原因是CT機中的每個衰減測量值對每個像點都有作用，盡管其權值大小不同。三、噪聲CT機中的平滑算法就是提高了各個象素點之間的相關性，使每個象素點與它們周圍的區域有交融的情況，結果使噪聲的隨機結構趨于平滑，并使它不易看清楚。平滑算法降低了噪聲。而銳化算法則提高了各個象素點之間的非相關性，但銳化算法提高了噪聲。三、噪聲5、噪聲的測量方法(1)測量工具：水模。(2)測量原理：觀察噪聲對低對比度的影響。(3)測試步驟：

a、以標準頭部掃描條件掃描水模的均勻層；

b、以窄窗寬檢查影像觀察圖像；

c、將1cm2的ROI置于掃描模體影像中心，記下象素值的標準偏差δ；

d、則噪聲N=δ×0.1％；(4)結果分析：測量結果應與廠家指標比較。四、受檢者劑量受檢者劑量這一參數必須給予充分地重視。在CT機的設計中，必須注意保證病人接受的劑量盡可能被有效地利用并在安全范圍之內。因此，設計者必須在病人的劑量與改進分辨力或改進鑒別小密度差別的能力這兩方面進行折中考慮。

四、受檢者劑量CT機X射線束結構和X射線管運動與普通X射線機的明顯區別，病人接受劑量分布與普通X射線機照射截然不同。普通X射線機照射過程中劑量接收面積大，但一般劑量集中在皮膚表面，而CT掃描由于射線源在不斷地旋轉，使劑量分布比較均勻，而且由于層厚的限制，劑量的接收面比較窄。四、受檢者劑量1．軸向劑量分布曲線(A)和靈敏度剖面線(B)：在理想狀態下，這兩條曲線應當重疊，并呈高斯形狀，就不會存在由于半影效應而導致的劑量損失了。其全值半高寬等于層厚。但由于散射等效應的存在，使得層厚和曲線A沿掃描平面產生變化。曲線A總比曲線B要寬，這說明總是有一部分劑量穿過人體組織未被探測器探測到而損失了。造成兩條曲線不一致的原因是曲線A由前準直器決定，而曲線B除此之外，還后準直器有關系。

四、受檢者劑量2、影響CT劑量的參數(1)x射線管電壓：管電壓增加，劑量也增加，主要表現在增加深部與體表層劑量比值上。(2)x射線管電流：管電流增加，劑量呈正比性增加。(3)掃描時間：掃描時間增加，劑量呈正比增加；對于脈沖x線，曝光時間遠小于設置的掃描時間。(4)過濾：增加過濾可減少劑量，并增加深部與表面劑量比值。四