CR伪影的研究
Artefacts found in computed radiologyWang Jun.Department of radiology,general hospital of Nanjing military region,210002
尽管利用传统成像的几何学原理、滤线栅、X线控制台及球管获得计算机X线摄影(computed radiography,CR)影像,技术操作伪影的某些方面与传统X线摄影所发现的那些伪影相比存在着不同。这些伪影可以追踪到CR成像系统的各个组成部分,如:X线摄影条件、成像板(imaging plates,IPs)、影像读取装置扫描、影像读取、图像处理、激光打印机及操作者的错误都能产生一个影像科室所能经历的伪影。认识成像过程中怎样产生这些伪影的各种因素将有助于消除这些缺陷。
1、资料与方法
我们单位于2001年7月一次性安装了3台ACR-2000i成像板读出装置,通过它获得直接数字投照X线照片影像(如图1)。我们用14inX17in(36cmX43cm)、10inX12in(25cmX30cm)和8inX10in(20cmX25cm)ST-V型成像板,最大像素分辨率512像素/in(10inX12in)、365像素/in(14inX17in),象素点大小为87微米,扫描频率50线/秒,灰阶12比特(4096线)。在一般光线下,将已投照过的影像板从暗盒中取出,并放入扫描仪,50秒后一张2K×2.5K×12bit的国际数字医学影像通讯标准(DICOM3.0)图像就形成了(如图1)。柯达干式激光打印机:8700型1台,8100型2台。在影像尺寸上与传统X线照片14inX17in相比因打印操作而减小了50%。本文随机统计3626例CR照片的影像,均以传统X线摄影的影像质量作检查,但一些传统X线摄影常见的伪影,如呼吸、运动伪影,服饰伪影,图像被切等,未在其列。
2、结 果
在随机抽查的3626例CR照片中,无任何伪影的照片3404张、占93.9%;发现有伪影的为222张、占6.1%,分别归纳为:片状灰色伪影37张(如图2)、白色粗线条纹伪影112张(如图3)、黑线条伪影5张(如图4~6)、象牙状高密度影45张(用unpress软件处理后可消失,如图7、图8)、毛衣状伪影12张(如图9、图10)、图像压缩17张(如图11)、影像读取伪影15张(如图13~18)、记忆伪影3张(如图19)、散射线所致伪影6张(如图20~21)、图像变形1张(如图22)、图像断影3张(如图23)、霉斑状伪影6张(如图24)、IP裂影2张、激光打印机所致伪影3张。
3、讨 论
常规X线摄影中使用增感屏/胶片组合系统的成像方式已众所周知[1],在X线照片上最终形成的影像无法直接数字化。CR系统解决的关键问题之一就是开发了一种既可接受模拟信息,又可实现模拟信息数字化的信息载体,即成像板。这样,采集的信息则可应用数字图像信息处理技术进一步处理,实现数字化处理、贮存与传输。
IP关键的成像层为含微量二价铕离子的氟卤化钡晶体,该晶体层内的化合物经X线照射后可将接受的能量以潜影的方式贮存在晶体内。当用激光束扫描带有潜影的成像板时,可激发贮存在晶体内的能量,使之转换为荧光,继而被读出并转换为数字信号。数字信号则可馈入计算机和数字图像处理系统,最终形成数字影像。然后被送到潜影消除部分,经强光照射,消除IP上的潜影[2]。
成像板装在暗盒内,用和常规X线摄影相同的方式投照,因此与常规X线摄影设备相兼容。这样,其产生的伪影首先要学会分析,探究其产生的原因,然后再加以排除。
3.1片状灰色伪影:本组占37例(如图2),其现象是在图像的一端产生灰色、片状影,占据整个图像的一端。产生的原因是随着扫描IP的数量增多,激光读取的裂隙处灰尘也随之增加,如同一层薄沙一样挡住激光的读取,在图像上造成片状、偏深灰色阴影,其特点为批量生产。消除的办法可用酒精沙布擦拭激光读取处的裂隙,清除灰尘。
3.2白色粗线条纹伪影:本组占112例(如图3),其现象是在垂直于IP扫描方面上有多股粗细不等、相互平行的白色线条状伪影,且每一条线粗细均匀。其产生的原因是由于灰尘影响扫描的速度及其匀速性,使IP扫描时出现短暂的停顿,从而造成粗细不一的白色条纹。可用酒精沙布擦拭扫描径路,尤其是滚轴。当擦拭后无效,可考虑滚轴两边弹簧松紧度不一,造成IP的行径过程中密着不良,致使其在扫描过程中行走速度不一所致。可通过调节辊轴的松紧度,通过网线对接试验确诊滚轴与IP密着良好后才能正常使用。
3.3黑线条纹伪影:本组占5例(如图4),其现象是在图像上沿扫描轴有一条粗细均匀的黑色线状影。其产生的原因是由于一点状灰尘挡住激光读取影像,随着IP的运行将点状灰尘带走时则伪影消失,当灰尘停留在扫描仪内时间越长,则产生的黑色线条影越长。可用酒精沙布擦拭激光读取的裂隙处,同时要保持IP的清洁。图5、图6为在IP上仿真试验所得的图像。
3.4象牙状高密度影:本组45例(如图7),其现象是整个图像呈象牙样高密度影,且看不清图像的内部结构。考虑是扫描仪在读取时影像处理错误,由灰阶直方图的不正确判断所致。可通过标准处理参数加以控制,当用unpress软件处理来增强影像锐利后可清晰显示所摄影像,无需重新拍摄(如图8),所以本组在统计时未把其列为伪影栏内。
3.5毛衣状伪影:本组12例(如图9),其现象犹如穿毛衣时所摄的传统影像,因此,诊断医生常常在申请单上写出:“请将毛衣脱掉再照”的字样。其实不然,它是由于电脑软件出错所致,它与上面所述的象牙状高密度伪影的区别在于,前者能看出影像,但用unpress软件处理后无效(如图10);而后者图像无法辨认,但可利用unpress软件处理后使图像清晰可见(如图7~8)。此例可通过重新启动电脑即可继续扫描IP,但对于已扫描过且已擦除IP的病人则无法挽回图像,必须重照。
3.6图像压缩:本组17例(如图11),图像呈一侧性压缩,另一侧出现空白带,是整体图像的缩小,无影像信息的丢失,无需重照。这主要是激光模块的问题,更换即可。同时,出现这种现象要与缩光器未打开相鉴别,后者常常是图像的两边因缩光器未开而切掉影像,仅留有缩光器打开所拍摄到的一部分图像,是双向切除呈两侧空白带,有影像信息的丢失,其边缘因放射线有毛糙感,需重照(如图12)。
3.7影像读取伪影:本组15例(如图13~18),其现象是图像出现错误的排列组合,可以同一张图像的不同组合(如图13),也可以是前后两张图像的不同组合(如图14),还有的是同一图像的两次影(如图15),图16的错误与缩光器未开的区别在于其图像的边缘光滑锐利。它们都是由于识别错误所致,不排除病毒的可能性,可进行软件的重新安装。由此可见,应加强管理,在拷贝文件时应先查毒、杀毒。
3.8记忆伪影:本组3例(如图19),其现象是前后两次所拍的图像重叠在一张上。CR系统用于X线平片检查时,X线剂量可比常规X线照片减少[2],但部位不同则剂量减少有不同的极限。此外,虽然减少很大比例的剂量后仍能显示影像,但有时会同时读出IP上原有存储较强的信息而显示为重叠影像,我们通常把它称之为“记忆伪影”[3],这主要显示于前者X线剂量过大,而后者剂量过低的情况下,加之IP擦除方法上的问题,如擦除时间或功率上的不够致使前后影像重叠。因此,为消除这类伪影应使用合适的X线摄影条件,不能以为有了CR就可全然不顾X线摄影条件,这里主要有两种情形:为了增强细节而一味地提高X线摄影条件,以及为了降低X线辐射而一味地降低X线摄影条件等都是不足取的。此外,一定要在规定的时间内进行IP擦除,不可操之过急而过早地取出还未完全消除好的IP继续使用,一定要规范作业。
3.9散射线所致伪影:本组6例,图20有一矩形白色影,是由于装有IP的暗盒叠放在X线机房,散射线将未遮挡的IP曝光所致。因此,IP对散射线敏感,必须防电离辐射源,包括散射线。应将IP远离放射源,将所有装有IP的暗盒不得放在机房内。图21见暗盒扣影,反向散射能导致伪影归因于存贮荧光物质对散射线的高灵敏度。从暗盒后物体散射能曝光IP,产生暗盒后物体的影像。有报道,在暗盒后面应用铅薄片可能会消除这些伪影[4]。
3.10图像变形:本组1例(如图22)为图像变形,是由于滚轴刚擦拭后未干燥就进行IP的扫描所致,因此一定要待干燥后方可进行IP的扫描。
3.11图像断影:本组3例(如图23),图像呈不连续的两次影像,是由于在IP扫描过程中碰到扫描仪的停止/反向/顺向按钮所致,因此在扫描时其仪器的相关部件不要随意碰。
3.12霉斑状伪影:本组6例(如图24),此现象为散在、点状分布,形似霉斑,是由于IP用酒精保养擦拭1年后出现的现象,因此在保养IP时要用专门的清洁剂。
此外,当IP通过成像板读出装置时必须弯曲易产生裂纹(本组2例因图像在拷贝中不能清晰显示故未引用)。本组因干式激光打印机所致黑色细条纹状伪影3例(因无法拷贝故未引用),确定此伪影是来自打印机还是成像板读出装置,应考虑的是,如果此伪影由激光打印机所致,它将在影像软拷贝的形式上不出现,且打印出的影像成批量生产。在CR成像中与屏/片成像一样要经常使用滤线栅,如果滤线栅的线条平行于读出装置的扫描线时,低栅比将导致花纹像出现在影像中。或许我们所使用的均为较高的栅比,与文献[4]中所述的伪影未曾见到。
4.结论:
所有得到的伪影可跟踪到CR设备的各种部件,如:涉及到X线摄影条件、成像板、读取装置扫描、影像读取、图像处理、激光打印,以及操作者错误等各个方面。因此,对于操作者来说,首先要能够识别伪影产生的原因,然后才能够消除。其次,对于IP扫描的操作者来说要对扫描装置、IP进行预防性定期保养,去除灰尘,避免闲杂人员进入操作间,保持操作间的空气清洁则可去除大部分伪影,本组共157例是由于灰尘所致,占整个伪影的70.7%(特别说明,当时我科正在引进新设备,搞内装修,灰尘较大)。再其次,就是操作者一定要规范作业,本组因不规范作业所致伪影19例,占整个伪影的8.6%。此外,应加强网络管理,避免病毒的进入。总之,由于这些伪影在CR影像上与传统的相比方式上存在不同,如果CR系统使用者们能意识到这些伪影产生的可能性,实行预防性定期保养制度和规范作业,那么这些伪影将较容易地、有效地被消除,并可使伪影减少到2%以下。