有關(guān)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(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)），又稱微型CT、顯微CT，是一種非破壞性的3D成像技術(shù)，可以在不破壞樣本的情況下清楚了解樣本的內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)。微型CT一般使用的是錐束CT技術(shù)（Cone Beam CT），簡(jiǎn)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(dá)到微米（μm）級(jí)別。

 

 CBCT 的工作原理

 

 

正文：

提到Micro CT，最受人關(guān)注的還是它的分辨率指標(biāo)。但是一提到分辨率，不同廠家的說(shuō)辭表述上會(huì)有所差異，尤其是國(guó)外廠家的資料經(jīng)過(guò)一些代理的翻譯后，更是呈現(xiàn)出五花八門的表述，難免會(huì)出現(xiàn)誤導(dǎo)性，比如把體素尺寸等同于空間分辨率。如因關(guān)鍵指標(biāo)的錯(cuò)誤理解，導(dǎo)致了研究不能按預(yù)期目的進(jìn)行，對(duì)設(shè)備采購(gòu)者將是莫大的損失。小編覺(jué)得有必要整理一下分辨率的那些事兒，供大家能快速簡(jiǎn)單地理解。

 

1. 空間分辨率(Spatial resolution)

 

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

空間分辨率 = 高對(duì)比度分辨率

顯微CT系統(tǒng)能夠達(dá)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(biāo)稱分辨率”）。但是，真實(shí)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(diǎn)尺寸、平板探測(cè)器像素大小、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)機(jī)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(duì)比度情況下能區(qū)分物體的能力，也稱低對(duì)比度分辨率，受影像清晰度和噪聲影響。

密度分辨率 = 低對(duì)比度分辨率

 

       

低對(duì)比度圖像                         造影劑增強(qiáng)對(duì)比度

 

CBCT的一局限性是密度分辨率不夠,對(duì)部分軟組織解剖結(jié)構(gòu)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(dòng)物實(shí)驗(yàn)上，一般會(huì)使用造影劑來(lái)增加內(nèi)臟的對(duì)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(gè)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(tǒng)采集到圖像是2D的投影圖像，如果要看到空間的3D結(jié)構(gòu)，必須通過(guò)重建的手段來(lái)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(shè)置。理論上，重建尺寸設(shè)置得越小，能得到越高清的圖像，但是如果將重建尺寸設(shè)置的小于系統(tǒng)的空間分辨率，并沒(méi)有意義，也不能進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量，只是將圖像增大。所以實(shí)際上重建尺寸根據(jù)系統(tǒng)的分辨率以及樣本掃描目的著情設(shè)置就好，比如離體樣本時(shí)重建尺寸偏小設(shè)置，活體樣本時(shí)重建尺寸可偏大設(shè)置。

有關(guān)圖像分辨率和重建尺寸的關(guān)系

（見(jiàn)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(shù)后，看到的細(xì)節(jié)也會(huì)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(xì)節(jié)的。分割的大小對(duì)應(yīng)重建尺寸，而圖像本身是否清楚對(duì)應(yīng)的是圖像分辨率。

 

圖a、右邊照片的圖像分辨率優(yōu)于左邊的照片

圖b、相同尺寸分割后放大的對(duì)比說(shuō)明

 

4. QRM測(cè)試-真實(shí)空間分辨率的證據(jù)

 

前面提到，空間分辨率受系統(tǒng)幾何參數(shù)的影響，決定了影像的清晰度。

 

為證實(shí)真實(shí)的空間分辨率，德國(guó)QRM公司專為評(píng)估顯微CT系統(tǒng)的空間分辨率而設(shè)計(jì)了一種模體作為掃描和重建的對(duì)象。它含有處于正交取向的兩個(gè)完全相同的硅芯片，各自帶有若干不同粗細(xì)的校準(zhǔn)線和圖案。掃描和重建這樣一個(gè)模體可證明真實(shí)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(yīng)MTF曲線

 

圖例2: 平生公司QRM局部放大線對(duì)細(xì)節(jié)圖

 

尾聲：

求實(shí)、求真，愿良好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境督促各科研設(shè)備廠家不斷前進(jìn)。

更愿我們國(guó)產(chǎn)設(shè)備廠家能勵(lì)志前行，不忘初心！