有關Micro CT的空間分辨率、密度分辨率、體素尺寸的概念解剖

 

Micro CT（Micro Computed Tomography，微計算機斷層掃描技術），又稱微型CT、顯微CT，是一種非破壞性的3D成像技術，可以在不破壞樣本的情況下清楚了解樣本的內部顯微結構。微型CT一般使用的是錐束CT技術（Cone Beam CT），簡稱CBCT，它與普通臨床的CT最大的差別在于分辨率極高，可以達到微米（μm）級別。

 

 CBCT 的工作原理

 

 

正文：

提到Micro CT，最受人關注的還是它的分辨率指標。但是一提到分辨率，不同廠家的說辭表述上會有所差異，尤其是國外廠家的資料經過一些代理的翻譯后，更是呈現出五花八門的表述，難免會出現誤導性，比如把體素尺寸等同于空間分辨率。如因關鍵指標的錯誤理解，導致了研究不能按預期目的進行，對設備采購者將是莫大的損失。小編覺得有必要整理一下分辨率的那些事兒，供大家能快速簡單地理解。

 

1. 空間分辨率(Spatial resolution)

 

在高對比度情況下，能區分相臨最小物體的能力，所以也稱高對比度分辨率，受系統幾何參數的影響，決定了影像的清晰度。

空間分辨率 = 高對比度分辨率

顯微CT系統能夠達到的空間分辨率，常常被引述為最小的像素尺寸（也命名為“標稱分辨率”）。但是，真實的空間分辨率不僅取決于圖像中的像素大小，還受到X射線源焦點尺寸、平板探測器像素大小、系統結構設計、系統機械精度和重建校正算法處理等因素的影響。

 

 

2. 密度分辨率( Density resolution)

 

在低對比度情況下能區分物體的能力，也稱低對比度分辨率，受影像清晰度和噪聲影響。

密度分辨率 = 低對比度分辨率

 

       

低對比度圖像                         造影劑增強對比度

 

CBCT的一局限性是密度分辨率不夠,對部分軟組織解剖結構特別是軟組織病變顯像不如螺旋CT清晰。所以，在Micro CT的小動物實驗上，一般會使用造影劑來增加內臟的對比度。

 

3. 體素尺寸( Voxel size)

 

空間分辨率常常受體素尺寸混淆！

體素尺寸的具體意義是重建圖像中一個像素的尺寸大小。

體素尺寸又常被稱為重建尺寸、重建分辨率、重建像素。

CT系統采集到圖像是2D的投影圖像，如果要看到空間的3D結構，必須通過重建的手段來還原。重建是一種3D圖像的重塑手段，重建的尺寸大小在算法上可以人為地去設置。理論上，重建尺寸設置得越小，能得到越高清的圖像，但是如果將重建尺寸設置的小于系統的空間分辨率，并沒有意義，也不能進一步提高圖像質量，只是將圖像增大。所以實際上重建尺寸根據系統的分辨率以及樣本掃描目的著情設置就好，比如離體樣本時重建尺寸偏小設置，活體樣本時重建尺寸可偏大設置。

有關圖像分辨率和重建尺寸的關系

（見下圖a、b詳解）

好比一張攝影的照片，人為得可以分割成許多小方塊。如果照片本身很清晰，那么分割得越小，放大同樣倍數后，看到的細節也會越多；但是如果照片本身不是很清晰的，分割得再小，放大后也是看不清細節的。分割的大小對應重建尺寸，而圖像本身是否清楚對應的是圖像分辨率。

 

圖a、右邊照片的圖像分辨率優于左邊的照片

圖b、相同尺寸分割后放大的對比說明

 

4. QRM測試-真實空間分辨率的證據

 

前面提到，空間分辨率受系統幾何參數的影響，決定了影像的清晰度。

 

為證實真實的空間分辨率，德國QRM公司專為評估顯微CT系統的空間分辨率而設計了一種模體作為掃描和重建的對象。它含有處于正交取向的兩個完全相同的硅芯片，各自帶有若干不同粗細的校準線和圖案。掃描和重建這樣一個模體可證明真實的空間分辨率。

 

圖例1:平生公司QRM假體掃描重建的整體圖及相應MTF曲線

 

圖例2: 平生公司QRM局部放大線對細節圖

 

尾聲：

求實、求真，愿良好的市場競爭環境督促各科研設備廠家不斷前進。

更愿我們國產設備廠家能勵志前行，不忘初心！