影像课堂｜常见的CT伪影及校正方法——第一篇：金属伪影
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作者:锐视医疗
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发布时间: 2025-03-10
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科研用显微CT主要采用CBCT，一次旋转扫描即可获取大量投影数据重建高分辨率三维图像，但扫描金属植入体等高密度材料时会出现金属伪影，钙化组织、骨骼等高密度材料也会导致该现象，伪影表现为条纹或光晕，干扰准确观察。其成因包括射束硬化效应、散射原射比升高、光子饥饿和部分容积效应。常见校正方法有虚拟单色图像、投影插值法和迭代重建法，但各有不足。新型CBCT金属伪影校正结合多种传统方法优势并引入GPU加速技术。锐视科技Micro - CT成像系统（IMAGING 100）深度优化硬件结构和重建算法，能高效抑制金属伪影，提升成像质量，提供更清晰可靠影像数据。
目前，科研用的显微CT主要采用锥形束计算机断层扫描（Cone Beam CT，简称CBCT），与需要多次旋转以逐层扫描的医用扇形束CT（fan beam CT）不同，CBCT在一次旋转扫描中即可获取大量投影数据，从而重建出高分辨率的三维图像。然而，CBCT应用中的一个主要限制是在扫描金属植入体等高密度材料时会出现金属伪影。
在CBCT成像中，金属伪影不仅仅是由金属材料引起的，其他高密度材料同样可能导致这种伪影现象，例如，钙化的组织、骨骼、牙齿填充物以及某些造影剂等高密度材料也会在图像中产生金属伪影。这些伪影通常表现为图像中的条纹或光晕，干扰对周围组织或材料的准确观察。
▲Micro-CT图像中的金属伪影：大鼠的肺部成像（左），含有金属螺钉的塑料零件（右）
· 射束硬化效应：小动物Micro-CT使用的X射线球管发出的是多色X射线，即包含多个不同能量的X射线成分，能量范围从低到高不等。多色X射线通过含有高密度材料的物体时，低能X射线比高能X射线衰减得更多，导致平均X射线能量增加，并在重建图像中产生条纹伪影，即射束硬化效应。
· 散射原射比升高：相对于扇形束CT，CBCT的扫描体积较大，导致散射原射比升高。当X射线通过高密度材料区域时，散射原射比可能进一步增加。不完美的散射校正也会导致高密度材料周围的图像伪影。
· 光子饥饿：高密度材料会高度衰减X射线束，导致较少的光子到达探测器，显著降低图像相应区域的信噪比，无法获得有效的图像信息，从而产生金属伪影。
· 部分容积效应：通常出现在高密度材料边缘区域，在这些区域，高密度材料与周围组织之间的X射线衰减系数存在显著差异。当X射线通过边缘区域并汇聚到同一个探测器像素时，几乎不可能恢复这些混合材料的真实衰减系数，从而导致图像伪影。
目前，有几种常见的金属伪影校正方法：
· 虚拟单色图像：从两个独立的多色X射线光谱下获取的扫描中提取单色数据，并生成虚拟单色图像，这样能大幅度减少射束硬化效应。但是，尽管高能量的虚拟单色图像表现出更少的金属伪影，其图像对比度更低，且具有更为明显的噪声。
· 投影插值法：将X射线投影域中高密度材料区域的信号强度用周围组织的信号强度所替代，但这可能会在金属周围产生切向的次生伪影和图像模糊。
· 迭代重建法：能够最大限度地利用原始投影数据恢复金属周围的组织。然而，这种方法耗时较长，而且当X射线信号被金属区域严重衰减时，迭代重建也无法得到好的效果。
新型的CBCT金属伪影校正通常会结合多种传统方法的优势，同时引入GPU加速技术，以实现短时间内数据的高效重建。图中展示了借助基于双能量的金属伪影矫正方法完成重建的图像，该方法能有效校正金属伪影，并保留金属区域周围的组织细节[1]。
▲含有金属植入体的牙科仿体：金属伪影校正前（左上）及校正后（右上） 含有金属植入体的腹腔仿体：金属伪影校正前（左下）及校正后（右下）
锐视科技Micro-CT成像系统（IMAGING 100），通过深度优化硬件结构和重建算法，能够高效抑制图像中的金属伪影，最大程度地还原复杂物体内部的真实结构，使得成像质量显著提升，为相关研究与应用提供了更清晰、可靠的影像数据。
▲锐视科技Micro-CT成像系统（型号：IMAGING 100）
参考文献
[1]Ge et al.Phys.Med.Biol.70(2025)015015.
