X线影像质量及评价医学影像技术.pptx
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1、会计学1X线影像质量线影像质量(zhling)及评价医学影像及评价医学影像技术技术PPT课件课件第一页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 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(nirng)(nirng)X X线影像质量评价的概念;主观评价、客观评价及综合评价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。的概念与常用参数。ROCROC曲线的概念、基本原理、曲线的概念、基本原理、ROCROC曲线的制曲线的制作。作。二、熟悉内容二、熟悉内容(nirng)(nirng)X 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
2、念。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(nirng)(nirng)已淘汰的评价参数。国内外新进展。已淘汰的评价参数。国内外新进展。第1页/共74页第二页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 李锡忠3本章所属章节本章所属章节本章所属章节本章所属章节 第一节第一节第一节第一节 X X线影像质量评价概述线影像质量评价概述线影像质量评价概述线影像质量评价概述 第二节第二节第二节第二节 成像系统的特性成像系统的特性成像系统的特性成像系统的特性(txng)(txng)参数参数参数参数 第三节第三节第三节第三节 ROC ROC及其应用
3、及其应用及其应用及其应用第2页/共74页第三页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 李锡忠4第一节第一节第一节第一节 X X线影像线影像线影像线影像(y(y n n xin xin)质量评质量评质量评质量评价概述价概述价概述价概述 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(yngyng),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。第3页/共74页第四页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(z
4、hy)技术学院医学系 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(kgun)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。第4页/共74页第五页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 李锡忠6主观方法主观方法 客观方法客观方法 观察者观察者/诊断效能诊断效能分辨力分辨力 (MTFMTF)观察者偏好观察者偏好 对比度对比度-细节图细节图 噪声噪声 解剖的质量标准解剖的质量标准物理参数主观物理参数主观
5、 信噪比信噪比 视觉分级析视觉分级析 视觉区别力视觉区别力 量子检出效率量子检出效率 ROC ROC和相关方法和相关方法 照片对比度照片对比度 诊断和治疗效果诊断和治疗效果 剂量剂量(jling)(jling)质量质量 诊断成像质量(zhling)评价的方法 第5页/共74页第六页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 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(ji gu)受人(观察者)的因素影响,不同的观察者得到的结果(ji gu)可能不尽相同,甚至差别迥异,因而是不全面的。第6页/共74页第七页,共74
6、页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 李锡忠81 1对比度清晰度曲线图法对比度清晰度曲线图法 特点是以人的视觉能分辨的影像特点是以人的视觉能分辨的影像(y(y n n xin xin)细节评价影像细节评价影像(y(y n n xin xin)质量,属于该类的还质量,属于该类的还有解像力法等。有解像力法等。2 2模糊数学评价法模糊数学评价法 是随模糊数学的出现而发展起来的评价是随模糊数学的出现而发展起来的评价方法。方法。第7页/共74页第八页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 李锡忠93.ROC3.ROC曲线法曲线法 受试者操作特性曲线,是一
7、种基于统计决策理论的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评价方法(fngf(fngf)。现在现在ROCROC曲线分析已成为一种广泛使用的评价分曲线分析已成为一种广泛使用的评价分析方法析方法(fngf(fngf)。还有高对比度极限分辨力和阈值对比度细节检出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。力等参数。第8页/共74页第九页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 李锡忠10二、客观二、客观(kgun)(kgun)评价法评价法 所谓客观所谓客观(kgun)(kgun)评价,就是用测定构成影像的一评价,就是用测定构成影像的一些物理属性(参数)
8、评价影像质量的方法。些物理属性(参数)评价影像质量的方法。第9页/共74页第十页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 李锡忠111 1RMSRMS、WS WS 均方根值和维纳频谱是描述均方根值和维纳频谱是描述X X线照片斑点线照片斑点(bndi(bndi n)n)(噪声)特征的物理量。(噪声)特征的物理量。2 2调制传递函数调制传递函数 调制传递函数(调制传递函数(modulation transfer functionmodulation transfer function,MTFMTF)MTFMTF是描述成像系统分辨力特性的重要参量。是描述成像系统分辨力特性的
9、重要参量。第10页/共74页第十一页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 李锡忠123 3NEQNEQ、DQE DQE 噪声等价量子数和量子检出效率噪声等价量子数和量子检出效率 是是2020世纪世纪6060年代年代(nindi)(nindi)用于评价天体物理摄影系统成用于评价天体物理摄影系统成像质量的物理量,像质量的物理量,2020世纪世纪7070年代年代(nindi)(nindi)进入医学影像领进入医学影像领域。域。还有信还有信-噪比(噪比(SNRSNR)和特性曲线等。)和特性曲线等。第11页/共74页第十二页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)
10、技术学院医学系 李锡忠13三、综合评价三、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。用客观(物理)的方法。在放射质量保证(在放射质量保证(quality assurancequality assurance,QAQA)中,主观评价因其固有)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。观方法也逐渐被接受。客观(物理)的方法往往有大量客观(物理)的方法往往有大量(dling)(dling
11、)复杂的数学运算,应用复杂的数学运算,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,大量决,大量(dling)(dling)的客观(物理)方法进入临床应用。的客观(物理)方法进入临床应用。第12页/共74页第十三页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 李锡忠14 所谓综合评价,按照所谓综合评价,按照QAQA和放射质和放射质量控制(量控制(QCQC)的术语可叙述)的术语可叙述(xsh)(xsh)为:为:以诊断要求为依据,用物理参量作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
12、术条件作客观评价手段,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减少病人受检剂量的综合评价影像质量的方法量的方法 。第13页/共74页第十四页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 李锡忠15第二节第二节第二节第二节 成像系统的特性成像系统的特性成像系统的特性成像系统的特性(txng)(txng)参数参数参数参数一、输入输出特性一、输入输出特性1 1点扩散函数点扩散函数 点扩散函数(点扩散函数(point spread functionpoint spread function,PSFPSF)是
13、描述成像系统特性的函数。)是描述成像系统特性的函数。如果如果(rgu(rgu)测量小孔像面上每一点的亮度,就会发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,这种现象称为点扩松的纸上写字时墨水会湮开一样,这种现象称为点扩散。散。第14页/共74页第十五页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 李锡忠16点光源的亮度(lingd)分布 第15页/共74页第十六页,共74
14、页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 李锡忠17PSF的立体(lt)分布示意图 第16页/共74页第十七页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 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(zhjin)减小。这种现象称为线扩散。第17页/共74页第十八页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 李锡忠19线扩散(kusn)的亮度分布剖面 第18页/共74页第十九页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 李
15、锡忠20线扩散(kusn)函数立体示意图 第19页/共74页第二十页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 李锡忠213 3扩散对影像质量的影响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综合到最终的影像上,扩散的效应是高能量降低(jingd)(jingd),低能量升高,整幅影像的对比度降低,低能量升高,整幅影像的对比度降低(jingd)(jingd)。第20页/共74页第二十一页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 李锡忠22扩散对影像质量(zhling)的影响 第21页/共74页第二十二页,共74页。2023/2
16、/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 李锡忠23二、解像特性二、解像特性(一)傅立叶变换(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,在表达某种观点讲两种语言的人常常会发现,在表达某种观点(gundi(gundi n)n)时,一种语言可能比另一种语言优越。对时,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。好的效果。第22页/
17、共74页第二十三页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 李锡忠241 1周期函数周期函数 一个函数若对于一个常数一个函数若对于一个常数X X能满足式下式的关系,它就叫周能满足式下式的关系,它就叫周期函数。期函数。X X叫做叫做(jiozu)(jiozu)周期。我们熟知的正弦函数和余弦函数都是周期。我们熟知的正弦函数和余弦函数都是周期函数。周期函数。第23页/共74页第二十四页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 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(hnsh)和余弦函数(hnsh)相加起来、具有如
18、下式形式的级数,就叫三角级数。第24页/共74页第二十五页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 李锡忠26 若不等于0,而是和各个都等于0,这个(zh ge)级数就叫正弦级数。三角(snjio)级数就叫傅立叶级数 第25页/共74页第二十六页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 李锡忠273 3傅立叶变换傅立叶变换 傅立叶变换在数学中的定义非常严格,假设傅立叶变换在数学中的定义非常严格,假设(ji(ji sh)sh)函数满足傅立叶变函数满足傅立叶变换的条件,则其一维傅立叶变换为:换的条件,则其一维傅立叶变换为:傅立叶逆变换为:傅立叶逆
19、变换为:第26页/共74页第二十七页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 李锡忠28 傅立叶变换的结果是一个复数傅立叶变换的结果是一个复数(fsh)(fsh)表达式表达式 下式称为的傅立叶幅度谱下式称为的傅立叶幅度谱 第27页/共74页第二十八页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 李锡忠294 4傅立叶变换的应用:傅立叶变换的应用:(1 1)利用傅立叶变换可以)利用傅立叶变换可以(ky(ky)将信号分解为对应各个将信号分解为对应各个空间频率的不同幅度、相位的信号,从而可以空间频率的不同幅度、相位的信号,从而可以(ky(ky)了解某个
20、空间频率时的信号情况,进而推断系统在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。该空间频率的响应性能。(2 2)作为一种分析工具,傅立叶变换在信号处理中应)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,如用也很广泛,如CTCT的图像重建、计算成像系统的的图像重建、计算成像系统的MTFMTF等等 第28页/共74页第二十九页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 李锡忠30(二)(二)MTFMTF MTF MTF是成像系统分辨力特性的重要是成像系统分辨力特性的重要(zhngyo)(zhngyo)参量,参量,描述了系统的信号传递特性。通过描
21、述了系统的信号传递特性。通过MTFMTF可以分析系统可以分析系统在不同空间频率对正弦输入的响应特性。在不同空间频率对正弦输入的响应特性。1 1空间频率和调制度空间频率和调制度 余弦(yxin)函数曲线 第29页/共74页第三十页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 李锡忠31 单位空间距离(jl)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(jxng)波测试卡 第30页/共74页第三十一页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 李锡忠32矩形(jxng)波测试卡X线强度分布 第31页/共74页第三十二
22、页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 李锡忠33正弦波测试(csh)卡像 第32页/共74页第三十三页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 李锡忠342光学(gungxu)传递函数 正弦波理想(lxing)成像与实际成像 第33页/共74页第三十四页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 李锡忠353 3成像系统的成像系统的MTFMTF及其应用及其应用 MTF MTF作为描述作为描述X X线成像系统分辨力特性的物理参数得到线成像系统分辨力特性的物理参数得到广泛接受。一个广泛接受。一个X X线成像系统包括许
23、多组成部分,如线成像系统包括许多组成部分,如X X线线管焦点管焦点(jiodi(jiodi n)n)、滤线栅、屏、滤线栅、屏-片系统等,成像时每个部片系统等,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,都有自身的移,都有自身的MTFMTF。第34页/共74页第三十五页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业技术(jsh)学院医学系 李锡忠36极限(jxin)分辨力示图 第35页/共74页第三十六页,共74页。2023/2/6四川 雅安职业(zhy)技术学院医学系 李锡忠374MTF的测量 (1)屏-片系统的MTF:对于屏-片
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