不同螺距对螺旋CT 图像噪声影响的实验研究

1、不同螺距对螺旋CT图像噪声影响的实验研究余晓锷 林意群 杨金城* 陈红文*（第一军医大学生物医学工程系 *珠江医院放射科 *南方医院放疗科 广州 510515）摘 要：噪声是影响CT图像质量的重要因素。本文通过改变螺距大小对螺旋CT图像的噪声进行了分析研究。结果表明，螺旋CT图像噪声与螺距大小有关。为了获得良好的CT图像，应该利用螺距来控制和减小螺旋CT图像的噪声。关键词：螺旋CT 噪声 螺距 前言：螺旋CT扫描方式与常规方法不同，它是在X线管-探测器组件围绕病人旋转采集数据的同时，病人诊视床也在同步运动，我们称之为体积扫描（Volume CT Scanning）1。研究表明，螺旋CT图像的噪

2、声和层灵敏度剖面线与常规CT不同2，3，4，因此，如何控制螺旋CT图像噪声是一项重要的技术。本文对影响螺旋CT图像噪声的重要因素螺距进行了对比和分析，以期为临床提供某些依据。1 材料和方法（1）设备：GE Hispeed CT/i全身螺旋CT扫描机（设备一）和PICKER 2000全身螺旋CT扫描机（设备二）在两种设备上分别实施螺旋扫描和常规扫描。（2）体模：采用美国体模实验室研制的Catphan体模。该体模呈圆柱形，外壳直径20cm，长20cm，由若干层测试模块组成，每块都具有独特的内部空间结构，测试模块直径15cm，厚2.5cm，用以测量各项性能参数，检测噪声采用其中的固体均质模块。（3）

3、扫描条件：采用相同的扫描条件，以使结果具有可比性。具体测试条件见表1。表1 体模测试条件设备kVmA层厚（mm）卷积螺距（p）选取Hispeed CT/i12012010STND0.6；1；1.4；2Picker 200013020010STND1；1.25；1.4；2 螺距（Pitch）：X射线管旋转一周时扫描床移动的距离与层厚的比值.（4）测试方法：采用上述2组条件分别进行扫描，观察扫描所得图像，用半径大于1cm的感兴趣区(ROI)圆域，测量均匀圆域的中心CT值和标准偏差，噪声（N）可以通过下式来计算：N=×0.1% (1)式中：为图像中心CT值的标准偏差。2 结果常规扫描与螺旋

4、扫描相比，螺旋扫描方式下噪声增大。在螺旋扫描状态下，螺距改变时，噪声也有一定程度的变化，当螺距小于1时，噪声较小；当螺距等于1时，噪声增大；当螺距等于，噪声又有一定程度的下降，当螺距等于2时，噪声明显增大。表中数据是在同一扫描条件下重复测量3次，取平均值。具体结果参见表2。表2 噪声值随螺距改变情况扫描方式设备一噪声（%）设备二噪声（%）常规扫描2.662.73螺距（P=0.6）4.61/螺距（P=1）5.333.89螺距（P=1.25）/5.12螺距（P=1.4）4.803.63螺距（P=2）5.885.893 讨论(1) CT图像噪声的制约因素 :噪声是指一个有一定形状和大小的测试面内，一

5、个均匀模型的图像中CT值的标准误差。在CT系统中，每个重建单元的噪声时两部分噪声之和，一是通过象素的每次投影产生的噪声，二是通过卷积函数耦合到那个重建象素的噪声。噪声不可避免，关键是在运用中如何控制它。噪声直接影响图像的低对比度分辨力，提高对比度分辨力就意味着降低噪声，而噪声要减小一半，剂量或断层厚度就要求增加四倍，噪声与断层厚度、象素大小和局部剂量等之间的关系可用brooks公式5表示： (2) 式中为噪声的标准偏差，C为与剂量效率有关的一个常数，B为物体的衰减因子，w为象素宽度，h为断层厚度，D0为断层皮肤剂量的最大值。由此可见，在比较CT装置时，单单噪声一项说明不了什么问题，必须把它与密

6、度分辨力、断层厚度、剂量以及重建算法等等联系起来考虑。(2) 螺旋CT扫描成像时必须考虑螺距对噪声的影响: 螺距（pitch）是螺旋扫描方式下特有的扫描参数。螺距的定义是扫描机架旋转3600诊视床的移动距离与准直器孔径宽度之比值。不难想象，螺距越大，单位时间内扫描的覆盖面也越大，病人的射线剂量降低。但从实验结果可以中看出，当螺距增大到2时，图像噪声明显增大，因此在临床中一般不选用螺距大于2的参数条件。但当螺距选取为，噪声比螺距为1时有所降低，已有文献6证明螺距为效果比较理想，因此在进行螺旋扫描时，必须综合考虑各项影响因素，尽量做到以最小的代价和病人最小的吸收剂量来得到有价值的影象。(3) 插值

7、方法对图像噪声的影响3:图1显示了 常规CT和螺旋CT之间不同的扫描方式。传统CT在3600范围内产生断层扫描的起点和终点重合，而螺旋扫描由于在扫描过程中床也在运动，扫描的起点和终点不在同一点，如果直接用这样扫描的原始数据重构图像，将会产生条形伪影，因此必须通过对数据进行插值重构平面图像，才能使图像准确再现。实验表明，在层厚及剂量相同前提下，对于3600LI（FI），应用了2´3600范围内的数据，象素噪声小于传统CT，对于1800LI（HI），应用数据范围比较小，它的噪声值比3600LI增加了倍。HEHIFI1.02.0图1 传统CT扫描与螺旋CT扫描轨迹比较。a为传统CT扫描轨迹

8、，扫描起点与终点重合。b为螺旋扫描轨迹，扫描的起始点与终点不在同一点.图2 不同插值算法噪声值比较。FI<HI, FI<HE参考文献1 Crawford CR , King KF. Computed tomography scanning with simultaneous patient translation. Med Phys.17:967-982 ,199023 Wang G,Vannier MW .Helical CT image noise-analytical results. Med Phys. 20:1635-1640,199345 孙良洲 医用X线CT图象质量评

9、价与控制.中国医疗器械杂志,1995,19:303-307.6STUDY OF DIFFERENT PITCH ACTION ON IMAGE NOISE IN SPIRAL CTYu xiaoe Lin yiqun Yang jincheng Chen hongwen(Biomedical Engineering Department of First Military Medical University,Guangzhou,510515)Abstract: Noise has profound influence on CT image quality. Image noise was studied with various pitches. The result shows that spiral CT image noise is related to the pi