تخيل نفسك مصوراً مصوراً مهووساً بالوضوح المثالي، ويتفحص كل بكسل. في التصوير الطبي،ولكن لصور الأشعة السينية التي تكشف عن الدقائق الدقيقة للشرح البشريكيف نقيس ونحسن بشكل موضوعي حدة أنظمة التصوير بالأشعة السينية؟
تستكشف هذه المقالة المفاهيم الأساسية بما في ذلك وظيفة انتشار النقطة (PSF) ، وظيفة نقل التعديل (MTF) ، طيف طاقة الضوضاء (NPS) ،والكفاءة الكمية المحققة (DQE) أدوات أساسية لفهم نظرية النظام الخطي وراء التصوير الطبي.
القرار المكاني أو وضوح الصورة يقيس قدرة نظام التصوير على التمييز بين التفاصيل الدقيقة. تماما كما نقيم جودة الصورة الكاميرا أو التلفزيون،يجب على أخصائيي الأشعة أن يعرفوا كيفية قياس دقة نظام الأشعة السينية.
يسمح الدقة العالية بكشف الهياكل الأصغر: كسور العظام المجهرية في الأشعة السينية أو التكالسات الصغيرة في التصوير الثديي.عادة ما يشير الدقة إلى التصوير عالي التباين (العظام أو عوامل التباين)، في حين أن مقاييس أخرى تقييم الرؤية منخفضة التباين.
بالمقارنة مع التصوير المقطعي، التصوير بالرنين المغناطيسي، التصوير بالصوت المضغوط، التصوير بالصوت المضغوط، أو التصوير بالموجات فوق الصوتية، توفر التصوير بالأشعة السينية دقة فضائية متفوقة. سندرس الإطار العالمي لقياس هذا المعلم الحرج.
تحدد الدقة المكانية أصغر الهياكل المرئية في تصوير الأشعة السينية.
يتضمن تقييم الدقة الأكثر وضوحًا تصوير الكائنات ذات الأحجام المختلفة. يظهر أصغر كائن يمكن تمييزه حدود النظام.
وتشمل الأدوات القياسية أنماط الاختبار مع خطوط رصاص وتبادل الهواء، أو أنماط الشرائط الضيقة تدريجيا.يحدد المراقبون البشريون أفضل الخطوط القابلة للحل خطوط أوسع تمثل ترددات فضائية أقل (أزواج خط أقل لكل مليمتر)، في حين أن الشرائط الضيقة تتوافق مع الترددات العالية.
مع زيادة التردد ، يصبح تمييز الشرائط صعباً. تظهر أنظمة مختلفة قدرات دقة مختلفة عند تصوير أنماط متطابقة.أنظمة الدقة العالية تعرض خطوطاً أكثر وضوحاً، مع دقة مقاسة في أزواج الخطوط لكل مليمتر (lp/mm).
على الرغم من أنه بديهي، إلا أن هذه الطريقة لها قيود ذاتية، قد يختلف المراقبون عن أصغر نمط مرئي.
تظهر أنماط الشرائط بصريًا حدود الدقة من خلال أزواج خطوط مميزة.
تضع أنظمة الأشعة السينية الحقيقية دائمًا بعض الغموض بسبب نقاط التركيز والقيود المحددة للمستشعر. نظرية الأنظمة الخطيّة تمثّل هذه العملية الغموضية رياضيًا.
يبدأ المفهوم بـ"الصورة المثالية" التي تخضع لتمويه تدريجي. تزيد عناصر الكاشف الكبيرة من التمويه.كل نقطة مثالية تنتشر في المناطق المجاورة، وهي ظاهرة توصف بواسطة وظيفة انتشار النقاط (PSF). يعني PSF أكبر مزيد من الغموض؛ أقل PSF يشير إلى صورة أكثر وضوحا.
يطبق هذا النموذج ذو الأبعاد المزدوجة PSF على الصورة بأكملها ، وتحويل المثالية إلى الناتج الفعلي.يشير شكل PSF إلى سلوك النظام النظم الحادة تحتفظ بنماذج الشرائط بوضوح، في حين أن الأنظمة غير واضحة تجعل الأشياء المجاورة غير قابلة للتمييز.
وظيفة انتشار النقاط تحدد كمية الضبابية المكانية في مساحة الصورة.
مقارنة نمط الشريط المثالي مقابل النمط الفعلي يكشف كيف ينخفض التباين في الترددات العالية.تمثل وظيفة نقل التعديل (MTF) رسمياً خفض التباين هذا المعتمد على التردد.
الشرائط الأوسع (الترددات المنخفضة) تحافظ على التباين القريب من الأصلي ، في حين أن الشرائط الضيقة (الترددات العالية) تظهر فقدانًا كبيرًا للتباين.يوضح منحنى MTF هذا الانخفاض تشير قيم MTF العالية إلى الحفاظ على تفاصيل دقيقة أفضل.
يتم ربط PSF (المجال المكاني) و MTF (المجال الترددي) رياضيا من خلال تحويل فورييه - نفس المبدأ المستخدم في إعادة بناء الصور بالرنين المغناطيسي.
تحويل فورييه لـ PSF متماثل يعطي MTF. يوفر هذا النهج تقييمًا كميًا مستقلًا عن المراقب.الممارسات القياسية تبلغ عن الترددات التي يصل فيها MTF إلى 50% (MTF50) و 10% (MTF10) من القيم القصوى.
من خلال مسح سلك رقيق (أصغر بكثير من عناصر الكاشف) وتطبيق تحليل فوريهنحصل على قياسات MTF قابلة للإعادة مماثلة لـ لكن أكثر موضوعية من تقييم نمط الشريط البصري.
MTF هي تحويل فوريه لـ PSF تمثيل مجال التردد للدقة.
تماماً كما يُقارن المستهلكون كفاءة وقود المركبات (أميال لكل جالون) ، يقوم أطباء الأشعة بتقييم مدى كفاءة أنظمة التصوير في تحويل الأشعة السينية إلى معلومات تشخيصية.ويتم قياس ذلك من خلال الكفاءة الكمية المحققة (DQE).
أوجد ألبرت روز في عام 1948 أن التباين وحجم الكائن والتصوير البشري مرتبطان بشكل أساسي.يستخدم مفهوم DQE الخاص به (على الرغم من أن الاسم مختلف في البداية) نظرية النظام الخطي لمقارنة أداء نظام التصوير.
هذه النظرية تعكس كيفية تحويل إشارات الأشعة السينية المدخلة إلى صور نهائية، افتراضًا أن التغييرات الصغيرة في المدخلات تنتج تغييرات نسبية في الإخراج (الخطية).
مثل النوتات الموسيقية التي تتجمع في لحن، تتكون الصور من ترددات فضائية. تحويل فوريه يفكك الصور إلى هذه التردداتبينما ترددات عالية توفر تفاصيل الحافة.
تتتبع نظرية الأنظمة الخطية كيفية تغير الترددات المختلفة من خلال سلسلة التصوير. تمثل الموجات منخفضة التردد هياكل تشريحية كبيرة.الموجات عالية التردد تتوافق مع التفاصيل الدقيقة مثل الكسور أو التصلبات الصغيرة.
نظرية النظام الخطي تحلل تغيرات الترددات المكانية من خلال MTF و NPS و DQE.
MTF يحدد كمية كيفية الحفاظ على ترددات مختلفة لطول الإشارة (الوضوح) من خلال النظام.تتعرض الترددات المنخفضة (الخطوط الأوسع) لخفض النطاق أقل من الترددات العالية (الخطوط الأضيقة)، رسم على منحنى MTF.
بينما يتتبع MTF الإشارة ، يقوم طيف طاقة الضوضاء (NPS) بتحليل اختلاف الضوضاء عبر الترددات. مثل MTF ، يستخدم NPS تحويل فورييه - هنا يطبق على صور الضوضاء الموحدة (على سبيل المثال ،أشباح المياه) ◄ قياس الضوضاء في مناطق الصورة المتداخلة.
مقارنة DQE نسبة الإشارة إلى الضوضاء الخارجة (SNR)خارج) إلى SNR الدخول المثالي (SNRفيمن الناحية الرياضية، DQE متناسبة مع MTF2/NPS أعلى MTF وأقل NPS تحسن الكفاءة. عند مقارنة الأنظمة،أعلى DQE في الترددات ذات الصلة بالمهمة تشير إلى أداء أفضل.
تقارن DQE بفعالية بين طرق الكشف عن الأشعة السينية المختلفة. تظهر أنظمة الشاشة والأفلام التقليدية منحنيات DQE المميزة التي تنخفض مع التردد.أنظمة التصوير الإشعاعي الحاسوبية (CR) تعمل بنفس الطريقة.
تظهر التقنيات الحديثة تحسينات: أجهزة الكشف عن أيوديد السيزيوم (CsI) تستخدم هياكل عمودية تقلل من انتشار الضوء ، مما يزيد من MTF و DQE.أجهزة الكشف عن السيلينيوم غير المتبلور تحويل الأشعة السينية مباشرة إلى إلكترونات، وتقليل الغموض وتحقيق أعلى DQE عالية التردد، حيث أن DQE تتعلق بـ MTF2، فإن مكاسب MTF الصغيرة تعزز الكفاءة بشكل كبير.
تمكن DQE من المقارنة الموضوعية لتقنيات التصوير من خلال تحديد كفاءة تحويل الفوتون إلى الصورة عبر الترددات.
