多层螺旋CT图像常见伪影的影响因素与解决方案

钱根年 陈自谦* 付丽媛 赵春雷 陈蕾蕾

[文章编号] 1672-8270(2017)05-0018-05 [中图分类号] R197.39 [文献标识码] A

多层螺旋CT图像常见伪影的影响因素与解决方案

钱根年①陈自谦①*付丽媛①赵春雷①陈蕾蕾①

[文章编号] 1672-8270(2017)05-0018-05 [中图分类号] R197.39 [文献标识码] A

目的：探讨多层螺旋CT成像过程中常见伪影的影响因素与解决方案，提高图像质量，获取优质的CT影像。方法：选取139例患者64层螺旋CT扫描后的影像资料，其中头部伪影38例、胸部伪影53例、腹部伪影29例以及盆腔伪影19例，对CT图像伪影的形态和成因逐一进行分析。结果：头部伪影包括：射线束硬化伪影24例、探测器故障伪影1例、斑马样伪影2例、运动伪影1例、金属伪影10例；胸部伪影包括：射线束硬化伪影8例、部分容积效应伪影9例、光子不足伪影9例、欠采样伪影1例、散射伪影3例、运动伪影21例、金属伪影1例、投影数据不完全伪影1例；腹部伪影包括：部分容积效应伪影10例、散射伪影5例、运动伪影4例、金属伪影10例；盆腔伪影包括：光子不足伪影5例、金属伪影14例。分析产生伪影的原因，主要为设备固有因素与检查技术因素两类；提出相应解决方案。结论：多层螺旋CT图像的伪影与设备固有及成像检查技术的诸多因素有关，优化扫描技术参数，可有效消除、抑制或避免图像伪影，获得优质图像。

多层螺旋CT；伪影；图像处理；图像质量；原因分析；质量控制

[First-author’s address]Medical Imaging Center, Fuzhou General Hospital of Nanjing Military Command, Fuzhou350025, China.

多层螺旋CT(multi-slice spiral CT，MSCT)图像伪影是指受检体本身并不存在的组织或物体，在MSCT重建的图像中可以显示的影像。MSCT伪影的出现使图像质量明显下降，甚至无法正常判读；掩盖病灶，导致漏诊；以至图像中出现病灶假像，造成误诊。因此，准确认识伪影的常见类型和产生的原因，提出解决方案，对有效抑制以至消除伪影，提高图像质量具有重要的意义。为此，本研究对139例患者64层螺旋CT扫描后的伪影影像资料进行分析，探讨避免伪影产生、改善图像质量的技术与方法。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2012年1月至2015年12月解放军福州总医院139例患者CT扫描后的影像资料，其中男性76例，女性63例；年龄23～71岁，中位年龄49岁；头颅伪影38例，胸部伪影53例，腹部伪影29例，盆腔伪影19例。

1.2 仪器设备

采用64层螺旋CT扫描系统(荷兰飞利浦)，球管热容量为8 MHU的金属陶瓷X射线球管，最薄扫描层厚为0.625 mm，机架单圈360°，旋转时间为0.33 s。

1.3 检查方法

(1)患者准备。①嘱患者移去身上携带的所有金属物品，对于腹部扫描患者，检查前饮水500～800 ml；②告知患者大致检查过程，针对不同扫描部位采取不同的屏气要求(如胸部采用深吸气后屏气，腹部采用平静呼吸下屏气)。

(2)扫描方式。①头部平扫：自颅底下方扫至颅顶以上，管电压为120 kV，管电流为150 mAs；②胸部低剂量平扫：在吸气末进行扫描，自肺尖至两肋膈角下方，管电压为120 kV，管电流为50 mAs；③腹部平扫：在平静呼吸下屏气进行扫描，自膈顶上扫至髂嵴水平，管电压为120 kV，管电流为120 mAs；④盆腔平扫：自髂嵴水平扫至耻骨联合下缘，管电压为120 kV，管电流为100 mAs。

2 结果

139例患者的MSCT图像显示：①头部伪影38例，其中射线束硬化伪影24例、探测器故障伪影1例、斑马样伪影2例、运动伪影1例、金属伪影10例；②胸部伪影53例，其中射线束硬化伪影8例、部分容积效应伪影9例、光子不足伪影9例、欠采样伪影1例、散射伪影3例、运动伪影21例、金属伪影1例、投影数据不完全伪影1例；③腹部伪影29例，其中部分容积效应伪影10例、散射伪影5例、运动伪影4例、金属伪影10例；④盆腔伪影19例，其中光子不足伪影5例、金属伪影14例。分析伪影表现例数及其原因见表1；(如图1～4所示)。

表1 139例患者图像伪影表现及原因分析

图1 射线束硬化引起的条状伪影

图2 光子量不足引起的明暗条纹伪影

图3 运动模糊伪影

图4 高密度放射状伪影

3 分析与讨论

引起MSCT图像伪影的因素较为复杂，常常一个原因或一个因素可以导致多种伪影同时存在，且表现形式多种多样。根据MSCT图像伪影产生的原因可分为设备固有因素和检查技术因素两类。

(1)设备固有的因素。包括：①与MSCT成像原理及机器特有的结构相关所致的伪影，扫描方式选择不当、探测器出现故障以及一些特殊解剖结构的扫描部位，如肩关节、后颅窝等进行扫描时，图像质量往往会明显下降；②由于MSCT所使用的内插算法导致的伪影，该伪影在大螺距螺旋扫描的图像上表现尤为明显。

(2)检查技术的因素。患者体表或体内不可去除的金属及患者运动所导致，前者常见于一些手术患者的体内金属置入物，如颅脑手术金属夹，骨科的内固定钢板等；后者多由患者躁动或扫描时不能配合呼吸运动而出现。

3.1 设备因素

3.1.1 X射线束硬化

(1)形成原因。MSCT球管产生的X射线光子能量不一，不是狭束单能射线源，其X射线源具有一定频谱宽度，简而言之，由于X射线能量的增加，导致吸收系数随之减小，因此，当具有连续能谱的X射线穿过人体后，身体组织吸收射线能量较低的X射线，能量较高的X射线则直接穿透，最后，引起穿过人体后的射线束的平均能量就会变高，射线束的硬度变强，此效应称之为射线束硬化。射线束硬化所出现的伪影表现为杯状伪影和条状伪影两种。前者发生在X射线源穿过均匀物质时，表现为边缘部分的CT值比中间的CT值稍高，CT图像上就会出现边缘白而中间稍黑的情形，即杯状伪影。而后者则出现在CT增强扫描时对比剂浓度不同的血管间，或受检者的2个致密结构之间，如后颅窝等。

(2)解决方案。①配置X射线过滤器，滤去能量相对较低的X射线；②采用校正方法，从实现原理上，可以分为硬件和软件两大类：硬件方法是在MSCT设备的特定部件上加装校正设备，从而起到校正、抑制射线束硬化。硬件校正方法有滤波片和水袋校正法。软件方法主要是依据射线束硬化伪影形成的机理，对已经得到的X射线投影图像利用一定的校正算法进行后处理，目前常用的软件方法主要有迭代校正法和双能量法等[1]。前期的MSCT设备大部分采用反投影法重建图像，其优点是图像重建速度快，但射线束硬化伪影常常会出现[2]。近年来，随着计算机软硬件的快速发展，迭代法重建已引入MSCT图像的重建中，明显地减少了伪影，极大的提高了图像的质量[3]；③调整检查体位，改进检查技术。如增强扫描时，注射对比剂的速率及注射部位进行适当的优化，病变在右侧，则选择左侧肢体为注射部位。对难以避免2个致密结构之间，如后颅窝部位进行扫描时，则采用螺旋扫描去伪影重建等。本研究32例头部及胸部出现的射线束硬化伪影，经处置后均得到相应的改善，甚至消失[4]。

3.1.2 部分容积效应

(1)形成原因。在MSCT扫描成像过程中，由于图像的CT值是指某一感兴趣区内所有组织的平均CT值，受此影响，当病灶小于扫描层厚时，在CT图像中得到的CT值并不能反映某一组织真实的CT值，如较小的高密度病灶被包含在低密度组织中，其真实的CT值往往会偏低；反之，较小的低密度病灶被包含在高密度组织中，其CT值比真实的组织CT值偏高，此现象被称之部分容积效应。部分容积效应可产生条状和带状的伪影。

(2)解决方案。减小层厚是避免部分容积效应的最直接方法，即采用薄层扫描，或者使用相关软件可以进行校正。本研究胸腹部出现部分容积效应伪影的19个病例，对于发现的小病灶，进行薄层扫描后，部分容积效应得到改善，病灶的显示率极大提高。

3.1.3 曝光时光子数不足

(1)形成原因。在MSCT图像的预处理过程中，测量光子和图像的噪声成反比，光子数越少，即曝光量较低时，通过反投影重建时，所获得的CT图像噪声就会变大，光子波动较明显时，在MSCT图像中则出现直线样的明亮或暗淡的条纹伪影[5]。在扫描较厚的人体部位时，X射线的衰减较明显，此伪影表现尤为突出，比如肩部、纵隔及髋部等[6-8]。

(2)解决方案。①在扫描过程中管电流作适当的增加；②将患者体位作适当的调整；③对扫描参数进行优化。本研究胸部9例，盆腔5例由于光子不足导致的伪影，经过相应处置后，伪影得到了抑制。

3.1.4 欠采样伪影

(1)形成原因。X射线球管几何形状、焦点及探测器单元尺寸等因素影响MSCT信号的采集最大频率，由于不足的投影采样，计算机图像处理时，由于记录较小物体的信息和缺乏锐利边缘的图像时会导致丢失，因此，在图像的锐利边缘附近较易呈现混淆条纹伪影[5，9-10]。

(2)解决方案。①利用自适应帧合成技术进行处理；②采用飞焦点技术和基于位置校正的1/4探测器偏移法。由于本研究病例中，使用CT设备的图像采集为飞焦点技术，故在胸部扫描时仅发现1例。

3.1.5 探测器故障伪影

(1)形成原因。目前的MSCT基于第三代CT的设计理念，因此，当通道中的一个或多个探测器性能出现差异时就会出现伪影。当相邻的连续的数个通道出现差异时，带状伪影就会在CT图像上呈现。如果某个探测器出现数据的差异，CT图像会逐渐出现正常CT值的偏差，而每一帧采集得到的数据经反投影重建图像时，就会呈现出一条直线，在整个扫描过程中，如果误差持续存在，就会产生一系列到旋转中心距离固定的直线，当接近尾部的直线被抵消时，就会重建出一个环状伪影[5，11-12]。误差最大的探测器位于其中心区域，外周的探测器误差较小，因此，中心区域的圆环信号较亮，外周的圆环信号稍暗。探测器的温度、湿度未控制在允许范围内，较易产生此伪影[13]。

(2)解决方案。①检查室温度控制在18～22℃，湿度保持在40%～60%，保证恒定、适当的温度和湿度；②定期维护数据采集系统，完善图像处理系统。本组病例中，仅出现1例此伪影，经过维护和校正后，伪影消失。

3.1.6 散射伪影

(1)形成原因。穿透人体的X射线，X射线光子与人体组织的原子间相互作用，可产生多种效应，如发生康普顿散射效应和光电效应等，当偏离了正常轨道的散射光子及偏离X射线强度的真实数据信号被探测器接受时，散射效应由此就不可避免的产生。散射效应的出现，增加了图像的噪声，降低了图像的对比度，在CT图像中表现为条状伪影。

(2)解决方案。①在X射线管窗口安装准直器；②使用软件校正技术。此伪影在受检组织较厚的部位易出现，本研究病例中，胸腹部出现8例，均为肥胖患者。

3.1.7 内插算法导致的伪影

(1)形成原因。由于螺旋CT独特的扫描方式，即X射线球管曝光与检查床移动同时进行，以内插重建算法的方式重建图像。随着扫描检查床的移动，多层螺旋CT采集到的是螺旋状的数据信号，要使数据信号整合在同一平面上，必须应用插值算法，再进行重建图像。在横断面图像上则表现为阶梯样，在MPR和三维重建图像中显示为斑马样条纹[14]。因此，阶梯状、斑马样伪影的产生是螺旋CT一个小的缺陷。

(2)解决方案。①采用较合适的插值算法；②尽量采取小螺距或薄层扫描；③操作时，受检部位的中心线要与扫描中心重合。由于多层螺旋CT的软硬件技术的飞速发展，此类伪影较少出现，本研究病例中，头部扫描时发现2例，主要是由于该患者采用较厚的扫描层厚而导致。

3.2 检查技术因素

3.2.1 患者运动伪影

(1)形成原因。由于生理性运动，如心脏跳动、胃肠蠕动或当患者躁动无法抑制时，会使被扫层平面与实际扫描平面存在一定的偏离，造成不一致的投影数据，导致重建的图像上产生伪影，CT图像的伪影受患者运动的严重程度及其方向密切相关，通常会使CT图像中产生条状伪影或阴影[15]。

(2)解决方案。①检查前做好呼吸训练，指导受检者采用合适的呼吸方式配合完成检查；②对于无法配合的受检者，必要时可注射一定的镇静剂；③适当提高扫描速度；④为使运动伪影最小化，检查时要求检查部位的运动方向与球管扫描的开始位置对齐；⑤使用特殊的重建技术，如运动伪影校正算法等。本研究病例中有26例出现运动伪影，均为患者不配合所导致。

3.2.2 金属伪影

(1)形成原因。在被检部位进行扫描时，附带的金属物体的扫描部位进入扫描范围时，投影数据过大，导致图像上出现条状或放射状的高密度伪影，运动的金属物体伪影更加明显。

(2)解决方案。①检查前要求患者取下体表的金属物体，如发卡、耳环等；②扫描时尽量避开受检部位的金属物体，如有假牙行头部检查时，可采用倾斜扫描机架，以避开假牙；③对身体体表或体内的金属置入物不能完成避开时，可增加扫描条件，如提高管电压，降低射线束硬化效应，同时，也可以采取薄层扫描方式来克服部分容积效应；④应用特殊的校正软件，可以降低金属伪影。本研究病例中，由于心脏支架植入术、腰椎间盘突出术植入金属钢板，人工髋关节置换术，因此金属伪影较常见，总共35例。

3.2.3 投影数据不完全伪影

(1)形成原因。通常由于操作人员摆位不准确，造成被检部位位于扫描野之外，这时投影数据就会出现突然被截断，导致图像重建无法被精确的进行。当投影数据被截断时，在截断部位的边界出现明亮的条纹伪影，伪影的多少与投影数据截断范围正相关[14-16]。

(2)解决方案。①扫描时调整恰当的扫描野；②将受检部位尽量位于扫描中心；③采用软件算法校正。本研究病例中，仅出现1例。

4 结语

在多层螺旋CT检查过程中，其伪影产生的因素复杂多样，主要与CT的扫描方式、机器的本身结构、参数选择以及一定的外界因素有关。MSCT图像给临床诊断疾病提供重要的依据，发挥着不可替代的作用。伪影的产生，严重影响MSCT图像的质量，导致图像判读困难，甚至造成漏诊和误诊，严重者将导致医疗事故的发生。因此，应正确认识各种伪影产生的机理及原因，避免出现不必要的伪影。在日常工作中，须根据不同患者的身体状况，选择准确的扫描方法和合适的扫描参数，定期清扫保持机房的清洁，要求机房保持恒定的温、湿度，使设备运转始终处于良好的工作状态，同时对设备进行定期的保养和质量控制，避免出现不必要的伪影，以获得高品质的MSCT图像。

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Discussion on influence factors of common artifact of MSCT images/QIAN Gen-nian, CHEN Zi-qian, FU Li-yuan, et al//China Medical Equipment,2017,14(5):18-22.

Objective:To discuss the influence factors and solution of common artifact in the imaging process of multi-slice computed tomography (MSCT), so as to improve the image quality and obtain better quality for image document.Methods: 139 patients once were scanned by using PHILIPS 64-MSCT were enrolled and their documents were analyzed, and these cases included 38 cases with head artifact, 53 cases with chest artifact, 29 cases with abdominal artifact and 19 cases with pelvic artifact. To analyze the morphology and cause of every CT image artifact.Results:In 38 cases with head artifact, 24 cases were caused by hardening of bundle of rays, 1 case was caused by fault of detector, 2 cases were caused by interpolating algorithm, 1 case was caused by motion, 10 cases were caused by metal material. In 53 cases with chest artifact, 8 cases were caused by hardening of bundle of rays, 9 cases were caused by partial volume effect, 9 cases were caused by insufficient photon, 1 case was caused by under-sampling, 3 cases were caused by scattering, 21 cases was caused by motion, 1 case was caused by metal material, and 1 case was caused by data incomplete of projection. In 29 cases with abdomen artifact, 10 cases were caused by partial volume effect, 5 cases were caused by scattering, 4 cases was caused by motion, and 10 cases were caused by metal material. In 19 cases with pelvic artifact, 5 cases were caused by insufficient photon, and 14 cases was caused by metal material.Conclusion:The artifact of MSCT image are related to many factors, the optimizing scan parameters can effectively eliminate, suppress or avoid image artifact, and obtain high quality image.

Multi-slice spiral CT; Artifact; Image processing; Image quality; Cause; Quality control

钱根年,男,(1968- ),本科学历，副主任技师。解放军福州总医院医学影像中心，从事医学影像技术工作。

2016-11-16

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.05.006①解放军福州总医院医学影像中心 福建 福州 350025 *通讯作者：chenziqian@sina.com