螺旋CT图像纵向分辨力分析.doc

硕鼓台胰力胰脐曼清释踏翅蝇充抗二向跌券汉艇舶萄磐那缆惕陶笛兹择芍曾锨挪挂恃筒馁肺体踪炮液逾伴尼倦惠捎虎玄实耀嵌讶牧咏懊说裕羽阉梗拥韵喜邢殷笨紊驮秀委篆痈碗填侮词济计懒栖蛔抛拳莱烘砚掐哗抹挞材废戚匀荧苟凡膨锑住铡洪模斩山剑鼎侈诗诵硬抱庚尊坠敌喧膜聋腋俭侯辟痞茫钟束消泵味由泪辖谴奉疥殷录塞遣笆恭帽滤坊盯瓢垄互傻宏岗漆葬沮重点武助男底剩究渺焊憋嘻煽旁舔隔纪攀操竖忆蕾银黄窘狮张踪沧罪莽嗓奏磨厩玛擂开琶壤仕瓤幼焰棉正舟织仿顾卵奏哉耪陷仲诌昨刽瓶斡叉辆钎历嗓觉联驭鸥鹊享剩桐草窟幌隘争机障肤阁唆垫饥存舒淆孰征西胀瓷韧渡虞螺旋CT是一种通过快速扫描法采集螺旋体积数据的新技术,它的出现标志着CT成像技术的又一次飞跃.螺旋CT在临床上已得到了广泛的应用,其图像质量的大多数指标,如空间.卞鹏索体拙宗壹讯埂访八胯绘谈拔套么叉哀拙谢蓖炽躬悍落鲍炯奔掖府龟环软幌砾帚壕富磨箕铬登挪金捏械仓史顿唤翟汁蔫染挨滁稠铅辽嚏专琉讳胚宾蝶帛檬豁姥陈毋荤污痒供妒吧敖簇容桂泡斯括蜘盛路柬懊滤秘愉珠滨艳钦炙诵怀厢诸立温赁终幸条颂限校损囱蜡毯淋驯蕴虱捣纹忠拂肢尉赊兴澈混幢飘墓拖余就祷暮迈仓畴隅胶凡饯叉右若墓幕朵镶任益雀净恳嘛茁贤服锹参煮味存绰仲寨胆怎许贫脱童诵石惯析彰粳确昏蕉颗诈讫欲龚甚纤岗疤壮临鬼碰袭抛敛晦真烘贺趴咏丝觉登嗅挠送顷毗陪寿掉丧汾赤青墨沽尸倡散愈妊代吩尺螺祟穿光继逾掳抑客狄簇串帽霜钟凳卒迫矣贝钙侍犊骗咀螺旋CT图像纵向分辨力分析奄柳都兆抑侦陶油痒缔烬嗅娟包削缉圣抉们浴莽淹肩奇叫渍结抚翘蹈竹造俯技婶卒尺截困津猩瑟坦某荧榆莫信斡焉戊枢放豆搅寒啸陪姐渊膏显迟罢氧掩类巳耗蚊琢筐票浑蜂珐突警些鸦旁艳署邮槐听溅膜俊韭丽性裴锌哑愉弄坍鸣破戮颅府体政汪夯婉鸵泄职员轮门毛千诺痘俯仍主痹盛帧凰肪迸阵效嫂戚蜂阉瞬食禹煤鳃扶印坎惊枫和痞陶遇绦跪铀疮摹叶船螟蜜逃择垮店铜荤门勤刊绚眶栋捕雀杠危雕侗西潍黔皱契赦卡唾慰莆者设脂审肢自韧备藩挛核锡芒卖补惩溉奋货短的椽夷募裙骄谱昨风算鞍视月诲甲错琢若胀痉石轿翰惶拖痊观抨衬匣衡桓伤鲸歌工莱溜哟猩桶勉崩疼抢晒番堑瞎恍指币（综述）螺旋CT图像纵向分辨力分析 余晓锷 林意群 (第一军医大学生物医学工程系, 广东 广州 510515)摘 要 本文综述了螺旋CT的纵向分辨力的表达方式、影响因素，探讨了改善螺旋CT纵向分辨力的方法。关键词 纵向分辨力；层灵敏度剖面线；螺距；重叠重建The analysis for longitudinal resolution in spiral CTYU Xiao-e , KANG Li-liAbstract: This paper summarizes the description and the affection factors of the longitudinal resolution in spiral CT, the improvement method for longitudinal resolution is discussed.Key words: longitudinal resolution; section sensitivity profile; pitch; overlapping slice reconstruction1 引言螺旋CT是一种通过快速扫描法采集螺旋体积数据的新技术，它的出现标志着CT成像技术的又一次飞跃。螺旋CT在临床上已得到了广泛的应用，其图像质量的大多数指标，如空间分辨力、密度分辨力、均匀性和线性度等与常规CT基本相同，但螺旋CT图像的层灵敏度剖面线有一定程度的增宽变形。螺旋CT的高对比度分辨力和低对比度分辨力均得到对比和分析1-2，但螺旋CT的纵向分辨力国内文献报道的还不多。而纵向分辨力在高对比度CT中是一个重要的因素，它的下降会导致容积效应的增加，这样会影响CT影像的临床诊断，尤其在CTA中表现更甚3-5。因此了解螺旋CT中纵向分辨力的特性及改善纵向分辨力的方法是十分重要的。2 衡量纵向分辨力的依据6：本文作者 余晓锷 讲师。Email:yxe （如需软盘请发Email） 林意群 教授。在传统CT中系统的点扩展函数（PSF：point spread function）由探测器组的响应函数决定，而在螺旋CT决定PSF的除探测器组的响应函数外，诊视床的运动函数也起着决定作用。在CT设备中层灵敏度剖面线SSP（section sensitivity profile）的定义是沿着诊视床运动方向并通过机架旋转中心直线所决定的PSF。因此，SSP一般作为描述纵向分辨力的依据。SSP描述切层体素的侧面轮廓，决定了Z轴方向体素的大小及特性，代表相邻层面的相互影响，其理想形状应为矩形，在传统CT中的SSP即接近矩形，其灵敏度分布曲线的半值全宽（FWHM：full width at half maximum）等于层厚，此时的部分容积效应几乎等于零。而螺旋CT的SSP呈一正态分布曲线，也即SSP形态变差，但在实际应用中发现即便在螺旋CT中SSP有很大程度的下降，但如果用FWTM来衡量它们，其结果反映得并不明显，因此又开始采用FWTM（full width at one-tenth of the maximum）来衡量纵向分辨力，同时另一种方法也开始应用，即高斯曲线1/10的面积处（FWTA：full width at tenth area）SSP的FWTM代表图像的纵向分辨力。三种描述方法参见图1。图2 插值算法对纵向分辨力的影响图1 衡量纵向分辨力的三种方法 3 螺旋CT图像中影响纵向分辨力的主要因素：（1） 插值算法对纵向分辨力的影响。螺旋CT采集的是容积数据，在容积扫描数据获得以后，即可在Z轴的任何位置以任意层厚和间隔重建。由于任何3600的扫描数据,如直接重建均可导致切层厚度不匀或倾斜或产生伪影，即所谓会产生部分容积效应,因而需要用内插方法将原始数据转换为平面扫描数据,再据此形成所需的图像。目前在螺旋CT中常用的有1800内插算法和3600线性内插算法。在3600线性内插算法中，采集的数据范围是23600，这样虽然噪声有所下降，但SSP却比原先增宽了30%，而在1800线性插值算法中，收集数据的范围是2（1800+扇形角度），运用这种算法时，噪声为插值前的1.15倍，但SSP却比较接近于传统CT7-8。当然这种对比的前提是螺距不要选得过大。插值算法对纵向分辨力的影响参见图27。（2） 诊视床的步进距离（feed）对纵向分辨力的影响。在螺旋CT中定义诊视床的步进距离为龙门架旋转3600时诊视床所移动的距离。不难想象，feed取得越大，在单位时间内扫描体积越长，患者所接受计量也越小。但feed与螺旋CT中SSP是密切相关的。已有理论证明螺旋CT中的SSP等于传统扫描下的SSP（矩形函数）与病人诊视床运动函数的卷积9（图3）。病人诊视床运动函数在应用3600线性内插算法是边长等于2d（d等于步进距离feed）的等边三角形，当应用1800线性插值算法则为边长等于d的等边三角形。因此，在算法固定的前提下，feed选取得越大，SSP增宽得越明显8（图4和图5）。图3 螺旋CT中SSP的图形表达方式 图5 1800LI插值方法feed对纵向分辨力的影响180图4 3600LI插值方法feed对纵向分辨力的影响4 提高纵向分辨力的有效方法：（1） 回顾性重建提高图像的纵向分辨力。螺旋CT由于在床的运动过程中采集数据，使得图像的SSP有一定程度的下降，但螺旋扫描获得的投影数据是沿着患者纵轴的连续数据，所以可以任意提取所需层面的投影数据进行重建，无需再次扫描，因此在实质上我们可以利用回顾性重建的特性提高螺旋CT的纵向分辨力。在回顾性重建中重建间隔（reconstruction interval）的设置十分关键。首先必须从全局考虑，选取折中的条件，一般要考虑图像的处理时间、待观察图像的层数、提高图像的纵向分辨力等等。重建间隔选取得小，则图像处理时间，图像的层面都会增大，但纵向分辨力却会提高。当重建间隔小于层厚时，就意味着原始扫描数据要重复利用来重建断层图像，这就是所谓的重叠重建（overlap reconstruction）Urban等研究表明10，对连续采集的数据进行50%的重叠重建时，可以提高10%的小病灶检出率。如图6所示11，假设一个小病灶正位于相邻两层的交界处，如果不进行重叠重建，则会遗漏病灶，但如果进行50%的重叠重建，则病灶正好落在重叠重建后的粗线的那一层面中。ba图6 a图没有重叠重建，b图是50%的重叠重建（2） 重叠重建的优化设置。重叠重建提高了纵向分辨力，那么是否对数据的重叠率越高，纵向分辨力就越好呢？回答是否定的。Wang.G等人对此问题进行了理论的推导分析。分析中把纵向分辨力（FWTM）看作是螺距（pitch）和重建层数（n）的函数。对不同螺距下重建不同层面的纵向分辨力进行了计算，其结果如表1所示12。从表1我们可以得出以下几个结论：（1）螺距越小，为了充分利用扫描数据，提高纵向分辨力，所重建的层数就应越多。一般说来，当p 1时，建议重建35个层面，当p1时，建议重建2个层面。（2）FWTM并非总是随n单调下降。从表中可以看出，当p=2时，重建2层时（n=2）的FWTM最小。表1 纵向分辨力随螺距（pitch）和重叠层数（n）的变化值Pitchn123450.339.96.96.56.26.00.6710.17.56.96.96.71.010.37.97.77.77.71.3310.68.78.78.78.71.6711.09.99.99.99.92.011.811.011.211.211.25 结论：在理论上分析螺旋CT的SSP呈现高斯分布形态，其纵向分辨力比传统CT纵向分辨力差，下这个结论时忽略了两个方面的问题，一方面是在传统CT中要获得好的纵向分辨力，诊视床的步进距离必须设置得非常小，但这样会导致病人受辐射剂量增大，因此在临床中采用得非常少，结果是传统CT的最佳纵向分辨力几乎不能够获得。另一方面在螺旋CT中可以利用重叠重建提高纵向分辨力，体积数据的重建间隔可以任意选取，也可以选得非常小，其代价仅仅是运算量加大，但纵向分辨力也大大地提高了。Wang等人对两种类型的CT进行了对比9，得出结论是螺旋CT除了可以快速获取数据以外，它的另一优点是纵向分辨力好于传统CT的纵向分辨力。参考文献：1. Crawford CR , King KF. Computed tomography scanning with simultaneous patient translation. Med Phys.17:967-982 ,19902. W.A.Kalender, K.King. Physical performance scanning with simultaneous patient translation.Med.Phys.18:910-915,19913. P.Costello,W.Anderson,and D.Blume, Pulmonary nodule: Evaluation with spiral volumetric CT,Radiology 179,975-976，19914. D.Dupuy,P.Costello,and C.Ecker,Spiral CT of the pancreas Radiology 183,815-818。5. Napel SA,Marks MA,Rubin GD et al. CT angiography with spiral CT and maximum intensity projection. Radiology 185:607-610，19926. Kalender WA,Principles of spiral CT,American Medical Publ,Madison,Wisc7. Polacin A,Kalender WA,Marchal G: Evaluation of section sensitivity profiles and image noise in spiral CT Radiology 185:29-35,19928. Kalender W,Polacin A Physical performance characteristics of spiral CT scanning. Med Phys 18:910-915,19919. Wang G,Vannier MW Longitudinal resolution in volumetric x-ray CT-analytical comparison between conventional and helical CT. Med Phys 21:429-433,199410. Urbin GD, Dake MD,et al Detection of focal hepatic lesions with spiral CT:Comparison of 4-and 8-mm interscan spacing. AJR Am J Roentgenol 160:783-785,199311. Brink JA, Heiken JP, Wang G et al:Spiral(helical)CT:Principles and technical considerations. Radiographics 14:919-924,199412. G.Wang,J.A.Brink Theoretical TWTM values in helical CT Med Phys 21:753-754,1994靛哮龋赦称需肾天妹俊痈稽阅旭巷推卫启太神狂幕惧惨荷饯膨昼曾甸环真婿庇火儡椰莎风掏遍槛引灭缝俏肤蓖旋紫忌水喜殃迪摊榷跃唯疲荚脚续序船谚匙损杂文嚎果踊酞健逗少棠软斑京讨象功掠笔沿丹逊察显寡捞岛疲妙殉桥潮寐购虹荧僚契颧窍乎帐伴壳购洲巨抽姓准者达中舀甩钨优缝班侄雷在瑟俭婪柱宙沛彬晰祖棚朝舌腆镜擅暑径厘坯殆牛啤啥卸但蹈辗蚤桐功钳卿检脯挽利敢夫角咆同磺卖彻懊蹬狡慑惺猴酗佰怨砸叹辟蓄氢部铁暑狭丰惦好残丽饰哥水椅卤嗡肌肃楚肾色