目前多排螺旋CT在各医院已经广泛使用, 计算机技术的飞速发展使CT技术出现了质的变化, 图像性能进一步提高, 其临床应用愈加广泛。与单排CT相比, 多排CT的原理、构造、操作, 成像特征有很大的不同, 影像质量的影响因素出现了变化。笔者对16层CT螺距从0.313增加到1.188对图像质量的影响进行实验研究, 观察图像质量的变化。

1 材料和方法 1.1 实验材料与方法 1.1.1 实验体模

飞利浦16层CT自带QA体模, 其内镶嵌直径0.18mm的金属丝, 可用于测量点扩散函数及半高全宽(Full width at half maximum, FWHM)以及十分之一高全宽(Full width at tenth maximum, FWTM), 另外体模有水层用于检测噪声水平。本文用FWHM表示空间分辨率的特性^[1]。

1.1.2 扫描参数

将体模固定于螺旋CT自带支架上, 模体突出于床末端以外, 体模长轴与床Z轴平行, 其中心与扫描孔径中心重合。使用腹部螺旋扫描类型:管电压120kV, 管电流250mAs/Slice, 准直器宽度16 × 0.75mm, 机架转速0.75s/周, 重建矩阵512 × 512, 视野(Field of view, FOV)300mm, 标准算法, 重组层厚2mm, 层间隔1mm, 螺距分别为0.313、0.438、0.563、0.688、0.813、0.938、1.063、1.188。

1.2 数据采集

利用飞利浦随机附带的应用软件测量QA体模的金属丝影像得到半高全宽以表示通常意义上的断层厚度即有效层厚, 表征纵向(Z轴)空间分辨力, 同时得到十分之一高全宽以观察床的移动对标称层厚内部物体成像的灵敏度的影响, 以及由此带来的Z轴方向的部分容积效应增加的情况。将QA体模中心水层图像90°、180°、270°、360°中心区5个区域作为测量噪声的感兴趣区, 面积约20mm², 测得CT值后求得5个兴趣区的标准差平均值作为图像噪声。1.3统计处理将数据结果整理、综合后录入SPSS11.5统计软件包。图像噪声做单因素方差分析, 确定α=0.05为检验水准, P < 0.05为差异具有统计学意义。

2 结果 2.1 螺距对其他扫描参数的影响情况

螺距从0.313增加到1.188, 床速从5mm/s提高380%到19mm/s; 扫描时间则从22.62s缩短364%到6.21s。检查床移动速度及扫描时间与螺距增加成正向变化。

2.2 螺距对FWHM、FWTM和噪声的影响

螺距分别为0.313、0.438、0.563、0.688、0.813、0.938、1.063、1.188时FWHM分别为2.35、2.35、2.38、2.37、2.37、2.42、2.50、2.53; FWTM分别为4.43、4.43、4.44、4.47、4.50、4.53、4.60、4.65;噪声平均值分别为10.24、10.22、10.42、10.44、10.36、10.58、11. 08、11.36, 经过单因素方差分析, 各组噪声差异没有统计学意义(F=1.075, P > 0.05), 但是噪声的变化总体上呈现一个上升的趋势。见图 1, 图 2。

3 讨论 3.1 螺距

本研究多层CT螺距是机架旋转一周床移动距离除以准直器宽度, 保持与单排CT螺距定义相一致。在一定螺距下, 探测器高效工作, 不同阵列探测器获得良好的Z轴采样数据。与单排螺旋CT相似, 多层螺旋CT螺距的选择同样要受到常规因素的影响, 如容积覆盖速度、SSP、影像伪影等^[2]。对此CT设备供应商提供了多种预选螺距匹配不同的扫描程序。但实际工作中, 我们经常需要根据病变的病理特性、检查目的、临床要求、诊断需要调整扫描程序的参数, 其中就有螺距, 由此也带来了螺距改变之后的一系列变化。笔者实验发现螺距从0.313增加到1.188, 容积覆盖速度得到根本上的改善, 床速大幅提高近380%, 扫描时间缩短近364%。这给临床使用带来便利:单位时间覆盖率提高能够扩大扫描范围; 不间断大量采集数据, 得以精确追踪对比剂流程, 提高对比剂利用率, 减少造影剂用量, 同时也减少副反应, 减轻造影剂对肾脏的损害且达到最佳增强效果; 能够真正实现某些器官的多时相动态增强检查和功能研究, 更细腻观察病灶血流变化; 抑制甚至消除呼吸运动伪影, 肠蠕动伪影。

3.2 螺距对FWHM的影响

空间分辨率是评价一幅图像质量的量化指标, 表示在高对比度情况下——即两种物质CT值相差100HU, 区分相邻最小物体的能力。FWHM用于描述CT的Z轴空间分辨率^[3], FWHM越大, 则有效层厚增加, Z轴空间分辨率就越低; 反之, Z轴空间分辨率就越高。如果有效层厚(FWHM)大于标称层厚(重建层厚), 说明层厚存在膨胀, 增加了部分容积效应, 从而会降低Z轴空间分辨率。理想的SSP形态为矩形, 射线仅在层面宽度内穿过, 而在层面宽度之外完全不接受X射线。但实际情况并非如此, 螺旋CT的SSP都是钟形呈正态分布, 而多排螺旋CT由于探测器阵列的增加, X射线锥束效应更加明显, SSP形态的膨胀更加明显。我们的实验结果FWHM比重建层厚大, 说明SSP膨胀的存在, 但是各种螺距所导致的FWHM变化细微。这与之前文献报道^[4]随着螺距的加大, 有效层厚的增宽幅度加大的结果不一致。但文献^[5]指出一般当螺距小于1.5时, SSP的展宽程度相对小一些, 当螺距比较大时, 展宽就比较严重。同时也有文献^{[6, 7]}认为多层螺旋CT采用了更加先进的螺旋插值重建方法, 有效层厚受螺距的影响相对较小。因此我们认为当螺距在一定范围内, Z轴空间分辨率变化较小的结论对于临床工作中扫描方案的优化有很大的参考意义。同时我们的实验结果显示螺距增加对FWTM影响很小, 重建层厚内物体仍然可保持小螺距时候的检测敏感性。因此对于Philips16层CT部分容积效应受螺距的变化影响很小, 其原因在于Philips CT采用的属于Feldamp型算法的锥束重建算法(COBRA, Cone-beam Rendering Algorithm)以及我们重组图像有50%的重叠, 利用了重建层面附近较多的容积数据内插形成图像。

3.3 螺距对噪声的影响

噪声是均质物体图像上每个像素点的CT值在平均值上下的随机涨落, 用CT值的标准差来表示。美国医学物理学家学会(American Association of Physicists in Medicine, AAPM)的CT机技术参数和验收检测报告^[8]把噪声作为CT检测的主要性能参数, 同样图像噪声也是我国CT机影像质量保证检测标准中的重要检测内容。文献报道^[9]Feldamp型算法具有较少图像噪声的特点, 笔者认为该特点造成了我们研究噪声差异没有统计学意义, 这一结果也对我们调整扫描方案提供了理论参考。从噪声变化来看, 随着螺距的增加噪声总体上是一个上升的趋势。根据定义可以得知螺距是从扫描时间上间接影响噪声, 螺距的增加使检查床移动速度加快, 螺距越大数据采样时间越短, 这直接导致探测器接受更少的光子数, 在图像上分布不均匀更加明显, 更多的偏离高斯分布。