CT圖像偽影PPT課件

1、CT圖像偽影偽影的主要表現(xiàn)形式第1頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影 定義l偽影是指在CT成像過(guò)程中，所有不同類型的非隨機(jī)性干擾在圖像上的表現(xiàn)，即受檢體中根本不存在的組織或病灶的影像。lCT系統(tǒng)從原理上看將比X線攝影產(chǎn)生更多的偽影。CT圖像是通過(guò)大量投影產(chǎn)生的反投影原理使測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差在重建圖像時(shí)常常被放大l常見(jiàn)的偽影多表現(xiàn)為以下幾種典型類型：條紋、陰影、環(huán)形或弧形、混雜偽影。 第2頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影u條紋偽影l(fā)條紋偽影通常是因采樣過(guò)程中信號(hào)的突然跳躍而使信號(hào)不一致產(chǎn)生的。l條紋偽影不一定平行，經(jīng)常表現(xiàn)為橫穿圖像的明顯直線，可能是亮的，也可能是暗的，還有亮、暗同時(shí)出現(xiàn)的情況。l通常情況下，條狀偽影

2、不易造成誤診。l條狀偽影將影響圖像可分辨性，降低圖像質(zhì)量。第3頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影第4頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影u陰影偽影l(fā)產(chǎn)生原因也是投影數(shù)據(jù)的不一致性。與條紋偽影不同，此時(shí)的信號(hào)沒(méi)有尖銳的非連續(xù)性。l是一種CT值漸變的、形狀相對(duì)較直的偽影，沒(méi)有清晰的邊界。l經(jīng)常出現(xiàn)在高對(duì)比度組織附近，陰影可以是亮的或暗的，可以限于局部，也可能覆蓋整個(gè)器官，使圖像的CT值出現(xiàn)廣泛偏差。l偽影顯現(xiàn)的范圍和嚴(yán)重程度與發(fā)生錯(cuò)誤的通道和錯(cuò)誤的程度有關(guān)。l陰影偽影不容易識(shí)別，完全可能導(dǎo)致誤診。第5頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影u環(huán)形/弧形偽影l(fā)如果信號(hào)誤差不只出現(xiàn)在一次濾波投影中，而是出現(xiàn)在濾波投影函數(shù)的某個(gè)固定位置，這

3、樣，由直線的多次旋轉(zhuǎn)映射可以形成一個(gè)環(huán)形的偽影。l如果出現(xiàn)的角度較小，就映射為不完全的環(huán)形偽影。l一般是較為完整的環(huán)形，弧形偽影可視為不完整的環(huán)形。l完整的環(huán)形偽影對(duì)診斷的危害較小，但不同長(zhǎng)度、寬度和弧度的弧形偽影則很容易產(chǎn)生誤診。第6頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影l(fā)同樣的誤差在不同的探測(cè)器通道產(chǎn)生的偽影的嚴(yán)重程度有區(qū)別。靠近中心的偽影信號(hào)高，靠近外圍的信號(hào)低。第7頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影 與系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的偽影u混疊偽影u部分容積效應(yīng)u散射引起的偽影u射線硬化偽影第8頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影u混疊偽影第9頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影l(fā)探測(cè)器單元的時(shí)域特性可以用一個(gè)寬度為 ，幅度為1的矩形窗函數(shù)來(lái)近似，一

4、個(gè)探測(cè)器單元的頻域特性為 這是一個(gè)sinc函數(shù)，主瓣頻率成分在 之間。 l影響光強(qiáng)分布的最大空間頻率的因素還包括球管焦點(diǎn)尺寸、掃描裝置的幾何結(jié)構(gòu)、受檢組織的特性等因素。 fffG)sin()(1f1maxf第10頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影l(fā)用于采樣的探測(cè)器間距T越小采樣頻率（1/T）越高。l根據(jù)奈奎斯特采樣定理，離散采樣的頻率要大于等于被采樣信號(hào)的最高空間頻率的2倍，原始信號(hào)才可以從采樣中無(wú)失真地恢復(fù)。l探測(cè)器陣列對(duì)連續(xù)信號(hào)的采樣間隔必須小于等于探測(cè)器單元寬度的一半。l實(shí)際情況：T= l混疊導(dǎo)致的條紋偽影在重建圖像中清晰可見(jiàn)。21T2/T第11頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影l(fā)解決方法第四代CT掃描方式

5、的提出 對(duì)固定探測(cè)器單元得到的信號(hào)進(jìn)行采樣，其采樣頻率可以取得較高，可滿足采樣定理的要求。 很難安排可行和有效的準(zhǔn)直器用于抑制散射光子； 成像系統(tǒng)對(duì)球管輸出的波動(dòng)變得非常敏感。探測(cè)器偏移法 焦點(diǎn)偏轉(zhuǎn)法 第12頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影l(fā)探測(cè)器偏移法設(shè)計(jì)時(shí)使探測(cè)器陣列的中分線與旋轉(zhuǎn)中心不重合，而是保持1/4個(gè)探測(cè)器單元寬度的距離。如果在一個(gè)方向上進(jìn)行一次投影采樣，在該方向的反方向上再進(jìn)行一次投影采樣。第二次采樣的每個(gè)采樣值相當(dāng)于在第一次采樣的每相鄰兩個(gè)值中間再取了一個(gè)值。第13頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影第14頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影 缺點(diǎn)：A、需要進(jìn)行反方向的兩次投影掃描，兩次掃描的角度要求相差準(zhǔn)確

6、的180，如果中間出現(xiàn)受檢者的體動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響校正效果；B、除中心射線外，其他位置采樣率加倍只是近似得到，探測(cè)器單元離中心越遠(yuǎn)，插入采樣點(diǎn)的偏移量越大；C、投影信號(hào)的實(shí)際最大空間頻率比僅考慮探測(cè)器單元效應(yīng)的理想情況要大。 第15頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影l(fā)焦點(diǎn)偏轉(zhuǎn)法在一個(gè)正常的投影掃描中得到一組采樣值。然后讓探測(cè)器陣列與球管一起繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)一個(gè)小的角度，使得新位置時(shí)的每個(gè)探測(cè)器單元正好處于前次掃描時(shí)它與相鄰單元的中間。接著球管的焦點(diǎn)再回到最初掃描的位置，并開(kāi)始新一次的掃描。校正效果要優(yōu)于探測(cè)器偏移法。第16頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影u部分容積偽影（效應(yīng)）l 球管的焦點(diǎn)大小在1mm數(shù)量級(jí)，而斷層的厚度

7、多在310mm，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)某些結(jié)構(gòu)在一些角度掃描時(shí)不進(jìn)入有效掃描范圍，而在另一些角度掃描時(shí)進(jìn)入掃描范圍，這些組織結(jié)構(gòu)稱為部分容積。l 或者說(shuō)，在同一探測(cè)器上有一部分是高密度的檢測(cè)數(shù)據(jù)，另一部分是低密度的檢測(cè)數(shù)據(jù)，而探測(cè)器的輸出數(shù)據(jù)是兩部分?jǐn)?shù)據(jù)的平均值。第17頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影l(fā)因探測(cè)器的輸出信號(hào)不能準(zhǔn)確反映人體某一組織的真實(shí)密度而導(dǎo)致的偽影稱為部分容積偽影，常表現(xiàn)為條紋偽影。l層厚是決定部分容積效應(yīng)的關(guān)鍵因素。層厚越大，產(chǎn)生部分容積效應(yīng)的可能性越高。l解決方法：最佳方法是先對(duì)受檢部位用厚層進(jìn)行粗掃描，厚度可設(shè)置為510mm，一旦發(fā)現(xiàn)部分容積效應(yīng)，即轉(zhuǎn)為薄層重新掃描測(cè)量。薄層一般取13mm

8、范圍的層厚。軟件算法也可實(shí)現(xiàn)部分容積偽影的消除。第18頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影u散射引起的偽影l(fā)進(jìn)入探測(cè)器的光子既包括初始光子也包括散射光子。l散射光子使探測(cè)器檢測(cè)到虛假的信號(hào)導(dǎo)致圖像中像素CT值的偏離，最終形成偽影。l偽影表現(xiàn)為陰影或不規(guī)則的條紋偽影。l散射光子的方向隨機(jī)，能量較低，進(jìn)入探測(cè)器只會(huì)增加圖像的噪聲水平，降低信噪比和圖像的對(duì)比度分辨率。第19頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影l(fā)解決方法：減少散射偽影的現(xiàn)實(shí)方法是使用準(zhǔn)直器。 置于受檢者與探測(cè)器之間的后準(zhǔn)直器能將絕大部分散射光子吸收。第三代CT的珊形準(zhǔn)直器，吸收散射光子的效果非常理想。軟件校正算法也是常用的有效方法。 散射光子形成的信號(hào)是典型

9、的低頻信號(hào)。 利用安置在初始射線平面之外的探測(cè)器單元作為散射校正測(cè)量單元，測(cè)量的結(jié)果為圖像校正提供參考，再通過(guò)適當(dāng)?shù)乃惴ㄏ⑸鋫斡?。?0頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影u射線硬化偽影l(fā)形成原理射線硬化的根本原因在于物質(zhì)對(duì)射線的衰減系數(shù)與射線的能量有關(guān)，對(duì)高能射線有較低的衰減系數(shù)，對(duì)低能射線有較高的衰減系數(shù)。對(duì)一均勻密度的理想柱體照射非單能的X線，低能的射線首先被吸收，高能的射線則穿透物體。射線深入物體的距離越長(zhǎng)，剩下的射線硬度越高，穿透性越好。這就是所謂的硬化效應(yīng)。第21頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影l(fā)偽影表現(xiàn)射線硬化偽影最典型的是“杯狀”偽影。表現(xiàn)為均勻物質(zhì)圖像中間黑、邊緣白。沿不同的方向?qū)δ骋晃矬w進(jìn)

10、行掃描。當(dāng)射線通路的長(zhǎng)短變化時(shí)，容易造成偽影。“杯狀”偽影常與某種組織的病理特征相像，容易導(dǎo)致誤診。l解決方法采用一定的濾過(guò)器使得射線束的能量集中于高能部分。通過(guò)設(shè)計(jì)軟件的方法消除杯狀偽影 。第22頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影與球管相關(guān)的偽影第23頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影u偏焦點(diǎn)輻射l形成原理由陽(yáng)極反射（或發(fā)射）的電子稱為二次電子。二次電子的大部分在管電壓的作用下返回陽(yáng)極，但撞擊的位置就不一定在焦點(diǎn)上。焦點(diǎn)周圍的焦暈上撞擊電子密度低，但也會(huì)發(fā)出射線，在進(jìn)入探測(cè)器后形成半影，導(dǎo)致圖像對(duì)比度的下降。第24頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影l(fā)偽影表現(xiàn)可引起圖像邊緣的模糊，屬于陰影偽影；偽影完全有可能導(dǎo)致誤診。l解

11、決方法在球管輻射窗外加裝準(zhǔn)直器或?yàn)V過(guò)窗，但不能完全消除半影偽影，只能將其影響限制在一定的范圍內(nèi)。通過(guò)軟件設(shè)計(jì)校正偽影，但算法復(fù)雜。第25頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影u管內(nèi)放電導(dǎo)致的偽影l(fā)形成原理當(dāng)球管空間中存在某種雜質(zhì)，在管電壓作用下可能導(dǎo)致暫時(shí)的短路，這個(gè)現(xiàn)象稱為管內(nèi)放電。管內(nèi)放電時(shí)，一般出現(xiàn)電流的瞬時(shí)顯著增加和電壓的顯著下降。管內(nèi)放電瞬時(shí)輸出的射線光子數(shù)和光子能量都會(huì)顯著減少。第26頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影l(fā)偽影表現(xiàn) 如果單次瞬時(shí)放電只涉及一個(gè)角度上的投影，將出現(xiàn)直線形、亮暗不一、疏密不同的條紋偽影。l解決方法不能由硬件方法進(jìn)行補(bǔ)償。過(guò)程較短、頻率較低的放電形成的偽影可以用算法實(shí)現(xiàn)條紋偽影的消

12、除；管內(nèi)放電在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)，系統(tǒng)將取消掃描過(guò)程 。第27頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影u陽(yáng)極轉(zhuǎn)子抖動(dòng)l陽(yáng)極轉(zhuǎn)子以800010000r/min的速度旋轉(zhuǎn)。由于機(jī)械裝置的磨損，轉(zhuǎn)子不能維持同樣的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，陽(yáng)極轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生搖擺。l所輻射的線束位置偏離了重建算法設(shè)計(jì)時(shí)假定的理想位置，產(chǎn)生不規(guī)則的亮點(diǎn)晃動(dòng)形狀的偽影。l解決方法：更換有問(wèn)題的部件。 第28頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影與探測(cè)器相關(guān)的偽影第29頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影u探測(cè)器單元間的差異l形成原因探測(cè)器單元性能主要包括增益、熱噪聲、輸出與輸入之間的非線性以及不同程度的功能退化。探測(cè)器的增益由于制造工藝有所差異，這種差異還會(huì)隨著時(shí)間

13、而改變。隨著溫度和時(shí)間的變化，探測(cè)器單元中的電子熱噪聲也會(huì)變化。隨著探測(cè)器使用時(shí)間的延長(zhǎng)，器件逐步老化，探測(cè)器的輸入輸出線性關(guān)系也可能退化，并且不同單元間的退化程度不同。上述性能退化在特定探測(cè)器單元上的表現(xiàn)多數(shù)是穩(wěn)定一致的。第30頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影l(fā)偽影表現(xiàn) 探測(cè)器單元間穩(wěn)定的性能差異將導(dǎo)致環(huán)形或弧形偽影的出現(xiàn)。l補(bǔ)償方法 為補(bǔ)償不同探測(cè)器單元形成的通道的增益改變，臨床上多使用空氣掃描的校正技術(shù)。每天都要完成一次空氣掃描，在不同的掃描條件下分別進(jìn)行?？諝鈷呙璧玫降脑鲆嫘Ｕ等コR床上掃描受檢者的實(shí)際數(shù)據(jù)。 在閃爍晶體材料中摻入某些雜質(zhì)，可顯著改善探測(cè)器性能的穩(wěn)定性。 基于數(shù)字信號(hào)處理和

14、數(shù)字圖像處理技術(shù)的某些算法對(duì)偽影的補(bǔ)償也很有效。第31頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影u探測(cè)器的余暉和初始速度l原理對(duì)一個(gè)閃爍晶體探測(cè)器進(jìn)行一段時(shí)間的射線照射后，如果切斷照射源，探測(cè)器的輸出并不會(huì)立即歸零，而是存在一個(gè)隨時(shí)間逐步下降的過(guò)程，這就是探測(cè)器的余暉現(xiàn)象。殘余信號(hào)將維持幾毫秒到幾百毫秒。晶體發(fā)光的衰減過(guò)程可以分解為多個(gè)時(shí)間常數(shù)的指數(shù)衰減過(guò)程的和。其中時(shí)間常數(shù)非常短的分量稱為探測(cè)器的初始速度，時(shí)間常數(shù)較長(zhǎng)的分量稱為探測(cè)器的余暉。第32頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影l(fā)表現(xiàn)初始速度影響圖像的空間分辨率，但程度較輕微，多表現(xiàn)為大對(duì)比度處圖像的輕微模糊，一般不會(huì)導(dǎo)致誤診。余暉導(dǎo)致圖像的偽影，多表現(xiàn)為環(huán)形或弧形

15、偽影。l解決方法在閃爍晶體中摻入稀土成分，可以在相當(dāng)程度上消除余暉現(xiàn)象；通過(guò)算法設(shè)計(jì)進(jìn)行余暉偽影的校正 。第33頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影u探測(cè)器響應(yīng)的內(nèi)部位置不一致性l原理探測(cè)器在z軸方向的長(zhǎng)度一般超過(guò)30mm，而在x軸方向上寬度只有1mm左右。理想的探測(cè)器響應(yīng)是指，射線無(wú)論射入探測(cè)器內(nèi)部的什么位置，探測(cè)器的增益都相同。所有可能導(dǎo)致探測(cè)器響應(yīng)隨內(nèi)部位置變化的因素通稱“老化”或“退化”，結(jié)果常常是探測(cè)器內(nèi)部增益隨位置不同而改變。第34頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影第35頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影l(fā)偽影表現(xiàn) 顯著的同心環(huán)形和弧形偽影。l解決方法改善探測(cè)器單元的構(gòu)成材料和設(shè)計(jì)制造工藝；在掃描帶斜面結(jié)構(gòu)的受檢

16、物體時(shí)選擇薄層，一般在3mm以下；用算法實(shí)現(xiàn)偽影校正。第36頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影u受檢人體引起的偽影l(fā)原因人體的呼吸運(yùn)動(dòng)，腸胃的蠕動(dòng)，心臟的跳動(dòng)。體動(dòng)會(huì)導(dǎo)致斷層內(nèi)組織的移動(dòng)、收縮或膨脹。斷層外的某些組織結(jié)構(gòu)會(huì)在掃描期間移入或移出成像的FOV。l表現(xiàn) 一般屬于不規(guī)則的條狀或陰影偽影，或使某些組織結(jié)構(gòu)的邊緣模糊而導(dǎo)致誤診。第37頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影l(fā)解決方法要求患者屏住呼吸以減少呼吸運(yùn)動(dòng)偽影；運(yùn)用呼吸運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)呼吸信號(hào)修正圖像的重建過(guò)程；縮短掃描時(shí)間；對(duì)掃描方案的改進(jìn)或?qū)ν队爸亟ㄟ^(guò)程進(jìn)行補(bǔ)償?shù)乃惴ㄒ部稍谝欢ǔ潭壬舷魅鮽斡?；設(shè)法減小采樣誤差最大的某些投影對(duì)重建圖像的貢獻(xiàn)。扇束進(jìn)行一圈掃

17、描時(shí)在掃描開(kāi)始和結(jié)束時(shí)的測(cè)量誤差最大。因此可使用加權(quán)函數(shù)（在掃描開(kāi)始和結(jié)束時(shí)數(shù)值接近0，在掃描中間部分函數(shù)取最大值為1）對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。 第38頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影u金屬偽影l(fā)原理金屬物體可以產(chǎn)生射線硬化效應(yīng)和部分容積效應(yīng)；金屬物體是高衰減物，在數(shù)據(jù)采集時(shí)容易發(fā)生超出數(shù)據(jù)采集電路下限的問(wèn)題；當(dāng)被掃描物體中有大量金屬時(shí)，投影信號(hào)的幅度很高，在濾波后將超出數(shù)字信號(hào)處理芯片的動(dòng)態(tài)范圍。第39頁(yè)/共43頁(yè)CT圖像偽影l(fā)偽影表現(xiàn) 同射線硬化效應(yīng)和部分容積效應(yīng)； 當(dāng)超出數(shù)據(jù)采集電路下限的問(wèn)題時(shí)，會(huì)出現(xiàn)與光子數(shù)不足類似的偽影，表現(xiàn)為高密度條紋。l解決方法 高kVp設(shè)置可以減少硬化效應(yīng)，薄層掃描可以降低部分容積效應(yīng)； 使用類似骨校正算法以減少偽影； 綜合硬化校正和自適應(yīng)噪聲濾波方法可提高圖像質(zhì)量； 用臨近無(wú)金屬區(qū)域的投影數(shù)據(jù)合成信號(hào)，將此信號(hào)代替金屬投影信號(hào)來(lái)重建圖像。第