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Micro CT分辨率概念剖析

   2023-11-10 158
核心提示:为证实真实的空间分辨率,德国QRM公司专为评估显微CT系统的空间分辨率而设计了一种模体QRM-MicroCT-Barpattern-NANO微CT测试模体​ 作为扫描和重建的对象。它含有处于正交取向的两个完全相同的硅芯片,各自带有若干不同粗细的校准线和图案。扫描和重建这样一个模体可证明真实的空间分辨率。

Micro CT(Micro Computed Tomography,微计算机断层扫描技术),又称微型CT、显微CT,是一种非破坏性的3D成像技术,可以在不破坏样本的情况下清楚了解样本的内部显微结构。微型CT一般使用的是锥束CT技术(Cone Beam CT),简称CBCT,它与普通临床的CT最大的差别在于分辨率极高,可以达到微米(μm)级别。 


CBCT 的工作原理


提到Micro CT,最受人关注的还是它的分辨率指标。但是一提到分辨率,不同厂家的说辞表述上会有所差异,尤其是国外厂家的资料经过一些代理的翻译后,更是呈现出五花八门的表述,难免会出现误导性,比如把体素尺寸等同于空间分辨率。如因关键指标的错误理解,导致了研究不能按预期目的进行,对设备采购者将是莫大的损失。小编觉得有必要整理一下分辨率的那些事儿,供大家能快速简单地理解。 

1. 空间分辨率(Spatial resolution) 

在高对比度情况下,能区分相临最小物体的能力,所以也称高对比度分辨率,受系统几何参数的影响,决定了影像的清晰度。

空间分辨率 = 高对比度分辨率

显微CT系统能够达到的空间分辨率,常常被引述为最小的像素尺寸(也命名为“标称分辨率”)。但是,真实的空间分辨率不仅取决于图像中的像素大小,还受到X射线源焦点尺寸、平板探测器像素大小、系统结构设计、系统机械精度和重建校正算法处理等因素的影响。 

2. 密度分辨率( Density resolution) 

在低对比度情况下能区分物体的能力,也称低对比度分辨率,受影像清晰度和噪声影响。

密度分辨率 = 低对比度分辨率 

低对比度图像                         造影剂增强对比度 

CBCT的一局限性是密度分辨率不够,对部分软组织解剖结构特别是软组织病变显像不如螺旋CT清晰。所以,在Micro CT的小动物实验上,一般会使用造影剂来增加内脏的对比度。 

3. 体素尺寸( Voxel size) 

空间分辨率常常受体素尺寸混淆!

体素尺寸的具体意义是重建图像中一个像素的尺寸大小。

体素尺寸又常被称为重建尺寸、重建分辨率、重建像素。

CT系统采集到图像是2D的投影图像,如果要看到空间的3D结构,必须通过重建的手段来还原。重建是一种3D图像的重塑手段,重建的尺寸大小在算法上可以人为地去设置。理论上,重建尺寸设置得越小,能得到越高清的图像,但是如果将重建尺寸设置的小于系统的空间分辨率,并没有意义,也不能进一步提高图像质量,只是将图像增大。所以实际上重建尺寸根据系统的分辨率以及样本扫描目的着情设置就好,比如离体样本时重建尺寸偏小设置,活体样本时重建尺寸可偏大设置。

有关图像分辨率和重建尺寸的关系

(见下图a、b详解)

好比一张摄影的照片,人为得可以分割成许多小方块。如果照片本身很清晰,那么分割得越小,放大同样倍数后,看到的细节也会越多;但是如果照片本身不是很清晰的,分割得再小,放大后也是看不清细节的。分割的大小对应重建尺寸,而图像本身是否清楚对应的是图像分辨率。 


图a、右边照片的图像分辨率优于左边的照片


图b、相同尺寸分割后放大的对比说明 

4. QRM测试-真实空间分辨率的证据 

前面提到,空间分辨率受系统几何参数的影响,决定了影像的清晰度。 

为证实真实的空间分辨率,德国QRM公司专为评估显微CT系统的空间分辨率而设计了一种模体

QRM-MicroCT-Barpattern-NANO微CT测试模体

作为扫描和重建的对象。它含有处于正交取向的两个完全相同的硅芯片,各自带有若干不同粗细的校准线和图案。扫描和重建这样一个模体可证明真实的空间分辨率。


深圳为尔康代理的德国QRM Nano测试卡扫描重建的整体图及相应MTF曲线



深圳为尔康代理的德国QRM Nano测试卡局部放大线对细节图

 
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