1、（综述）螺旋 CT 图像纵向分辨力分析余晓锷 林意群 (第一军医大学生物医学工程系, 广东 广州 510515)摘 要 本文综述了螺旋 CT 的纵向分辨力的表达方式、影响因素，探讨了改善螺旋 CT 纵向分辨力的方法。关键词 纵向分辨力；层灵敏度剖面线；螺距；重叠重建The analysis for longitudinal resolution in spiral CTYU Xiao-e , KANG Li-liAbstract: This paper summarizes the description and the affection factors of the longitudina
2、l resolution in spiral CT, the improvement method for longitudinal resolution is discussed.Key words: longitudinal resolution; section sensitivity profile; pitch; overlapping slice reconstruction1 引言螺旋 CT 是一种通过快速扫描法采集螺旋体积数据的新技术，它的出现标志着 CT 成像技术的又一次飞跃。螺旋 CT 在临床上已得到了广泛的应用，其图像质量的大多数指标，如空间分辨力、密度分辨力、均匀性和线
3、性度等与常规 CT 基本相同，但螺旋 CT 图像的层灵敏度剖面线有一定程度的增宽变形。螺旋 CT 的高对比度分辨力和低对比度分辨力均得到对比和分析 1-2，但螺旋 CT 的纵向分辨力国内文献报道的还不多。而纵向分辨力在高对比度 CT 中是一个重要的因素，它的下降会导致容积效应的增加，这样会影响 CT 影像的临床诊断，尤其在 CTA 中表现更甚 3-5。因此了解螺旋 CT 中纵向分辨力的特性及改善纵向分辨力的方法是十分重要的。2 衡量纵向分辨力的依据 6：在传统 CT 中系统的点扩展函数（ PSF：point spread function）由探测器组的响应函数决定，而在螺旋 CT 决定 PSF
4、 的除探测器组的响应函数外，诊视床的运动函数也起着决定作用。在 CT 设备中层灵敏度剖面线 SSP（section sensitivity profile）的定义是沿着诊视床运动方向并通过机架旋转中心直线所决定的 PSF。因此， SSP 一般作为描述纵向分辨力的依据。SSP 描述切层体素的侧面轮廓，决定了 Z 轴方向体素的大小及特性，代表相邻层面的相互影响，其理想形状应为矩形，在传统 CT 中的 SSP 即接近矩形，其灵敏度分布曲线的半值全宽（FWHM：full width at half maximum）等于层厚，此时的部分容积效应几乎等于零。而螺旋 CT 的 SSP 呈一正态分布曲线，也即
5、 SSP 形态变差，但在实际应用中发现即便在螺旋 CT 中 SSP 有很大程度的下降，但如果用 FWTM 来衡量它们，其结果反映得并不明显，因此又开始采用 FWTM（full width at one-tenth of the maximum）来衡量纵向分辨力，同时另一种方法也开始应用，即高斯曲线 1/10 的面积处（ FWTA：full width at tenth area）SSP 的 FWTM 代表图像的纵向分辨力。三种描述方法参见图 1。本文作者 余晓锷 讲师。Email: （如需软盘请发 Email）林意群 教授。3 螺旋 CT 图像中影响纵向分辨力的主要因素：（1） 插值算法对纵向
6、分辨力的影响。螺旋 CT 采集的是容积数据，在容积扫描数据获得以后，即可在 Z 轴的任何位置以任意层厚和间隔重建。由于任何 3600 的扫描数据,如直接重建均可导致切层厚度不匀或倾斜或产生伪影，即所谓会产生部分容积效应,因而需要用内插方法将原始数据转换为平面扫描数据,再据此形成所需的图像。目前在螺旋 CT 中常用的有 1800 内插算法和 3600 线性内插算法。在 3600 线性内插算法中，采集的数据范围是23600，这样虽然噪声有所下降，但 SSP 却比原先增宽了 30%，而在 1800 线性插值算法中，收集数据的范围是 2（180 0+扇形角度） ，运用这种算法时，噪声为插值前的 1.1
7、5 倍，但SSP 却比较接近于传统 CT7-8。当然这种对比的前提是螺距不要选得过大。插值算法对纵向分辨力的影响参见图 27。（2） 诊视床的步进距离（feed）对纵向分辨力的影响。在螺旋 CT 中定义诊视床的步进距离为龙门架旋转 3600 时诊视床所移动的距离。不难想象，feed 取得越大，在单位时间内扫描体积越长，患者所接受计量也越小。但 feed 与螺旋 CT 中 SSP 是密切相关的。已有理论证明螺旋 CT 中的 SSP 等于传统扫描下的 SSP（矩形函数）与病人诊视床运动函数的卷积 9（图 3） 。病人诊视床运动函数在应用 3600 线性内插算法是边长等于 2d（d 等于步进距离 f
8、eed）的等边三角形，当应用 1800 线性插值算法则为边长等于 d 的等边三角形。因此，在算法固定的前提下，feed 选取得越大，SSP 增宽得越明显 8（图 4 和图 5） 。图 1 衡量纵向分辨力的三种方法 图 2 插值算法对纵向分辨力的影响图 4 3600LI 插值方法 feed 对纵向分辨力的影响 图 5 1800LI 插值方法 feed 对纵向分辨力的影响180图 3 螺旋 CT 中 SSP 的图形表达方式4 提高纵向分辨力的有效方法：（1） 回顾性重建提高图像的纵向分辨力。螺旋 CT 由于在床的运动过程中采集数据，使得图像的 SSP 有一定程度的下降，但螺旋扫描获得的投影数据是沿
9、着患者纵轴的连续数据，所以可以任意提取所需层面的投影数据进行重建，无需再次扫描，因此在实质上我们可以利用回顾性重建的特性提高螺旋 CT 的纵向分辨力。在回顾性重建中重建间隔（reconstruction interval）的设置十分关键。首先必须从全局考虑，选取折中的条件，一般要考虑图像的处理时间、待观察图像的层数、提高图像的纵向分辨力等等。重建间隔选取得小，则图像处理时间，图像的层面都会增大，但纵向分辨力却会提高。当重建间隔小于层厚时，就意味着原始扫描数据要重复利用来重建断层图像，这就是所谓的重叠重建（overlap reconstruction）Urban 等研究表明 10，对连续采集的数
10、据进行 50%的重叠重建时，可以提高 10%的小病灶检出率。如图 6 所示 11，假设一个小病灶正位于相邻两层的交界处，如果不进行重叠重建，则会遗漏病灶，但如果进行 50%的重叠重建，则病灶正好落在重叠重建后的粗线的那一层面中。（2） 重叠重建的优化设置。重叠重建提高了纵向分辨力，那么是否对数据的重叠率越高，纵向分辨力就越好呢？回答是否定的。Wang.G 等人对此问题进行了理论的推导分析。分析中把纵向分辨力（FWTM）看作是螺距（pitch）和重建层数（n）的函数。对不同螺距下重建不同层面的纵向分辨力进行了计算，其结果如表 1 所示 12。从表 1 我们可以得出以下几个结论：（1）螺距越小，为
11、了充分利用扫描数据，提高纵向分辨力，所重建的层数就应越多。一般说来，当 p 1 时，建议重建 35 个层面，当 p1 时，建议重建 2 个层面。（2）FWTM 并非总是随 n 单调下降。从表中可以看出，当 p=2 时，重建 2 层时（n=2）的FWTM 最小。表 1 纵向分辨力随螺距（pitch）和重叠层数（n）的变化值Pitchn 1 2 3 4 50.33 9.9 6.9 6.5 6.2 6.00.67 10.1 7.5 6.9 6.9 6.71.0 10.3 7.9 7.7 7.7 7.71.33 10.6 8.7 8.7 8.7 8.71.67 11.0 9.9 9.9 9.9 9.9
12、2.0 11.8 11.0 11.2 11.2 11.25 结论：在理论上分析螺旋 CT 的 SSP 呈现高斯分布形态，其纵向分辨力比传统 CT 纵向分辨力差，下这个结论时忽略了两个方面的问题，一方面是在传统 CT 中要获得好的纵向分辨力，诊视床的步进距离必须设置得非常小，但这样会导致病人受辐射剂量增大，因此在临床中采用得非常少，结果是传统 CT 的最佳纵向分辨力几乎不能够获得。另一方面在螺旋CT 中可以利用重叠重建提高纵向分辨力，体积数据的重建间隔可以任意选取，也可以选得非常小，其代价仅仅是运算量加大，但纵向分辨力也大大地提高了。Wang 等人对两种类型的 CT 进行了对比 9，得出结论是螺
13、旋 CT 除了可以快速获取数据以外，它的另一优点是ba图 6 a 图没有重叠重建，b 图是 50%的重叠重建纵向分辨力好于传统 CT 的纵向分辨力。参考文献：1. Crawford CR , King KF. Computed tomography scanning with simultaneous patient translation. Med Phys.17:967-982 ,19902. W.A.Kalender, K.King. Physical performance scanning with simultaneous patient translation.Med.Phys.
14、18:910-915,19913. P.Costello,W.Anderson,and D.Blume, Pulmonary nodule: Evaluation with spiral volumetric CT,Radiology 179,975-976，19914. D.Dupuy,P.Costello,and C.Ecker,Spiral CT of the pancreas Radiology 183,815-818。5. Napel SA,Marks MA,Rubin GD et al. CT angiography with spiral CT and maximum inten
15、sity projection. Radiology 185:607-610，19926. Kalender WA,Principles of spiral CT,American Medical Publ,Madison,Wisc7. Polacin A,Kalender WA,Marchal G: Evaluation of section sensitivity profiles and image noise in spiral CT Radiology 185:29-35,19928. Kalender W,Polacin A Physical performance charact
16、eristics of spiral CT scanning. Med Phys 18:910-915,19919. Wang G,Vannier MW Longitudinal resolution in volumetric x-ray CT-analytical comparison between conventional and helical CT. Med Phys 21:429-433,199410. Urbin GD, Dake MD,et al Detection of focal hepatic lesions with spiral CT:Comparison of 4-and 8-mm interscan spacing. AJR Am J Roentgenol 160:783-785,199311. Brink JA, Heiken JP, Wang G et al:Spiral(helical)CT:Principles and technical considerations. Radiographics 14:919-924,199412. G.Wang,J.A.Brink Theoretical TWTM values in helical CT Med Phys 21:753-754,1994
