X线影像质量及评价-雅安职业技术学院课件.ppt
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1、2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠1第四章第四章 X线影像质量及评价线影像质量及评价2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠2 本章学习目标本章学习目标 一、掌握内容一、掌握内容 X线影像质量评价的概念;主观评价、客观评价及综合评价的概念与常用参数。ROC曲线的概念、基本原理、ROC曲线的制作。 二、熟悉内容二、熟悉内容 X线影像质量评价的发展过程及发展趋势。信号与系统的概念。 三、了解内容三、了解内容 已淘汰的评价参数。国内外新进展。 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技
2、术学院医学系 李锡忠李锡忠3本章所属章节本章所属章节 第一节第一节 X线影像质量评价概述线影像质量评价概述 第二节第二节 成像系统的特性参数成像系统的特性参数 第三节第三节 ROC及其应用及其应用2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠4第一节第一节 X线影像质量评价概述线影像质量评价概述 X线发现100多年来,从传统的屏-片X线系统到新型的数字X线成像设备,各种模拟和数字的医学成像系统在临床上得到了广泛的应用,还有许多的新系统在研制中。医学成像系统是一个复杂的系统,从信号(X线)输入到最后医生观察解释的影像输出,整个过程涉及许多物理过程。 202
3、2-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠5 影像质量评价这一新的研究领域。 总结起来,主要的评价方法可分为 主观评价法(观察者性能) 客观评价法(物理参数法) 二者相结合的综合评价法。 早期的评价主要是对X线照片。近年来对数字成像系统的成像性能和数字影像显示、打印设备的质量评价已成为国际上研究的热点。2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠6主观方法 客观方法 观察者/诊断效能分辨力 (MTF) 观察者偏好 对比度-细节图 噪声 解剖的质量标准物理参数主观 信噪比 视觉分级析 视觉区别力 量子检出效率 ROC
4、和相关方法 照片对比度 诊断和治疗效果 剂量质量 诊断成像质量评价的方法 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠7 一、主观评价法 影像质量的主观评价,即依靠观察者(评价者)的主观判断进行的评价,其评价结果受人(观察者)的因素影响,不同的观察者得到的结果可能不尽相同,甚至差别迥异,因而是不全面的。 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠81对比度清晰度曲线图法 特点是以人的视觉能分辨的影像细节评价影像质量,属于该类的还有解像力法等。2模糊数学评价法 是随模糊数学的出现而发展起来的评价方法。2022-
5、6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠93. ROC曲线法 受试者操作特性曲线,是一种基于统计决策理论的评价方法。 现在ROC曲线分析已成为一种广泛使用的评价分析方法。 还有高对比度极限分辨力和阈值对比度细节检出力等参数。2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠10二、客观评价法 所谓客观评价,就是用测定构成影像的一些物理属性(参数)评价影像质量的方法。 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠111RMS、WS 均方根值和维纳频谱是描述X线照片斑点(噪声)特征的物
6、理量。2调制传递函数 调制传递函数(modulation transfer function,MTF)MTF是描述成像系统分辨力特性的重要参量。2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠123NEQ、DQE 噪声等价量子数和量子检出效率 是20世纪60年代用于评价天体物理摄影系统成像质量的物理量,20世纪70年代进入医学影像领域。 还有信-噪比(SNR)和特性曲线等。2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠13三、综合评价 实际应用中,对医学影像的质量评价既可以用主观的方法也可以用客观(物理)的方法。 在
7、放射质量保证(quality assurance,QA)中,主观评价因其固有的简单易行在临床中得到了较广泛应用,而许多测试条件严格的客观方法也逐渐被接受。 客观(物理)的方法往往有大量复杂的数学运算,应用曾一度受到限制,随着计算机技术的不断发展,这一问题已逐渐解决,大量的客观(物理)方法进入临床应用。2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠14 所谓综合评价,按照QA和放射质量控制(QC)的术语可叙述为:以诊断要求为依据,用物理参量作为客观评价手段,以成像的技术条件作保证,三者有机结合,而且注意尽量减少病人受检剂量的综合评价影像质量的方法 。202
8、2-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠15第二节第二节 成像系统的特性参数成像系统的特性参数一、输入输出特性1点扩散函数 点扩散函数(point spread function,PSF)是描述成像系统特性的函数。 如果测量小孔像面上每一点的亮度,就会发现,像面上的亮度分布不均匀,中心高,周边低。也就是说小孔像的亮度在像面上发生了扩散,正如在疏松的纸上写字时墨水会湮开一样,这种现象称为点扩散。2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠16点光源的亮度分布 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职
9、业技术学院医学系 李锡忠李锡忠17PSF的立体分布示意图 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠18 2线扩散函数 线扩散函数(LSF)与PSF相似。实际情况是狭缝像的亮度分布不均匀,沿垂直狭缝方向中心亮度高,向两侧逐渐减小。这种现象称为线扩散。2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠19线扩散的亮度分布剖面 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠20线扩散函数立体示意图 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李
10、锡忠213扩散对影像质量的影响 综合到最终的影像上,扩散的效应是高能量降低,低能量升高,整幅影像的对比度降低。2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠22扩散对影像质量的影响 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠23二、解像特性(一)傅立叶变换 傅立叶变换是线性系统分析的一个有力工具,从某种意义上说,傅立叶变换就好比我们的第二语言。能讲两种语言的人常常会发现,在表达某种观点时,一种语言可能比另一种语言优越。对系统的分析也是一样,有时在不同的域中分析能达到好的效果。2022-6-23四川四川 雅安职业
11、技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠241周期函数 一个函数若对于一个常数X能满足式下式的关系,它就叫周期函数。 X叫做周期。我们熟知的正弦函数和余弦函数都是周期函数。 Xxfxf2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠25 2傅立叶级数 先介绍一个名词“三角级数”。凡由无限多个正弦函数和余弦函数相加起来、具有如下式形式的级数,就叫三角级数。nxbnxaxbxaxbxaxbxaannsincos3sin3cos2sin2cossincos233221102022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李
12、锡忠26 若不等于0,而是和各个都等于0,这个级数就叫正弦级数。10sincos2nnnnxbnxaa 2xfxf 10sincos2nnnnxbnxaaxf三角级数就叫傅立叶级数 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠273傅立叶变换 傅立叶变换在数学中的定义非常严格,假设函数满足傅立叶变换的条件,则其一维傅立叶变换为: 傅立叶逆变换为: dxexfFxj2 deFxfxj22022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠28 傅立叶变换的结果是一个复数表达式 下式称为的傅立叶幅度谱 jIRF 22IRF2
13、022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠294傅立叶变换的应用:(1)利用傅立叶变换可以将信号分解为对应各个空间频率的不同幅度、相位的信号,从而可以了解某个空间频率时的信号情况,进而推断系统在该空间频率的响应性能。(2)作为一种分析工具,傅立叶变换在信号处理中应用也很广泛,如CT的图像重建、计算成像系统的MTF等 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠30(二)MTF MTF是成像系统分辨力特性的重要参量,描述了系统的信号传递特性。通过MTF可以分析系统在不同空间频率对正弦输入的响应特性。 1空间频率和
14、调制度 余弦函数曲线 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠31 单位空间距离内完成周期性变化的次数就是空间频率。空间频率一般可用于表示成像系统的分辨力。矩形波测试卡 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠32矩形波测试卡X线强度分布 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠33正弦波测试卡像 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠342光学传递函数 正弦波理想成像与实际成像 2022-6-23四川四川 雅
15、安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠353成像系统的MTF及其应用 MTF作为描述X线成像系统分辨力特性的物理参数得到广泛接受。一个X线成像系统包括许多组成部分,如X线管焦点、滤线栅、屏-片系统等,成像时每个部分都会发生信号传递,都有可能发生幅度降低、相位偏移,都有自身的MTF。 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠36极限分辨力示图 2022-6-23四川四川 雅安职业技术学院医学系雅安职业技术学院医学系 李锡忠李锡忠374MTF的测量 (1)屏-片系统的MTF:对于屏-片系统,系统总的MTF的测量需使用正弦波测试卡,因为
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