解放军文职招聘考试图像的重建

 图像的重建

用来进行CT图像重建的数学运算处理方法，直接关系到图像质量和重建时间。图像重建有多种方法，包括①直接投射法；②迭代法；③解析法。而解析法是目前CT图像重建技术中应用最广泛的方法，它的基础是富里叶变换投影定理，即一个投影的一维富里叶变换是图像的二维富里叶变换在中心线的值，具体有以下三种方法：
1 二维富里叶变换重建法  这种方法是先把扫描测得的投影值变换到频域，然后利用映照变换为二维直角坐标系统，最后利用二维富里叶变换反演到真实空间得出重建图像。
2 空间滤波反射投影法  先把扫描测得的投影值直接进行反投影，形成带有星状模糊的图像，然后利用二维富里叶变换到频域，再行二维滤波，最后利用二维富里叶逆变换反演到真实空间，得到修正后的重建图像。
3 褶积反投影法  首先把滤波函数和投影函数进行褶积运算，再使之反投影，以得到重建图像。此法比前几种重建法简单，无需进行富里叶变换，因而也快得多。此外，这种方法重建的图像质量较高，因此是目前最广泛应用的方法。
二、影像CT成像的因素
(一)窗宽与窗位  CT检查中，无论是矩阵图像或矩阵数字都是CT值的代表，而CT值又是从人体不同组织、器官吸收X线后的衰减系数μ值换算而来的。
CT值=[(μ-μw)/μw] •α
μ和μw分别为受测物体和水的衰减系数，α为各厂商所选定的标度因素。当α为500和1000时，标出的CT值分别标为EMI单位或Hounsfield单位(Hu)。一个EMI CT值相当于两个Hounsfield CT值。正常人体不同组织、器官的CT值常在一定范围内变化，不同机器所测得也可略有差异(表1-2-1，表1-2-2)。

表1-2-1  人体组织、器官的CT值
组织类型 标准值(Hu) 范围(Hu)
肝 脾 肾 胰 肌  肉 甲状腺 脂  肪 脑白质 脑灰质 密质骨 疏质骨 钙  化 65±5 45±5 30±10 40±10 45±5 70±10 -65±10 30±2 36±4 >250 130±100 >60 45～75 35～55 20～40 25～55 35～50 50～80 -50～-100 28～32 32～40  

表1-2-2人体内各液体的CT值
人体内液体 标准值(Hu)
脑脊液 血  液 凝固血(新鲜) 凝固血(陈旧) 血  浆 渗出液(蛋白>30g/L) 漏出液(蛋白<30g/L) 5±4 55±5 80±10 45±15 27±2 ＞18±2 ＜18±2
目前绝大多数的CT扫描机具有1000或2000以上的CT值的变化范围。在多数情况下实际所需了解的只是一个较小范围的组织吸收X线值的变化，例如大多数颅内病变CT值的变化都包括在-20至+100Hu之间。但是，有时欲了解一个较宽范围的组织吸收X线值的变化，例如作胸部CT扫描，拟同时了解肺和其他软组织的情况时就是如此。这就要求检查者选择显示的CT值的范围和范围的中点，这个范围即所谓的窗宽，这个范围的中点即所谓的窗位。在CT的黑白显示器上，根据医生的习惯，往往将高CT值显示为淡色即白色，低CT值显示为深色即逐渐加深直至黑色。显示器具有一定数量的灰度等级(如16或64等)。由于人眼只能分辨有限数量的灰度等级，根据拟显示结构CT值的变化范围来确定窗宽和窗位是相当重要的。每一灰度等级所包括的CT值范围随窗宽的加宽而增大，并随其宽度变窄而变小。每一灰度等级所包括CT值的范围，可用灰度级数除窗宽而算出。窗位即窗宽所表示CT值范围的中点，只有窗位选择恰当才能更好地显示不同密度的组织。例如显示器上窗宽选择为100，而窗位为0，则CT值介于-50至+50Hu之间者呈现为不同的灰度，而CT值小于-50和小于+50Hu者分别显示为黑色和白色。
(二)噪声与伪影  扫描噪声即光子噪声，为穿透人体后到达检测器的光子数量有限，且其在矩阵内各图像点(象素)上的分布不是绝对均匀所造成。所以均质的组织或水在各图像点上的CT值不是相等的，而是在一定范围内呈常态曲线分布的。为减少噪声必须增加X线剂量，噪声减半需增加约4倍的X线量。
组织噪声为各种组织(如脂肪组织和脑组织)的平均CT值的变异所造成，即同一组织的CT值常在一定范围内变化，以致不同组织可以具有同一CT值。因此，根据CT值确定病理性质时需注意这一点。
伪影(artifacts)为扫描时的实际情况与建像所带来的一系列假设不符合所造成。常见的有以下几种：①移动伪影：扫描时患者的移动可产生移动伪迹，一般呈条状低密度影，与扫描方向一致；②高对比伪影：高密度物质如术后银夹、齿冠等造成投射经过它们时，引起衰减计算的错误所致；③射线硬化伪影(beam hardening artifact)：为高密度结构如枕骨内粗隆和前颅窗鸡冠等引起体内X线硬化程度密度不匀，虽经计算和重建程序纠正但仍不完全所造成的伪影，可呈放射状或条状高密度或低密度影；④机器故障伪影；这种伪影也有多种，常见的为第三代CT中，部分检测器不工作或工作不正常时所出现环形或同心圆状低密度伪影。
(三)部分容积效应(Partial Volume Phenomena)  短阵图像中象素代表一个体积，即象素面积×层厚，此体积内可能含有各种组织。因此，每一象素的CT值，实际所代表的是单位体积各种组织CT值的平均数。因而这种CT值所代表的组织密度可能实际上并不存在，例如骨骼与气体加在一起可以类似肌肉。由此在高密度区域中间的较小低密度病灶的CT值偏高，而在低密度区域中间的较小高密度灶的CT值常偏低。
(四)空间分辨率与密度分辨率  空间分辨率所表示的是影像中能显示的最小细节，而密度分辨率所表示的是能显示的最小密度差别。两者之间有着密切关系。CT的空间分辨率是指密度分辨率大于10%时能显示的最小细节，与象素大小有密切关系，一般为象素宽度的15倍。CT的密度分辨率受噪声和显示物的大小所制约，噪声越小和显示物越大，密度分辨率越佳。CT图像的空间分辨率不如X线照片高，但密度分辨率则比X线照片高得多。随着CT机的不断改进，CT的空间分辨率和密度分辨率也在不断提高之中。