MSCT轴向分辨力和图像噪声影响因素分析

董晓军，聂婷，陈宗桂，易文中

1.湖南医药学院，湖南怀化418000；2.怀化市第一人民医院影像中心，湖南怀化418000

前 言

多排螺旋CT（MSCT）技术是传统断层成像技术新的突破，是在病人进行X 射线匀速扫描时，X 射线运动轨迹和运动床速度形成一条螺旋线，称为螺旋扫描，与常规CT 扫描有着截然的区别［1-2］。做好MSCT影像质量控制、提高图像质量，对其图像噪声、轴向分辨力进行测试和评价显得非常重要，有利于MSCT 在临床诊断工作中更好地发挥性能［3-4］。本研究对MSCT的轴向分辨力和噪声进行测试，并分析不同参数下轴向分辨力和图像噪声的影响因素。

1 材料与方法

1.1 实验器材

GE 公司64 排CT，测试体模是美国体模实验室研制的，断层灵敏度曲线（SSP）测试体模和螺旋CT病灶检测体模见图1和图2。

图1 SSP测试体模，内嵌金属丝（箭头）Fig.1 SSP test phantom,embedded with wires(arrow)

图2 螺旋CT病灶检测体模，箭头指示不同对比度和直径的模拟病灶Fig.2 Spiral CT lesion detection phantom and simulated lesions with different contrasts and diameters(arrow)

1.2 方法

1.2.1 测试方法在64 排螺旋CT 机上，采用固定的毫安秒（mAs）大小对各测试体模分别进行扫描，扫描条件为腹部标准扫描。

1.2.2 轴向分辨力测试SSP 的半高宽（FWHM）是SSP 1/2最高幅值所对应曲线上两点间平行于横坐标的距离。临床上应用其表示纵轴分辨力反映的实际断层厚度。扫描时将检测体模固定于CT 检查床中心，测试条件为120 kV，380 mAs；扫描野200 mm；螺距：0.60、0.75、1.00、1.50 mm，准直器宽度：32.0 mm×0.6 mm、24.0 mm×1.2 mm，卷积重建算法：平滑、标准、锐化；重建层厚0.60、0.75、1.00、1.50、2.00 mm。以每组图像所有测试值中的最大值归一处理后作为纵坐标，以对应图像所在的轴位作为螺旋CT 扫描的横坐标，在此纵坐标和横坐标上将各点有顺序地连接起来得到一条曲线，即为SSP。

1.2.3 图像噪声测试扫描参数使用临床常用的腹部扫描模式，参数设置为：层厚0.6、1.0、3.0、5.0、7.0、10.0 mm；视野（FOV）：100 mm×100 mm、150 mm×150 mm、200 mm×200 mm；螺距：1.50、1.25、1.00、0.75、0.50 mm；mAs：100、160、200；管电压：80、100、120、140 kV；重建算法：B30、B40smooth、B60、B70sharp。应用噪声测试的体膜上圆形感兴趣区对不同参数下的图像噪声进行检测，同时对检测结果进行记录分析。

1.3 统计学分析

采用SPSS 19.0 软件对不同参数下断层图像SSP和图像噪声等数据进行处理，计数资料以率（%）表示，采用χ2检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 SSP测试结果

当螺距和准直器宽度保持不变，不同层厚和重建算法得到的SSP 的FWHM 基本保持不变（P＞0.05,表1）；当重建算法和准直器宽度保持不变，不同螺距和层厚得到的SSP 的FWHM 基本保持不变（P＞0.05,表2）；不同准直器宽度，同螺距和层厚得到 的SSP 的FWHM 基本保持不变（P＞0.05,表2～3）。

表1 不同重建算法和层厚的SSP的FWHM（mm）Tab.1 Full-width at half-maximum(FWHM)of slice sensitivity profiles(SSP)obtained by different reconstruction algorithms and reconstructed thicknesses(mm)

表2 不同螺距和层厚的SSP的FWHM（mm）Tab.2 FWHM of SSP obtained by different pitches and reconstructed thicknesses(mm)

2.2 图像噪声测试结果

随着层厚、mAs 的增加，图像噪声减小（P＜0.05,表4）；随着kV 增加，图像噪声随之减小，不同重建算法检测到的图像噪声存在显著差异（P＜0.05,表5）。

表3 不同螺距和层厚的SSP的FWHM（mm）Tab.3 FWHM of SSP obtained by different pitches and reconstructed thicknesses(mm)

表4 不同mAs和层厚的图像噪声比较Tab.4 Comparison of image noises at different mAs and reconstructed thicknesses

表5 不同重建算法、管电压的图像噪声Tab.5 Comparison of image noises at different pitches and tube voltages

3 讨论

传统X 线图像是X 线束穿透某一部位的不同密度和厚度组织结构后的投影总和，是该穿透路径上各组织结构投影相互叠加在一起的影像［5］。CT 图像从根本上克服了传统X线影像重叠的弊病，从而使医学影像学有了一个飞跃［6］。

通过查阅资料发现，MSCT图像质量评价参数与常规轴向CT 的图像质量评价参数大致相同［7-8］。同时有学者将螺旋CT 扫描的平面设置为X-Y 平面，其中进行检查所用床的运动方向为长轴，用Z 表示，发现MSCT 在Z 轴上的图像分辨率高低对图像质量的影响大于常规轴向CT［9-10］。影响MSCT 在Z 轴上的图像分辨率大小的主要因素是重建断层厚度，得到了国际上公认。目前要对重建断层厚度进行评价的方法主要是测量其断层SSP［11］。本研究结果发现螺距、重建算法、准直器宽度对SSP虽然有一定影响，但不会对MSCT 扫描得到的图像质量造成严重影响。本研究结果证明螺距、重建算法、准直器宽度对图像分辨力影响较小，不会对SSP的大小和形状造成较大影响，且FWHM与设定的重建层厚基本保持一致。

同一结构或组织的CT 值在若干平均值范围上下随机分布，这种随机涨落叫噪声［12］。噪声的来源及影响因素很多，如探测器接受的光子数目、X 线管电流、探测器的转换率、重建矩阵与像素大小等［13-18］。本研究结果显示，螺距对图像噪声影响很小，而层厚、重建算法、mAs、kV 对图像噪声影响大，且层厚、mAs、kV 增大，图像噪声减小，重建算法分辨率越高，图像噪声越大。分析其原因：重建层厚不同，相应的模体检测到的图像噪声大小也不一致。重建层厚越大，模体检测到图像噪声越小，反之则越大［19］。图像噪声与探测器接受的有效光子数成反比。研究发现mAs 降低，探测器接受的有效光子数减少，图像的噪声越大，反之，图像噪声减小。当管电压提高或者不变的情况下，射线穿透力增加，从而使图像噪声减小。李金矿等［20］报道既往CT 扫描诊断工作中只采用单一的管电压120 kV，而在腰椎或颅底CT 扫描过程中采用管电压＞120 kV，图像噪声更小，获得的图像质量更佳。

综上所述，MSCT扫描中，卷积重建算法、螺距和准直器宽度对SSP的影响很小，螺距对图像噪声影响很小，而层厚、重建算法、mAs、kV 对图像噪声影响大。层厚、mAs、kV 增大，图像噪声减小；重建算法分辨率越高，图像噪声越大。