医用CT图像伪影成因

题目：医用CT图像伪影成因及矫正分析放射学院生物医学工程2004级本科2班完成人:刘艳丽指导教师:齐现英前言1.伪影(artifact)又称伪像(falseimage),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。2.导致图像伪影的因素主要有两类:（1）被扫描物属性：运动伪影、金属伪影等；（2）成像原理和技术：锥形伪影、射束硬化伪影和部分容积伪影等。主要内容一、概述1研究CT图像伪影的目的及意义2研究CT图像伪影的一般方法二、CT图像伪影的临床影响三、CT图像伪影的分析与矫正1CT图像常见伪影成因及解决方法2CT机罕见伪影的图像表现与检修四、总结一、概述1.研究CT图像伪影的目的及意义（1）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；（3）有助于对成像设备软、硬件设计的进一步完善。2.研究CT图像伪影的一般方法（1）识别各种CT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；（3）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。二、图像伪影的临床影响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。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CT成像研究的一个重点。三、CT图像伪影的分析与矫正（一）CT图像常见伪影成因及解决方法1．被扫描物引起的图像伪影（1）运动伪影A．原因：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：移动条状伪影和低密度阴影C．解决方法：①在屏气状态下（胸腹扫描），固定体位；②修正图像重建算法；③提高扫描速度，缩短扫描时间，是最直接、有效的方法。④通过球管扫描的开始位置与运动的方向对齐,来最小化运动伪影;⑤通过利用超过2π的投影数据抑制运动伪影;⑥应用特殊的重建技术MCA(MotionArtifactCorrectionAlgorthm,运动伪影校正算法),运动伪影校正前后图像对比如下图所示：（2）金属伪影A．基本原因：X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,导致对应的投影数据失真,丧失了周围的密度组织的X射线衰减信息所致。B．主要图像表现：大投影数据引起的从金属区域发出的条状伪影,如下图所示：Ｃ．抑制方法：①薄层扫描抑制部分容积效应；②选择更高kVp值有助于减少射束硬化影响；③选择合适的层面方向,使得扫描平面内尽可能不包括金属植入物；④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,原理下图所示：2.成像原理和技术引起的图像伪影（1）锥形伪影A．原因：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；B．伪影表现：为典型的规则形状,可以用锥形来模拟,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,如下图所示：C．解决方法：①把目标置于等中心可降低锥形伪影；②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。③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。（2）射束硬化伪影A．原因：不同能量的X射线在人体内的吸收系数不同，连续能谱的X射线经过人体后,低能量射线易被吸收,高能量射线较易穿过,在射线传播过程中,平均能量会变高,射线逐渐变硬,称之为射束硬化效应。B．通常产生伪影:①致密物体之间的暗区或条状伪影②骨─脑界面,产生一个模糊杯状影(a)条状伪影（b）杯状伪影C．解决方法：①可通过X射线过滤器过滤,吸收低能射线，减少硬化效应。②利用射束硬化补偿、校正技术，提高重建图像CT值的精度，减少伪影，但不能完全消除。③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(Partialvolume)A．原因：在同一扫描层面内含有2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CT值取其均值，而所得的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。B．图像表现：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：C．解决方法：①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。CT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。②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效应。③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(Photonstarvation)A．原因：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：①注意病人摆位、优化扫描参数等；②当伪影主要由CT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(mAmodulation)技术和自适应滤波法(adaptivefitration)。（5）欠采样伪影(Photonstarvation)A．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的2倍。CT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(该方向)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,产生细条状混叠(aliasing)伪影。如下图所示：B．解决方法：①是通过测量系统探测器偏移1/4,使采样频率提高两倍。②是采用非焦点技术，探测器偏移1/4和非焦点技术的组合，使CT扫描机机架每旋转一圈，大约采集1000次投影，进一步提高众诸多因素限制，可以进一步消除混叠。（6）不完全投影(Inadequatescanfield)A．原因：①投影被截断，在靠近截断的区域产生亮的阴影伪影。②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。（a）投影截断（b）条状伪影B．解决方法：①预防，即把病人定位在在扫描野(FOV)中心。②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。（7）环状和带状伪影(Detectorsensitivity)A．原因：为通道数据差异,原理如下图所示：B．图像表现：(a)带状伪影(b)环状伪影(c)条状伪影C．解决方法：①完善数据采集和测量系统。②在图像后处理中，去除残余环形伪影和带形伪影。（二）CT机罕见伪影的图像表现与检修(1)波纹状伪影A．图像表现B．伪影原因（按相关程序排序）1）高压逆变器;2）X线球管问题，特别是靶振动；3）机架机械振动；4）KV不稳定，有纹波；5）探测器偏置电压纹波。C．检修流程1）作静态和轴位旋转扫描：①若静态扫描数据正常，则怀疑是机架机械振动；②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；2）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、kV、mA等。(2)颗粒状噪声伪影A．图像表现B．伪影原因（按相关程度排序）1）氙气探测器低气压；2）X线球管旋转阳极振动；3）扫描技术条件不正确；4）X线球管内部打火；C．检修流程1）查找故障信息中是否有WarmUpErrorREF错误提示；2）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：(a)图像分裂伪影(b)图像旋转伪影(c)偏移量伪影四、结论减少伪影的措施：①根据伪影产生原理对其补偿或采取相应硬件措施；②采用图像处理算法抑制或消除伪影。