CT 圖像偽影 (artifact) 是指重建圖像上與實際解剖結(jié)構(gòu)不相符的密度異常變化。CT 圖像比傳統(tǒng)平掃X線更容易出現(xiàn)偽影，這是因為 CT 圖像是由成千上萬獨立的原始測量數(shù)據(jù)重建而得，而計算機重建的一個假設(shè)性前提是這些原始數(shù)據(jù)是精確而穩(wěn)定的，故任何不精確的和不穩(wěn)定的原始數(shù)據(jù)均會對 CT 圖像造成很大的影響。CT 偽影主要會造成 3 個方面的問題:1)使圖像質(zhì)量下降，甚至無法分析；2)掩蓋病灶，造成漏診；3)出現(xiàn)假病灶，造成誤診。偽影按照形狀及來源，可有以下分類：本篇文章將對不同類型的CT 圖像偽影產(chǎn)生的機理和成因進行分析，介紹避免、抑制和消除CT 常見圖像偽影的技術(shù)和方法。

01

基于系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)的圖像偽影

01

線束硬化

當(dāng)連續(xù)能譜的 X 射線經(jīng)過人體時，能量較低的 X 線優(yōu)先被吸收，高能量 X 射線較易穿透，在射線傳播過程中，平均能量變高，射線逐漸變硬，稱之為線束硬化(beam hardening)效應(yīng)。線束硬化會產(chǎn)生暗帶和條狀、杯狀偽影。

對于射線硬化導(dǎo)致的偽影，除使用領(lǐng)結(jié)式過濾器外，可增加使用 X 射線過濾器或者利用迭代重建算法提高不同物質(zhì)邊界的識別度硬化；對顱底偽影，也可以通過操作者采用薄層掃描的方法。

02

部分容積效應(yīng)

部分容積效應(yīng)(partial volume)是指CT圖像上各個像素的數(shù)值代表相應(yīng)單位組織全體的平均CT值，它不能如實反映該單位內(nèi)各種組織本身的CT值。例如，X線球管旋轉(zhuǎn)過程中只在某些角度照射到這個器官的一部分，而在另一些角度又完全照射不到。導(dǎo)致A器官的一小部分被誤歸納入B器官。

部分容積效應(yīng)的修正可以用薄層掃描，但有可能增大噪音，這時可以多掃描幾張，然后取平均值。

03

光子不足

穿過病人到達探測器的光子不足(photon starvation)，投影噪聲迅速增大。比如X射線旋轉(zhuǎn)過程中，X射線從病人肩部的左邊入射，但無法穿透到右邊，抵達探測器的光子不足，而產(chǎn)生偽影。

對于光子不足的條紋偽影可以有多種方法抑制。可使用濾波：當(dāng)衰減超過指定閾值時，在進行反投影之前加用平滑濾波；也可以動態(tài)調(diào)整管電流，在球管通過較厚部位時使用較大的管電流。?

04

欠采樣偽影

根據(jù)Nyquist采樣定理，原始數(shù)據(jù)的采樣頻率必須等于/大于被采樣信號最高頻率的2倍。CT采樣中當(dāng)徑向和角度采樣間距明顯大于像素大小時，稱為該方向欠采樣(undersampling)。采樣間隔過大可能導(dǎo)致計算機對與尖銳邊緣和小物體的信息配準(zhǔn)錯誤，顯示為細條狀混疊偽影(aliasing)從密集結(jié)構(gòu)的邊緣向遠處輻射。

對于欠采樣偽影可通過基于位置校正的1/4探測器偏移法和飛焦點技術(shù)和自適應(yīng)幀合成技術(shù)等來進行處理。

02

基于患者本身的圖像偽影

01

運動偽影

在CT 掃描數(shù)據(jù)采集過程中，若該斷層內(nèi)被測物發(fā)生移位，將導(dǎo)致投影數(shù)據(jù)不一致，而產(chǎn)生運動偽影(Motion artifact)。病人的運動導(dǎo)致圖像產(chǎn)生模糊、雙重圖像或條紋狀偽影，并且偽影的嚴重程度和病人運動方向有關(guān)。

對于減少運動偽影則可以從病人和機器兩方面考慮， 比如:

??? 1)指導(dǎo)病人呼氣、吸氣；

??? 2)可以給病人注射鎮(zhèn)靜劑；

??? 3)通過球管掃描的開始位置與運動的方向?qū)R,使運動偽影最小化；

??? 4)心電、呼吸門控技術(shù)；

??? 5)應(yīng)用特殊的重建技術(shù),如運動偽影校正算法等。

02

金屬偽影

X線被高密度物質(zhì)如假牙、手術(shù)夾、電極等作用后急劇衰減，導(dǎo)致對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)失真，丟失周圍的密度組織X線衰減信息所致。表現(xiàn)為從金屬區(qū)域發(fā)出的條狀偽影。?

對于對于金屬偽影(metallic materials)的處理，則可以在掃描開始前,取下金屬物體；對于不能取下的，可采用一定的機架角度避免金屬進入掃描范圍；對于當(dāng)不能避開的金屬物，可用提高kV值，可減少線束硬化效應(yīng)，或采用薄層將會減少部分容積偽影。也可選用金屬偽影消除算法進行重建。

03

不完全投影

當(dāng)被掃描物有一部分在掃描區(qū)域外時,則會出現(xiàn)部分投影數(shù)據(jù)被截斷, 不能充分被利用于圖像重建。投影不完全(incomplete projections)可產(chǎn)生被截斷的投影在截斷物體邊界明亮的條紋偽影,投影數(shù)據(jù)截斷越大，偽影越多。例如肥胖的受檢查者，腹部掃描時，只照射到手的一部分，而沒有完全包括手。

投影數(shù)據(jù)不完全而導(dǎo)致的偽影，首先應(yīng)將病人精確放置在掃描中心，然后采用軟件算法校正。

03

?基于探測器的圖像偽影

01

環(huán)形偽影

在螺旋 CT 中，會由于一個或多個探測器通道性能差異而出現(xiàn)同心圓環(huán)形或圓弧偽影(ring artifact)。環(huán)形偽影的強度是由固定通道誤差所產(chǎn)生的，靠近中心的探測器誤差最大，所產(chǎn)生的圓環(huán)信號最亮，靠外周的探測器誤差越小，所產(chǎn)生的圓環(huán)信號越暗。

“醫(yī)工研習(xí)社”補充：1)判斷某個或幾個探測器通道有問題的最快方法是看定位像，如下圖所示。一旦定位像有白色亮條，基本確定探測器模塊有問題。

定位像白色亮條偽影

2)如定位像沒有白色亮條，空氣校正無法解決，多半是補償器有裂縫。因為如補償器裂縫較大，空氣校正是補償不過來的。因此，需要更換補償器或者更換準(zhǔn)直器。

空氣校正無法解決的環(huán)狀偽影補償器開裂如出現(xiàn)環(huán)形偽影，應(yīng)聯(lián)系廠家工程師對探測器模塊進行維修或更換。?

04

螺旋和多層掃描產(chǎn)生的偽影

01

螺旋掃描方式在軸位圖像上的偽影

螺旋掃描方式在軸位圖像上的偽影(helical artifacts in the axial plane)，是指沿著Z軸進行螺旋掃描，對于在Z方向上形狀變化很快的結(jié)構(gòu)(比如頭頂)，內(nèi)插算法會導(dǎo)致Z方向上的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生偽影。隨著螺距的增大，偽影的影響增大。如今，由于CT具有大量的探測器且如果設(shè)置螺距小于1，這種偽影已很少見。

02

錐形偽影和風(fēng)車偽影

隨著探測器使用的排數(shù)增加，CT使用更寬的準(zhǔn)直寬度，X射線束變?yōu)殄F形(cone beam)而不是扇形，且每個檢測器在圍繞患者旋轉(zhuǎn)時所成像的區(qū)域都是體積而不是平坦的平面。生成的偽影類似于偏心物體的部分體積。這個情況在圖像邊緣特別明顯，可使用現(xiàn)代CT的錐束重建算法已可以糾正錐形偽影。

差值是導(dǎo)致風(fēng)車偽影(windmill artifacts)的根本原因，與螺距和層厚等掃描參數(shù)的設(shè)置有關(guān)。?

03

階梯偽影和斑馬偽影

在多排探測器行CT錐束掃描中，投影平面(從X射線源到探測器的行定義出的平面)與軸平面不完全平行(除了最中間垂直那行探測器)。在最簡單的2D FBP重建中，每條檢測器行的投影平面根據(jù)它們與旋轉(zhuǎn)中心相交的位置分配給最近的軸向平面。如果在軸向平面和投影平面之間在Z方向上存在有一定梯度的目標(biāo)物體時，則將生成條紋(斑馬偽影,zebra artifact)以及階梯狀偽影(stair step artifact)。可以使用薄層掃描，或使用自適應(yīng)多平面重建(AMPR，Adaptive Multiple Plane Reconstruction?)減少這些偽影，AMPR使用傾斜平面進行重建。相關(guān)推薦：

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總結(jié)

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