什么是CT高分辨力成像？

CT检查是最常用的影像学检查手段之一。在CT检查中有一个非常重要的概念，高对比分辨力（high-contrast resolution），又称空间分辨力（spatial resolution），是指当不同物体间衰减系数的差异与背景噪声相比足够大时（通常认为至少为100 HU），在显示的CT图像中分辨不同物体的能力。  

某些CT检查需要较高的空间分辨力，比如内耳、骨、肺等等。肺部的高分辨力CT（High Resolution CT，HRCT）成像已被广泛用于许多肺部疾病的诊断和治疗评估。早期的HRCT方法是通过肺部以10-20mm的间隔获得非连续的吸气相薄层图像。这种方法通常适用于非螺旋CT。虽然这种方法大大降低了辐射剂量，但其诊断价值更为有限；它在筛查有弥漫性肺病风险的个体方面的作用可能有限。随着螺旋CT的广泛应用，目前胸部HRCT是利用薄层CT图像（层厚≤1.5 mm）和高分辨力重建（锐利卷积核）算法来检测和表征影响肺实质和小气道的疾病。（更多内容参见：成人胸部HRCT：概念、适应症、技术参数与方案优化）。  

那么，什么样的图像才是高分辨力图像？什么样的检查又是高分辨力检查呢？  

首先，我们要明确一下高分辨力的检测方法。

调制传递函数（modulation transfer function；MTF）是一种非常科学的评价空间分辨力的方法。通过绘制对比度与条纹图频率的关系图，MTF可表示为条纹间对比度随条纹图频率增大而衰减的关系。  

计算MTF的模体描述及其对应的高对比分辨力的测量方法参照 GB/T 19042.5（《GB/T 19042.5-2022医用成像部门的评价及例行试验 第3-5部分：X射线计算机体层摄影设备成像性能验收试验与稳定性试验》2022年10月12日发布，将于2023年11月1日实施，该标准代替了GB/T 19042.5-2006和GB/T 17006.11-2015）。  

更多内容参见：   空间分辨率MTF曲线上哪些数值最有意义？  

空间分辨力的测量

在2019年中华人民共和国国家卫生健康委员会发布的《WS 519—2019X射线计算机体层摄影质量控制检测规范》中对于空间分辨力的测量方法给出了具体的规定。需要按照临床常用头部条件，设置薄层层厚，标准重建模式，进行轴向扫描。每次扫描的剂量 CTDIw应不大于50 mGy。随后记录能分辨的最小周期性细节的尺寸或记录MTF 曲线上10%对应的空间频率值作为空间分辨力的测量值。  

在一定空间分辨力的图像中，能够显示的最小组织结构mm=5/线对数，例如，空间分辨力为10 lp/cm，则最小可以分辨的组织结构为0.5mm。  

更多内容参见：CT的空间分辨率。  

WS 519—2019《X射线计算机体层摄影装置质量控制检测规范》

检测方法明确之后，我们来看一下高分辨力的定义。  

在上述质量检测规范中关于质量控制检测项目与技术要求也对于高空间分辨力的要求进行了定义，对于常规算法，MTF10的线对数需要大于6lp/cm，而高分辨力算法MTF10需要大于11lp/cm（验收标准）。  

用对比度对分辨力做图，得到适用于B50卷积核和此扫描模式的调制传递函数（MTF）。该MTF完整表征了此专用扫描模式与B50卷积核相结合的空间分辨力。红、绿、蓝、黄点分别为5、6、7、8 lp/cm栅格。

在CT常规检查中，通常用不同的卷积核获得不同的空间分辨力的图像。比如胸部扫描的纵膈窗通常采用平滑算法，从而获得噪声水平相对较低的图像，软组织分辨力更高；而肺窗则采用锐利算法，虽然噪声水平增加，但是空间分辨力更高，细节显示更好。在实际临床工作中，我们可以看到，使用锐利的卷积核通常会采用较大的窗宽，从而在视觉上减少噪声的影响。  

这时，我们使用锐利卷积核重建的肺窗图像，可以认为是高分辨力成像。      

在实际临床工作中，除了使用算法进行空间分辨力的提升之外，还有通过硬件改进实现的超高分辨力（UHR）的采集方法，可以获得比改变单纯卷积核更高的空间分辨力图像。  

硬件改进实现的超高分辨力成像的方法主要有两种，一种是缩小探测器单元的尺寸，这方面的案例是Aquilion Precision CT（Canon Medical Systems）。该设备的最小探测器元件尺寸减小到0.25×0.25 mm。为了使该平台的空间分辨力最大化，X射线管的可调焦点尺寸从佳能医疗系统其他型号的0.9×0.8mm减小到0.4x0.5mm。从而使得高分辨力采集的MTF10=28.9lp/cm。  

（来自佳能医疗官网）

作为对照，常规探测器尺寸的设备的高分辨力算法的空间分辨力为MTF10=11.7lp/cm（Spectral CT 7500，Philips Healthcare）到MTF10=18lp/cm（Revolution Apex，GE Healthcare）左右（缺乏其他厂家的数据）。

71岁男性，新冠肺炎，UHR-CT扫描（Aquilion Precision CT），0.25mm层厚，1024x1024矩阵重建，双侧肺部支气管血管束的合并和磨玻璃影（箭头）。

虽然实现超高空间分辨力的一种方法是减小探测器的尺寸，但空间分辨力也取决于其他因素，包括X射线管焦点大小、X射线源位置的放大率、每次机架旋转记录的投影数、重建的卷积核、算法和体素大小等等。因此，仅直接比较探测器尺寸可能无法准确反映空间分辨力的差异。

z-UHR和第三代双源UHR技术比较。第一代双源（A），第二代双源（B）和第三代双源（C）内耳图像比较。注意使用0.4x0.5 mm的小焦点第三代双源UHR模式图像质量显著改善。层厚均为0.4 mm。

第二种方法是使用可移动的装置在需要使用超高分辨力成像时移动到探测器单元上方，从而遮住一部分探测器，这方面的例子是西门子的CT设备。有两种方法，一种是UHR模式，这种模式在x-y轴方向遮住探测器单元的50%，从而提高空间分辨力，第二种是在第一种的基础上，在z轴方向上再遮挡50%的探测器单元，从而获得z轴方向上更高的空间分辨力图像。得益于SOMATOM Force（Siemens Healthineers）的小焦点（0.4x0.5mm）与UHR技术，可以获得MTF10=30lp/cm的图像。

两种不同UHR模式层面内最大空间分辨力结果

70岁女性，支气管扩张（箭头，右肺中叶），能量积分探测器CT（EID-CT）和光子计数探测器CT（PCD-CT）图像。PCD-CT系统使用专用的UHR卷积核（Qr76，IR强度3）和0.2毫米的层厚，与使用Qr54（IR强度3）和0.6毫米层厚重建的临床EID-CT图像相比，支气管壁的划分明显改善（箭头）。

目前的能量积分探测器CT，通过缩小探测器单元尺寸，会导致剂量效率的下降，提升空间分辨力的效果有限。随着光子计数CT的实现（参见：什么是光子计数CT？），可以实现更高的空间分辨力，从而获得更好的细节显示效果。

参考  文献：

[1] Droege R T, Morin R L. A practical method to measure the MTF of CT scanners[J]. Medical Physics, 1982,9(5):758-60.

[2] 中华人民共和国国家卫生健康委员会. WS 519—2019 X射线计算机体层摄影质量控制检测规范.

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