寶石能譜CT在去除常見CT圖像偽影中的應用

宣偉玲，趙凱宇，劉淼

解放軍第一一七醫院 醫學影像科，浙江 杭州 310013

CT 圖像偽影[1-2]是指實際物體被掃描時，重建后的圖像中出現了實物中不存在的成分。這些實物中不存在的成分會使圖像的質量下降、掩蓋病灶、出現假病灶，嚴重地影響醫生對病情的診斷，甚至會出現誤診。因此，在最大程度上抑制甚至去除偽影對影像科醫生的診斷非常重要。常規CT雖然可以采用一些掃描方法來抑制圖像偽影，但是效果不甚理想。寶石能譜CT[3-5]因其獨特的硬件系統和掃描技術，在去除圖像偽影方面開辟了新的方向。

1 常見CT圖像偽影形成的原因

CT圖像偽影形成的原因復雜多樣，在圖像中的表現形式也是各不相同。概括起來，導致圖像偽影的因素主要有3類：① 成像原理和技術的限制，包括射束的硬化、部分容積效應等；② 被掃描物的屬性，包括金屬偽影和運動偽影（人為運動和生理運動）等；③ CT 設備本身有關的偽影，包括探測器和球管。臨床應用CT 系統多以球管作為X射線源，其發出的射線為多色譜射線。在射線輻照病人時，低能量的射線易于被物質吸收衰減，故而造成所謂射束硬化效應。一般來說，相對于掃描中心不同距離的射線，其所經過的衰減路徑長度不同，因此射束硬化程度各不相同。距離遠的射線較距離近的硬化程度低，重建后通常帶來杯狀偽影。射束硬化還會造成條狀偽影，其表現形式取決于高衰減物質（如骨骼）的結構，另外在頭部檢測時射束硬化會導致著名的亨氏暗區[6]（Hounsfield，s dark space），金屬偽影產生的基本原因是當X 射線遇到高密度物質作用后急劇衰減，導致對應的投影數據失真，喪失了周圍組織的X射線衰減信息，經手術植入人體的高密度物質（如牙齒的填充物、血管夾、鋼板以及心臟起搏器等）均可產生條形偽影。

2 寶石能譜CT去除CT圖像偽影的技術基礎

寶石能譜CT應用的新型探測器材料為分子結構穩定的石榴石材料取代了常規64層CT的稀土陶瓷，其突出特性是：① 材料對X線響應初始速度（可見光轉換）加快100倍，清空速度（余暉效應）加快4倍。② 寶石純度高，通透性強，光電轉換效率高。③ 寶石材料硬度高，更穩定。探測器材料學的革命帶來了高清晰的CT圖像，并且劑量更低。寶石探測器 （Gemstone Detector），擁有0.03μs的反應速度，可以很好地接收瞬切的“同時、同向、同源”的高低雙能X線數據，為能譜解析和重建奠定了基礎；特有的“高低壓瞬時切換”的特殊高壓發生器（Dual kVp Fast Switching Generator），能在0.5 ms內完成一次80 kVp低壓和140 kVp高壓的瞬時切換，通過這樣的瞬切曝光方式，最大限度的實現了能譜成像要求的 “同時、同向、同源”高低雙能X線的物理要求[7-8]。

3 寶石能譜CT去除CT圖像偽影的方法

（1）掃描方法。通過GSI螺旋掃描模式進行能譜掃描，管電壓80～140 kVp時（0.5 ms）快速切換，自動mAs，其余參數同上，得到能譜原始數據。

（2）圖像后處理。將能譜數據傳送到AW4.5工作站，用GSI VIEW將其拆分為40～140 keV 共101組單能圖像。根據診斷需要，選擇最合適的單能圖像[9]。

4 寶石能譜CT去除CT圖像偽影的應用

4.1 射束硬化偽影去除

射束硬化偽影，它通常出現在CT值差別較大的相鄰物質的臨界區，如顱底致密的骨質結構、造影劑偽影、血管鈣化斑塊、血管支架、動脈瘤金屬夾、骨關節金屬固定物或植入物等高密度物質常常導致嚴重的硬化偽影，遮蓋鄰近組織結構，并影響臨床診斷。CT掃描顱底偽影長期困擾頭顱檢查，影響了顱底病變的正確診斷。其原因是由于射束硬化，探測器優先接受低能量的光子，及非線性局部體積所致，顱底正常結構如巖骨、巖骨內氣房、內耳道、蝶骨嵴、枕骨粗隆等產生條狀、放射狀低或高密度偽影。因顱底有重要的腦干及小腦，錯誤診斷會延誤病人治療，增加醫患糾紛，故對消除顱底偽影的研究一直沒有停過。寶石能譜CT可以使用單一的能量成像，如采用合適的能量圖像，可以避免低能量X線的影響，消除硬化射線干擾，從而最大限度的克服顱底偽影，精確顯示顱底結構，增加診斷的可靠性。常規混合能量圖像，見圖1。70 keV單能圖像，見圖2。

4.2 金屬植入物偽影的去除

各種金屬植入物，如顱內血管病變中動脈瘤介入治療的彈簧圈栓塞及外科手術的銀夾、齒科金屬偽影、穿刺活檢的穿刺針、血管內支架心臟起搏器和骨科置換的人工關節等，上述治療或穿刺不可避免的在體內留置金屬物質，對定位和預后評估造成困難。雖然鈦合金材料等金屬植入物可行MR檢查，但是依舊有偽影干擾。CT檢查因為金屬偽影的存在不盡如人意。金屬偽影的產生原理是X 射線穿過高密度的金屬物質后急劇衰減，導致對應的投影數據失真，喪失了周圍組織X 射線衰減信息。對于體內金屬所產生的偽影，常規CT減輕其影響的辦法是：薄層掃描抑制其部分容積效應；選擇較高千伏值減低其射線硬化影響等，但無法根本解決。寶石能譜CT 能譜檢查中特有的金屬偽影移除技術（MARS），可非常有效地去除各種金屬偽影，還原被偽影掩蓋的圖像細節，突破傳統CT 的掃描禁區，得到清晰的影像[10-11]。金屬偽影常規混合能量圖像，見圖3。140 keV單能加MARS圖像，見圖4。

5 總結

常規CT掃描對射束硬化偽影以及金屬植入物偽影無法有效去除，這對患者的病情診斷，病情評估和預后造成很大影響。寶石能譜掃描利用X線的能量譜（簡稱能譜）進行的CT成像，可以將人體組織和病變成分對不同X線能量譜的差異化吸收表達出來，可以獲取從40～140 keV共101組不同X線能量的單能圖像，從而根據臨床診斷的不同需要選取最理想的單能圖像，避免了常規CT混合能量圖像不同能量的干擾可能導致的偽影。

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