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1、第十章 CT的成像质量和影响因素图像的质量这一范畴我们以前已有所涉及，其要求也并非只针对CT，常规X线摄影也有图像质量这一概念，如空间分辨率、几何分辨率、噪声等。在CT中，有一些性能指标和参数被用来衡量图像的质量如：空间分辨率、密度分辨率、噪声、伪影和图像的畸变。这些性能指标中的每一项一般都受多种因素的影响，有些并且是相互关联的。总体说来，CT成像最终图像质量的优劣受到下述一些因素的影响，它们是成像处理的方法、成像设备的几何性能、扫描时物体的运动、被扫描物体本身的对比度、所使用胶片的对比度、图像采集设备的性能（如照相机或监视器）、X球管焦点的尺寸、观看图像的环境条件和观看者本身之间的差异。一、
2、CT图像的质量和衡量指标1.CT图像质量的基本概念 在讨论CT图像质量之前，我们将先讨论有关图像质量的一些基本概念。(1)物体对比度(DCT)物体对比度（图10-1）是相邻两个物体之间在图像中的显示能力，在CT成像中，其与物体的大小、重建的算法和窗的设置有关。CT值大于100HU时的对比度差，称为高对比度；CT值小于10HU时的对比度差，称为低对比度。其用公式表示即： m1-m2 DCT = |CT1-CT2| = 1000(HU) （10-1） mwater式中DCT为物体对比度。(2)图像对比度(DH)图像对比度是重建后的图像与CT值有关的亮度差（DH）。其用公式表示即为： m1-m2 D
3、H = |H1-H2| = K 1000(HU) （10-2） mwater式中DH为图像对比度。(3)对比度比值(K)对比度的比值等于： 图像对比度(DH) K = （10-3） 图10-1 物体对比度和图像对比度 物体对比度(DCT) 根据物体的大小和重建算法的不同，我们可以得出以下结论： 对于一个较大的物体，其对比度比值不变(K = 1); 对于一个较小的物体，其图像对比度下降(K 1); 如采用软组织算法(Soft)，图像的对比度下降(K 1)。除了物体的大小和重建算法外，窗的设置也影响图像的对比度，但是不影响CT值的测量。(4)接受器分辨率 接受器分辨率包括图像监视器和胶片，它们很容
4、易与空间分辨率与密度分辨率相混淆。CT中的空间分辨率概念只指CT机本身由于系统接收和传递过程中所产生的分辨率，它与接收器的分辨率无关；但是接收器分辨率的优劣也影响CT机的空间分辨率，如果监视器或胶片的分辨率低于CT机的分辨率，那么再高的系统分辨率也无法在图像上得到体现。在实际应用中，CT的图像质量受一些因素的影响，大致归纳有以下一些：X射线源发出的射线束的性质、射线束的剂量大小、被检物体的穿透特性、扫描所使用的层厚、扫描中产生的散射线、模数转换的效率、像素的尺寸大小、图像重建的算法和显示分辨率。CT中的图像质量还可以下述代数式表示：2（m）= kT/(td3R) (10-4)式中（m）是噪声涨
5、落的标准差。它是由于噪声而产生的平均吸收系数m值的变量，T是由于被检物体组织的成分和分布所产生的穿透特性，t是扫描层厚，d是像素尺寸大小，R是扫描剂量，k是皮肤剂量和吸收剂量的转换常数。根据上述等式，部分参数是相对固定无法改变的，如物体的穿透特性、层厚，但我们可以改变像素的大小、射线的剂量使图像的质量得到改善。2.图像质量的测试方法(1)分辨率测试 图像质量的可用一些方法测试，它们是：点分布函数(PSF)、线分布函数(LSF)、对比度传递函数(CTF)和调制传递函数(MTF)，其中，MTF是目前最常用的测试空间分辨率的方法，它不仅在CT中应用，也用于常规X线摄影。 图10-2 空间频率与图像清
6、晰度的关系PSF测试是以物体中的一个点为单位，经成像后该点的失真程度，即该点大小、形状的改变。空间分辨率是测试点分布函数最大半值宽度，最大半值宽度又称为半值全宽(FWHM)，这一术语我们在CT中有关空间分辨率的论述中经常见到。LSF也是测试成像系统失真的一种方法，其主要是指一个线条状的物体经成像后还原的失真，形成线条状物体的扩散。CTF又称为对比度响应函数，主要是用来测试成像系统的对比度。CTF的定义是：一个线条状的分辨率测试模板经射线照射成像后，如果我们将测试图像中的线条看作是模板中线条长度的函数，那么相邻两条线密度的差值即为CTF。MTF的测试方法可由LSF通过傅立叶变换方法得到。MTF测
7、试时，先要将被测试物转换为频率（图10-2），测试结果的光学密度被用来表示图像质量的衰退程度，如果MTF等于1，即说明物体被精确地复制，相反如果MTF等于0，则说明无任何图像信息被传递。根据上述方法，我们可以画出MTF的曲线图（图10-3）。在实际应用中，如果某台CT扫描机的空间频率为15LP/cm，那么该CT应该能分辨一个0.3mm的物体（1/15 LP/cm = 10/15 LP/mm =0.6 mm/LP = 0.3mm/线），或采用简单的数学式5LP/cm = 线径(mm)。(2)体模测试 体模是CT图像质量测试一个非常有用的工具，它可以测试很多与CT质量有关的性能指标。一般，CT制造
8、厂家会随CT机提供给用户一些测试体模，最基本的体模如水模、分辨率测试体模等。有一些常用的体模如水模、空间分辨率体模、密度分辨率体模和层厚测试体模如图10-4所示。其中水模至少包括三种类型，直径30cm代表成人体部的水模、直径20cm代表成人头部的水模和直径15cm代表小孩头部的水模，另外还有 图10-3 根据图10-2得到的MTF曲线 图10-4 CT质量测试的几种常用模体直径10cm代表四肢的水模，但这种类型的水模在实践中较少使用。分辨率体模有两种，一个是高对比分辨率体模，另一个是低对比分辨率体模，这两种体模很有用，在图像质量测试中经常用到。层厚测试体模各厂家的设计可有所差别，但目的都一样，
9、是测试CT扫描层厚的准确性。其它还有一些专用的测试体模和工具，我们将在CT质量控制章节测试方法中进一步介绍。3.空间分辨率 空间分辨率(Spatial Resolution)又被称为高对比度分辨率(High Contrast Resolution)，是在高对比度情况下(DCT100HU)区分相邻最小物体的能力，它是测试一幅图像质量的量化指标，其结果通常以毫米(mm)为单位或每厘米的线对数(LP/cm)表示。 空间分辨率受两大因素的影响，它们是CT成像的几何因素和图像重建的算法。其中成像几何因素是指成像过程中与数据采集有关的元器件和参数的设置，它们包括球管焦点的尺寸、探测器孔径的大小、扫描层厚、
10、焦点扫描野中心和探测器距离以及采样距离；重建算法主要是指图像重建过程中采用的不同算法，如平滑（软组织）算法、边缘增强（高分辨率）算法。空间分辨率通常采用两种方法来测试和表示。一是采用成对排列、黑白相间的分辨率测试体模或由大到小排列的圆孔测试体模测试表示；其次是采用调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)测试表示。采用黑白线条体模测试以线对数(LP/cm)表示，而用圆孔体模测试则以毫米线径数(mm)表示。4.密度分辨率密度分辨率(Density Resolution)又称低对比分辨率(Contrast Resolution)，是在低对比度情况下(DCT10
11、HU)分辨物体微小差别的能力。密度分辨率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0.250.5%/1.53mm，大多数CT机在头颅扫描时能分辨0.5%/2mm的密度差（表10-1）。密度分辨率往往还与测量时所采用的剂量大小有关，在选购CT机时，还应注意厂商在测量密度分辨率时所采用的剂量大小。表10-1 七种型号CT机的密度分辨率 CT机型号 密度分辨率 Elscint CT-Twin 0.25%/3mm Picker PQ2000 0.35%/1.5mm Toshiba TCT-900S/X 0.5%/2mm Siemens Somatom
12、 Plus-s 0.3%/2.5mm Philips Tomoscan SR 0.35%/3mm GE Highspeed 0.25%/2.5mm 图10-5 人体中三种主要组织的密度(p)和原子序数(z)在常规X线摄影中，我们通常无法得到如此高的密度分辨率。如图10-5所示，常规X 线摄影只能在骨和软组织之间区分，因为肌肉和脂肪的密度和原子序数太接近，它们的原子序数分别为13.8和7.4，X线的记录介质只能笼统地把这些组织显示为软组织阴影。而CT的低对比度分辨率要大大优于常规X线摄影，CT能对密度差别非常小的组织成像，X线摄影的低对比度分辨率约为10%。 密度分辨率受扫描层厚、像素噪声、重建
13、算法、光子的数量、物体的大小、物体的对比度和系统MTF的影响，其中像素噪声是主要影响因素。像素噪声的定义是匀质水模一限定范围内CT值的标准偏差，它是在匀质断面图像中像素的点与点之间CT值的随机波动和它的平均值离散的测量。如果没有像素噪声，那么系统MTF将足够表述密度分辨率。噪声可通过增加X线的光子数量，即增加扫描条件得到改善，日常工作中采用小的层厚须加大扫描剂量，就是因为小的层厚减少了X线的光子量。另外，病人的体型大小也影响了射线的衰减，使到达探测器的光子数量减少，从而影响了密度分辨率。重建算法对密度分辨率和空间分辨率的影响是一对矛盾，边缘增强算法使图像的边缘更清晰、锐利，但降低了图像的密度分辨率；而平滑算法提高了密度分辨率，边缘、轮廓表现不及边缘增强算法。 CT系统密度分辨率的测量
