宝石能谱CT在去除常见CT图像伪影中的应用

宣伟玲，赵凯宇，刘淼

解放军第一一七医院 医学影像科，浙江 杭州 310013

CT 图像伪影[1-2]是指实际物体被扫描时，重建后的图像中出现了实物中不存在的成分。这些实物中不存在的成分会使图像的质量下降、掩盖病灶、出现假病灶，严重地影响医生对病情的诊断，甚至会出现误诊。因此，在最大程度上抑制甚至去除伪影对影像科医生的诊断非常重要。常规CT虽然可以采用一些扫描方法来抑制图像伪影，但是效果不甚理想。宝石能谱CT[3-5]因其独特的硬件系统和扫描技术，在去除图像伪影方面开辟了新的方向。

1 常见CT图像伪影形成的原因

CT图像伪影形成的原因复杂多样，在图像中的表现形式也是各不相同。概括起来，导致图像伪影的因素主要有3类：① 成像原理和技术的限制，包括射束的硬化、部分容积效应等；② 被扫描物的属性，包括金属伪影和运动伪影（人为运动和生理运动）等；③ CT 设备本身有关的伪影，包括探测器和球管。临床应用CT 系统多以球管作为X射线源，其发出的射线为多色谱射线。在射线辐照病人时，低能量的射线易于被物质吸收衰减，故而造成所谓射束硬化效应。一般来说，相对于扫描中心不同距离的射线，其所经过的衰减路径长度不同，因此射束硬化程度各不相同。距离远的射线较距离近的硬化程度低，重建后通常带来杯状伪影。射束硬化还会造成条状伪影，其表现形式取决于高衰减物质（如骨骼）的结构，另外在头部检测时射束硬化会导致著名的亨氏暗区[6]（Hounsfield，s dark space），金属伪影产生的基本原因是当X 射线遇到高密度物质作用后急剧衰减，导致对应的投影数据失真，丧失了周围组织的X射线衰减信息，经手术植入人体的高密度物质（如牙齿的填充物、血管夹、钢板以及心脏起搏器等）均可产生条形伪影。

2 宝石能谱CT去除CT图像伪影的技术基础

宝石能谱CT应用的新型探测器材料为分子结构稳定的石榴石材料取代了常规64层CT的稀土陶瓷，其突出特性是：① 材料对X线响应初始速度（可见光转换）加快100倍，清空速度（余晖效应）加快4倍。② 宝石纯度高，通透性强，光电转换效率高。③ 宝石材料硬度高，更稳定。探测器材料学的革命带来了高清晰的CT图像，并且剂量更低。宝石探测器 （Gemstone Detector），拥有0.03μs的反应速度，可以很好地接收瞬切的“同时、同向、同源”的高低双能X线数据，为能谱解析和重建奠定了基础；特有的“高低压瞬时切换”的特殊高压发生器（Dual kVp Fast Switching Generator），能在0.5 ms内完成一次80 kVp低压和140 kVp高压的瞬时切换，通过这样的瞬切曝光方式，最大限度的实现了能谱成像要求的 “同时、同向、同源”高低双能X线的物理要求[7-8]。

3 宝石能谱CT去除CT图像伪影的方法

（1）扫描方法。通过GSI螺旋扫描模式进行能谱扫描，管电压80～140 kVp时（0.5 ms）快速切换，自动mAs，其余参数同上，得到能谱原始数据。

（2）图像后处理。将能谱数据传送到AW4.5工作站，用GSI VIEW将其拆分为40～140 keV 共101组单能图像。根据诊断需要，选择最合适的单能图像[9]。

4 宝石能谱CT去除CT图像伪影的应用

4.1 射束硬化伪影去除

射束硬化伪影，它通常出现在CT值差别较大的相邻物质的临界区，如颅底致密的骨质结构、造影剂伪影、血管钙化斑块、血管支架、动脉瘤金属夹、骨关节金属固定物或植入物等高密度物质常常导致严重的硬化伪影，遮盖邻近组织结构，并影响临床诊断。CT扫描颅底伪影长期困扰头颅检查，影响了颅底病变的正确诊断。其原因是由于射束硬化，探测器优先接受低能量的光子，及非线性局部体积所致，颅底正常结构如岩骨、岩骨内气房、内耳道、蝶骨嵴、枕骨粗隆等产生条状、放射状低或高密度伪影。因颅底有重要的脑干及小脑，错误诊断会延误病人治疗，增加医患纠纷，故对消除颅底伪影的研究一直没有停过。宝石能谱CT可以使用单一的能量成像，如采用合适的能量图像，可以避免低能量X线的影响，消除硬化射线干扰，从而最大限度的克服颅底伪影，精确显示颅底结构，增加诊断的可靠性。常规混合能量图像，见图1。70 keV单能图像，见图2。

4.2 金属植入物伪影的去除

各种金属植入物，如颅内血管病变中动脉瘤介入治疗的弹簧圈栓塞及外科手术的银夹、齿科金属伪影、穿刺活检的穿刺针、血管内支架心脏起搏器和骨科置换的人工关节等，上述治疗或穿刺不可避免的在体内留置金属物质，对定位和预后评估造成困难。虽然钛合金材料等金属植入物可行MR检查，但是依旧有伪影干扰。CT检查因为金属伪影的存在不尽如人意。金属伪影的产生原理是X 射线穿过高密度的金属物质后急剧衰减，导致对应的投影数据失真，丧失了周围组织X 射线衰减信息。对于体内金属所产生的伪影，常规CT减轻其影响的办法是：薄层扫描抑制其部分容积效应；选择较高千伏值减低其射线硬化影响等，但无法根本解决。宝石能谱CT 能谱检查中特有的金属伪影移除技术（MARS），可非常有效地去除各种金属伪影，还原被伪影掩盖的图像细节，突破传统CT 的扫描禁区，得到清晰的影像[10-11]。金属伪影常规混合能量图像，见图3。140 keV单能加MARS图像，见图4。

5 总结

常规CT扫描对射束硬化伪影以及金属植入物伪影无法有效去除，这对患者的病情诊断，病情评估和预后造成很大影响。宝石能谱扫描利用X线的能量谱（简称能谱）进行的CT成像，可以将人体组织和病变成分对不同X线能量谱的差异化吸收表达出来，可以获取从40～140 keV共101组不同X线能量的单能图像，从而根据临床诊断的不同需要选取最理想的单能图像，避免了常规CT混合能量图像不同能量的干扰可能导致的伪影。

[1]李新华.医用CT的质量控制与保证[J].医疗卫生装备,2008,25(7):39-40.

[2]徐子森,石新艳,王敏,等.GE CT750HD宝石CT质量保证[J].中国医疗设备,2010,25(12):34-37,113.

[3]梁长虹,黄飚.多层CT 技术飞速发展,临床应用不断创新[J].中华放射学杂志,2006,(9):901-902.

[4]高丽娜,陈文革.CT技术的应用发展及前景[J].CT理论与应用研究,2009,(1):99-109.

[5]徐志荣,徐汀,王振洲,等.CT能谱成像新技术及应用[J].中国医学装备,2011,(1):25-26.

[6]翁传政.CT图像常见伪影成因及解决方法[J].医疗卫生装备,2006,26(18):5-6.

[7]邓凯,张成琪,李伟,等.宝石能谱CT的特点及临床应用价值[J].中国医药导报,2011,(25):16-17.

[8]陈克敏,林晓珠.CT能谱成像临床应用与研究价值及展望[J].现代实用医学,2011,(8):841-844.

[9]王君君,张成琪,邓凯.宝石能谱CT显示肌腱的最佳单能量[J].医学影像学杂志,2011,(8):1252-1254.

[10]孙亮,李美爱,刘吉华,等.探讨宝石CT能谱成像技术减除脊柱金属植入物伪影的最佳单能量[J].中国医学影像技术,2011,(9):1918-1921.

[11]宁国庆,黄召勤,袁先顺,等.能谱成像技术去除金属伪影的临床价值[J].医学影像学杂志,2011,(9):1425-1428.