图像质量控制与性能检测

十、CT图像质量控制与性能检测

CT图像质量直接决定病变的定位和定性诊断的准确性。要保证CT图像质量，必须加强CT图像形成过程中每一环节的质量控制，掌握质控标准和达到该标准的每一步骤和方法。

(一)影响CT图像质量的因素

影响CT图像质量的因素很多，如各种图像质量参数、扫描技术参数，这些参数之间又相互影响和制约。

1．CT的分辨率(CT resolution)　包括空间分辨率和密度分辨率，是判断CT性能和评价CT扫描图像质量的重要指标，体现了CT图像质量与重建图像像素值误差的大小和分布，以及图像像素值与物体真实值之间的差异。

2．噪声和伪影(noise and artifact)　噪声分两类，即组织噪声和扫描噪声，是单位体积(体素)之间光子量不均衡，导致采样过程中接受到的某些干扰正常信号的信息，即均匀物质的成像过程中，其像素CT值的标准偏差。检测标准为信噪比(signal noise ratio，SNR)。噪声表现为图像的均匀性差，呈颗粒性，密度分辨率明显下降。其主要来源有三个方面:一是探测器方面，它包括X射线的量、探测器的灵敏度、像素的大小和准直器的宽度;二是系统元件方面，如电子线路元件和机械震动因素;三是重建方法和散射等。噪声与X射线光子量的关系是:X射线光子量增加4倍，图像的信息量增加1倍。

在临床扫描工作中，如遇检查部位较厚、重叠较多或密度较大的组织时，为了减少原始图像的噪声量，必要增加X射线光子量，即选择较高电流和较长的扫描时间。扫描时间延长1倍，图像的信息量增加1倍，主要用于检查密度差别较小的组织，以提高病变的检出率。对于病变较小，采用薄层扫描时，由于像素量的增加，为了保证每个像素的X射线光子的量，减少噪声，也应增加X射线光子量。

(1)伪影的产生　是指在CT扫描过程中，由于种种原因(常见为设备和病人)造成正常CT图像的虚假影像。伪影主要来源于两个方面:一是机器的性能;二是病人本身。

(2)减少因设备造成伪影的方法　对机器进行严格的性能检验和选型;CT设备安装后准确的调试和校准、定时的维修和保养;必须保证周围环境的稳定，如必须配备稳压装置，室内的温度和湿度要恒定。

(3)减少因病人造成伪影的方法　对于运动所致伪影，可用提高电流、缩短扫描时间的方法来克服，有时可采用镇静或安眠病人，对于内脏器官的不自主运动，可采用肌内注射654－2或胰高血糖素来抑制。对于被检组织相邻部位密度差太大所致伪影，可用减小组织的密度差，适当加大窗宽来克服，如在扫描前口服水来减少胃泡气体所致伪影对腹部脏器的干扰。对于被检部位的高密度异物所致伪影，CT扫描无法避免，只能通过加大窗宽来减轻干扰。

3．部分容积效应(partial volume effect)和周围间隙现象　减少部分容积效应的方法:一是正确设置标准的体位;二是对小于层厚的病灶，必须采用薄层扫描;三是力求在病灶中心测量CT值，感兴趣区面积要小。

一般认为，周围间隙现象是部分容积效应的一种特殊现象，减少它的办法同减少部分容积效应的方法一样，主要是采用薄层扫描。

4．X射线剂量与层厚(X－ray dose and slice thickness) 　X射线剂量主要是通过改变管电流和扫描时间来决定，管电流大(小)，扫描时间长(短)，相应的X射线的剂量大(小)。选择原则:在保证图像质量的前提下，尽可能降低病人所接受的X射线剂量。X射线剂量减少，图像的噪声加大，图像质量下降，反之亦然。对于密度较大的组织或微小的结构显示，为了保证图像质量，必须加大剂量，以提高图像的密度分辨率和空间分辨率。

层厚指断层图像所代表的实际解剖厚度，它是影响图像质量的重要因素。层厚越薄，图像的空间分辨率越高，此时探测器所获得到的X射线光子数减少，CT图像的密度分辨率下降;增加层厚，探测器所获得到的X射线光子数增多，密度分辨率提高，而空间分辨率下降。

CT扫描层厚的大小主要根据组织和病变的大小而定。小病灶和微小结构的显示，必须采用薄层扫描或薄层加重叠扫描，同时要适当增加X射线剂量。大病灶或组织范围较大的部位，应选择厚层扫描，层厚和层间距尽量相等。对病灶内部结构及细微信息的显示，必须进行薄层扫描，以利观察细节和测量CT值，帮助定性。

5．视野与过滤函数(field of view and filter function)　视野(FOV)即观察的范围，分为扫描观察范围(SFOV)和显示观察范围(DFOV)。

重建像素=显示野/矩阵

过滤函数又称重建算法，是图像重建时所采用的一种数学计算程序。在图像重建过程中，常采用标准数学算法、软组织数学算法和骨细节数学算法3种算法。

(二)图像质量控制内容

根据欧共体工作文件(EUR16260EN．1996．6)，CT图像质量控制内容(contenets of image quality control)包括以下4个方面。

1．诊断学标准(diagnostic standards)　包括影像解剖学标准和物理学影像标准。影像解剖学标准必须满足临床提出的诊断学要求，这些标准可通过解剖特征的“可见度”和“清晰显示”来表达。物理学影像标准是通过客观方法进行测试，它依赖于CT设备的技术性能和扫描参数，可通过体模测试对以上参数进行量化测定，通过伪影的显示来评估。

2．成像技术条件(image technique conditions)　层厚、层间距、视野、扫描机架倾斜角度、曝光参数、检查体积、重建方法、窗宽、窗位等。

3．临床和相关的性能参数(clinical and relative function indexes) 　CT检查应回答临床的问题、患者准备(包括合作、交流、禁食、体位、运动、对比剂的服用、防护屏蔽等)、扫描方法、影像观察条件、照片冲洗等。

4．受检者辐射剂量(radiation dose of patients) CT检查的辐射剂量相对较高，检查中对受检者辐射剂量的约束应予以特别重视，在不影响单次检查诊断价值的前提下，应低于正常参考值的剂量。

(三)图像质量控制方法

1．提高空间分辨率　即提高每厘米内的线对数。探测器的孔径要尽量窄，探测器之间的距离要尽量小。探测器的数量越多，空间分辨率越高。在图像重建中采用骨算法，能勾画边缘，使其更加锐利。

2．增加密度分辨率　密度分辨率主要取决于每个体素接受的X射线光子的量，即增加探测器吸收的X射线光子数。通过提高管电压、管电流和曝光时间(毫安秒)来实现。采用大像素，厚层，可以使单位体积的光子量增加。采用特殊的过滤方法，提高信噪比，相对降低噪声，增大被检组织的几何尺寸，密度分辨率也可提高。

3．降低噪声　噪声大小受层厚、X射线剂量大小和重建算法等因素的影响。克服办法:首先是减小扫描层面的厚度，提高CT值的测量精度;其次是提高X射线的曝光条件，增加曝光量;再次是增大像素，提高单位体积的光子量;最后是提高探测器的质量，在图像重建中采用恰当的算法(标准算法或软组织算法)。

4．消除伪影　内容见噪声和伪影部分。

5．减少部分容积效应的影响　图像质量控制的方法很多，X射线剂量、扫描层厚、扫描野、算法、窗口技术等任意一个或多个参数的改变，图像的质量将随之改变。了解单个或多个参数对图像质量的影响，才能真正掌握图像质量控制的方法。另外，熟悉人体解剖，掌握各系统疾病的影像诊断知识，对图像质量控制的改进有很大的帮助。

(四)CT性能检测

1．扫描重建时间及周期

(1)扫描时间(scanning time)　是CT机性能的主要技术指标。一般的CT设备都设置有几种扫描时间供扫描选择，短的扫描时间可以有效地减少或消除病人运动而造成的成像结构的变形和衰减值的失真。CT发展趋势是从提高扫描速度来提高图像质量，包括缩短数据采集时间。扫描时间太短，会增加图像噪声，要减少图像噪声，又必然增加病人的辐射剂量。

(2)重建时间(reconstruction time)　是阵列处理机在主控计算机的控制下，将原始数据重建成显示数据矩阵所需要的时间，也就是扫描完毕到图像显示在监视器上的时间。重建时间与重建矩阵、阵列处理机的运算速度和内存容量有关。重建时间缩短，除提高了扫描效率外，还可不断修正和补充扫描计划。

(3)扫描周期(scanning cycle)　是指从第一层面扫描开始到下一层面扫描开始的最短时间间隔，是评价常规CT机器的重要指标之一。通过扫描周期的评价，可间接观察X射线球管的质量和计算机的运行速度。

2．空间分辨率(spatial resolution)　见前述。

3．密度分辨率(contrast resolution)　见前述。

4．图像噪声(imaging noise)　见前述。

5．辐射剂量(radiation dose)　 X射线剂量系指在X射线的扫描过程中，扫描被检体所使用的X射线的剂量，分照射剂量和吸收剂量。测量方法是利用X射线照射空气，测量空气中产生的正负电荷。它作为CT机的一项重要的技术指标，反映的是X射线的强度和硬度。

6．伪影(artifact)　见前述。

7．机器的安装、调试与校准(machine installation and calibration)　机器的安装、调试与校准直接影响CT图像质量。安装时要保证CT机房的设计与布局合理，除严格按照防护原则设计X射线的防护外，还要考虑既能充分发挥CT机各部件的功能，又能合理利用有效的空间开展日常的检查工作。CT机属贵重精密仪器，含计算机和大量精密元器件，为保证元器件的散热和磁盘机的稳定，CT机房和计算机房必须防尘，温度保持为18～25°，湿度以40％～65％为宜。电源功率要足够大，工作频率稳定。

安装CT机必须注意:①开箱检查时要对照装箱单清点装箱内容，核对名称和数目，有无元器件损伤;②避免多次搬动造成损坏，各部件的放置应事先安排，尽量一次到位;③必须检查电源电压、频率和功率是否符合设备的要求，电缆槽和各联线的安排是否合理。

调试与校准工作基本上用软件完成，内容有:X射线的产生、探测器信号的输出、准直器的校准、检查床的运行、图像显示系统和照相机的调试等。

调试内容完成后，进行水模测试，目的是测试横断面照射野范围内X射线剂量的均匀一致性和CT值的准确性。照射剂量一致性的测试通常由CT机附带软件完成，要求在圆形水模的图像中间和四周(中心及偏离水模边缘1 cm的12、3、6和9点钟的位置)各设置一个测试区。

照射野范围内X射线剂量不均一的产生原因，是机架扫描圆孔的范围内处于中间部分的射线路径较长，导致了扫描过程中X射线束的硬化。X射线束的硬化通常由CT机内的软件来校正，在扫描过程中，尽可能将患者置于机架扫描孔的中央。