【医学图像处理】CT成像技术之CT伪影

导致CT图像伪影的因素可以分类为：

• 物理因素
• 病人属性
• 扫描器因素
• 螺旋和多层切片因素

物理因素

光束硬化

X射线束具有不同能量的光子，这些能量在平均“束能量”附近变化。当光束通过密集区域时，较低能量的光子更有可能被吸收，而较高能量的光子则更有可能保留。这导致更高的平均束能量。聚焦增加的平均光束能量被解释为是由于它穿过相对于周围环境衰减较小的材料，因此分配了较低的Hounsfield单位，图像将被表示为更多的黑色。

束硬化伪像的概念表示如下图：

这在CT头颅扫描后的后颅窝中尤为常见，是因为其密集的岩骨。

cupping 伪影

这种束硬化伪像也产生了另一种伪像，称为 cupping 伪影。物体的中心通常是最厚的，因此，光束的中心比周围的光束更硬，并分配给较低的Hounsfield单位。可以使用“光束硬化校正”算法进行校正。

束硬化解决方案

• Pre-patient filter：吸收软X射线并最大程度地减少光束硬化伪像；
• Bow-tie filter: Pre-harden the x-ray beam

部分体积伪像

如果稠密的物体仅部分突出到检测器流中，则将衰减与其周围环境进行平均，并将为其分配较低的Hounsfield单位。在上图中，密集圆圈位于较不密集的背景上。物体充满检测器流2，导致非常高的衰减（白色）。在检测器流3中，没有一个密集物体被成像，因此衰减很低（黑色）。在检测器流1中，对象仅部分成像，因此衰减是密集对象与不太密集背景之间的平均值。

注意部分体积只会 减少物体的表观衰减，而不会 增加表观衰减。

投影不完整

一个对象可能会以一个投影而不是相对投影突出到切片中，尤其是在光束更发散的图像外围。如果发生这种情况，则会发生部分体积伪影的变体，其中由于成像过程中产生的不一致而使对象看起来有条纹。

例如，当患者的手臂靠在他们的手臂旁并且在某些投影中而不是在其他投影中成像时，可能会导致出现这些条纹伪影。

解决方案是使用更小的切片进行扫描。

光子饥饿

这是条纹伪影的另一个原因。在必须穿过更多材料（例如，穿过肩膀）的投影中，随着X射线束穿过更多的X射线，光子被吸收并从束中移除。这导致较小比例的信号到达检测器，因此，较大比例的噪声。条纹是由于噪声增加所导致的，这就是为什么它们会在被扫描对象最宽部分的方向上发生的原因。

解决方案

• 自适应滤波：衰减超过指定水平的区域在进行反投影之前被平滑

• mA调制：管架电流（mA）可以随着机架旋转而变化。较高的信号（更大的信号）用于衰减更大的投影，以减少光子饥饿的影响。所需的mA既可以从侦查视图中预先计算，也可以在检测器的反馈系统进行扫描时计算得出。

患者属性

金属制品

这种金属会产生束硬化和光子饥饿的假象。其他高衰减材料（例如IV对比度）也可能发生这种情况。

病人运动

运动伪影可能是由于：

• 吞咽病人
• 呼吸
• 心脏和血管的搏动
• 病人移动

如果患者或结构随着机架旋转而移动，则将检测到该对象处于多个位置并在图像中照此表示。

解决方案

• 扫描参数
• • 缩短扫描时间
• • 螺旋扫描
• • ECG门控：可用于在心电图最低的时候在ECG上的特定点上触发图像采集，也可以通过从特定ECG阶段重建采集的数据来追溯
• 患者参数
• • 屏住呼吸
• • 确保舒适的患者位置
• • 告诉病人保持静止并给出明确的指示

不完整的预测

如果有物体不在视野范围内，尤其是高衰减物体（例如手臂），则会在成像区域内形成条纹伪影，因为在某些投影中会检测到手臂，而在其他一些投影中不会检测到手臂，从而导致数据不一致。

扫描仪因素

Ring 伪影

如果检测器出现故障，并且检测器彼此之间的增益不同（它们在不同的基准下运行），则随着门架围绕患者旋转，该检测器将画出一个圆圈。在背投影时，这会引起环形伪影。

螺旋和多层切片因素

螺旋伪影

在螺旋扫描中，随着机架旋转，它也在z轴上移动。这意味着一排检测器沿螺旋路径移动。这可能会导致结构的伪影表示，这些结构在z轴上的形状或位置会发生变化，因为它们在图像重建中使用的不同投影将位于不同的位置。如今，由于扫描仪具有大量检测器且间距小于1，这种伪像已很少见。

锥形束伪像

这是由多层扫描仪引起的特殊伪像。随着扫描的部分每转增加，将使用更宽的准直度。因此，X射线束变为锥形而不是扇形，并且每个检测器在围绕患者旋转时所成像的区域都是体积而不是平坦的平面。生成的伪像类似于偏心物体的部分体积伪像。这在图像边缘特别明显。使用现代扫描仪，锥束重建算法可以纠正此伪像。

重建算法最大程度地减少了锥形束伪影。

20200424