影響圖像質量的參數

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二、影響圖像質量的參數

CT影像質量主要依賴於兩種參數,一是與劑量相關的參數,二是與影像處理和影像觀察條件相關的參數,這兩者與硬件相關。劑量相關參數有曝光因素、層厚、螺距、掃描時間和檢查容積。處理參數包括視野、重建矩陣大小、重建算法和與影像觀察相關的窗技術的設定。與患者劑量相關參數的影響,可通過對測試體模的測量進行量化評估。


1、層厚
層厚定義爲掃描野中心敏感斷面的最大值處的整體寬度。它的厚度可由操作人員根據臨牀需要進行選擇,通常位於1mm和10mm範圍之間。一般來講,層厚越大,對比分辨力(密度分辨力)越大;層厚越小,空間分辨力越大。如果採用較大的層厚,可以減低噪聲的影響,但是圖像也會由於部分容積效應的影響而減低診斷信息的可靠性;如果採用較小的層厚 (如1~2mm),可以減少部分容積效應,但是噪聲的影響會增大,使圖像的密度分辨力下降。
2、檢查容積
檢查容積或成像容積是指檢查區域的整體容積,定義爲最先和最後檢查層面的最外邊界。檢查容積的範圍取決於臨牀要求,通常來講,在其他掃描參數不變的前提下,容積值越大,患者的整體輻射劑量越高。所以,在滿足診斷要求的前提下應當儘量縮小掃描容積。
3、視野(FOV)
視野定義爲重建圖像的最大直徑,它的值可由操作人員靈活選擇,通常位於12~50cm的範圍內。選擇較小的FOV可增加圖像的空間分辨力,其原因同樣大小的重建矩陣,面積越小,像素尺寸就越小。FOV的選擇不能僅考慮增加空間分辨力的可能性,而且需要考慮是否能夠包括所有可能的病變區域。如果FOV太小,相關區域可能會從可視圖像中消失。
4、電壓與電流
一般來說,管電壓可選擇1-3種數值(80~140kV的範圍),但是常規掃描所參照的掃描程序已經設好了相應的電壓,操作人員一般不需要自行調節。除非特殊人羣或者特殊要求的掃描設計(例如嬰幼兒的心臟掃描)。當管電壓值和層厚設定以後,圖像密度分辨力的提高和噪聲的降低主要依賴於X線管電流(mA)和曝光時間(s)的增加,即mAs的增加。但是mAs的增加會提高患者的輻射劑量。基於此,與臨牀目的相關的影像質量應在患者劑量儘可能低的情況下獲得。爲了獲取臨牀信息,在需要較高信噪比的情況下,應該選擇較高的攝影曝光設定值(mAs)。
5、螺距
在螺旋掃描中,與常規方式掃描的一個不同是產生了一個新概念:螺距, 它是球管旋轉一週掃描牀移動距離與準直器寬度之間的比,具體公式爲:
螺距=球管旋轉360°牀移動距離(mm)/準直器寬度[mm]
螺距越大單位時間掃描覆蓋距離越長。意味着在其他條件不變得前提下,只需增加螺距即可在同一掃描時間內儘可能地多增加掃描距離。同樣,相同的掃描範圍,也可以通過增大螺距來縮短掃描時間。螺距的增大使得同樣掃描範圍內的光子量減少,當螺距大於1時,噪聲明顯增加,密度分辨力降低,減弱了軟組織的對比度。然而對骨組織影響不大,因爲骨本身與周圍的軟組織就具有很好的對比度。螺距的增加對空間分辨力的影響極小。爲了彌補這個缺陷,新的CT採用了自動電流調節功能,在增加螺距的時候,自動增加電流,這樣就避免了密度分辨力的降低。
6、重建算法
CT影像的外觀和特性在很大程序上依賴於數學算法的選擇。最常使用的一種是叫做平滑算法軟組織算法),它是優秀顯示血管、實質性臟器(肝、胰腺、脾、腎等)、肌肉等軟組織的算法。邊緣增強算法(骨算法)使得組織邊緣銳利化,因而適合用來觀察骨結構和肺紋理、支氣管的結構與變化。重建算法對密度分辨力和空間分辨力的影響是一對矛盾,邊緣增強算法使圖像的邊緣更清晰、銳利,但降低了圖像的密度分辨力;平滑算法提高了密度分辨力,而邊緣、輪廓表現不及邊緣增強算法。兩者是相互制約的,參數的優化不能同時提高密度分辨力和空間分辨力,因此在觀察軟組織等低對比結構時,所選參數要有利於密度分辨力的提高(軟組織算法);觀察骨骼、顱底、肺紋理等高對比結構時要側重於空間分辨力的優化(骨算法)。多層螺旋CT由於採集數據可以重複應用,同樣一組採集數據,可以分別根據不同的要求,使用幾種重建算法,重建出不同特點的CT圖像。
7、重建間隔
當螺旋掃描的容積採樣結束後,二維圖像可以從任何一點開始重建,而且數據可以反覆使用。這樣就出現了一個新的概念:重建間隔。 其定義是每兩層重建圖像之間的間隔。例如:掃描範圍爲100mm,準直寬度爲10mm,如果重建間隔爲10mm,將獲得類似常規斷層掃描的10幅圖像,如果重建間隔爲5mm,將獲得20幅10mm層厚圖像,產生數據交叉重疊的圖像。同樣掃描範圍內,重建間隔越小,重建出的圖像數量越多。當然每幅圖像的重建時間一樣,重建間隔的增加勢必增加整個圖像重建的時間,即總重建時間等於重建層數乘以每層重建時間。減小重建間隔的一個優勢是降低部分容積效應的影響,例如,層厚10mm,病竈直徑也是10mm,重建間隔等於層厚時,一旦病竈正好落入兩層之間,要麼病竈被遺漏,要麼病竈的顯示密度不真實,可能誤診或漏診。縮小重建間隔則會避免這種機會的發生。縮小重建間隔的另一個優點是提高MPR及三維後處理圖像的質量,如果重疊30~50%,會明顯改善MPR以及MIP、SSD、VR、VE等的圖像質量。
8.窗寬與窗位
監視器上CT圖像的亮度變化是以灰階形式顯示的,而數字圖像中用以代表象素CT值的亮度則是人爲設置的,這樣在視窗技術中就出現了兩個新的概念:窗寬(window width)和窗位(window level),後者又稱窗水平或窗中心。窗寬是指監視器中最亮灰階所代表CT值與最暗灰階所代表CT值的跨度,窗位是指窗寬上限所代表CT值與下限所代表CT值的中心值。如骨窗( 2000,400)是指最亮灰階所代表CT值與最暗灰階所代表CT值的差是2000個Hu,最亮設爲1400Hu,最暗設爲-600Hu,窗中心爲400Hu。換句話說,窗寬確定所觀察圖像中CT值變化的跨度,窗位則決定觀察變化的區域。
要觀察不同的組織或病變,必須選擇適當的窗寬和窗位。窗位一般與需要顯示的組織即靶結構的密度相近,這樣比靶結構密度高的病變和密度低的病變都能有亮度差別而容易分辨;窗寬則以儘可能既覆蓋所要觀察的結構的密度變化範圍,又顯示正常與病變組織間最小差別爲宜。在一幅圖像上,可能同時需要多個視窗才能體現病變特點,因此,視窗的應用是靈活、多樣的。


三、注意解剖學標準與物理學標準的差異


在CT檢查中診斷要求所表述的影像標準有兩種,即解剖學影像和物理學影像標準。解剖學影像標準包括能夠顯示不同正常組織之間的差別,使其能夠被明確辨認;能夠顯示正常組織與病變組織之間的差別,以保證病變組織的檢出;能夠顯示不同病變組織間的差別,以分析病變組織的性質。
物理學影像標準是通過物理學方法進行測量,它們包括圖像像素的噪聲、低對比分辨力和空間分辨力 、線性、CT值的均勻性和穩定性、層厚和劑量參數。它是從事CT工作的單位實施的質量保證程序,以保持CT性能處在最佳狀態。物理學影像標準被定義爲常規檢驗。
我們對圖像質量的要求,更重要的是解剖學的標準。有些時候,在沒有達到物理學標準的情況下,就可以滿足解剖要求,此時我們沒有必要過分強調物理學的標準,例如有時雖然解剖結構清晰可辨,不影響診斷,但是背景噪聲較大,此時我們應當容忍適當背景噪聲,以儘量降低病人的輻射劑量。有些時候則即使達到物理學標準,仍不能滿足解剖學的標準要求。
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