엑스레이 이미지 품질을 최적화하는 주요 메트릭스 MTF NPS DQE

완벽한 명료성에 집착하고 모든 픽셀을 꼼꼼히 살펴보는 사진작가라고 상상해보세요.인간의 해부학에 대한 가장 작은 세부사항을 드러내는 엑스레이 영상입니다.어떻게 우리는 객관적으로 측정하고 엑스레이 영상 시스템의 선도를 향상시킬 수 있습니까?

이 문서에서는 포인트 스프레드 함수 (PSF), 변조 전송 함수 (MTF), 노이즈 파워 스펙트럼 (NPS),의학적 영상의 뒤에 있는 선형 시스템 이론을 이해하는 데 필수적인 도구.

공간 해상도 (영상 선명도) 는 미세한 세부사항을 구별하는 영상 시스템의 능력을 측정합니다.방사선학자들은 엑스레이 시스템 해상도를 측정하는 방법을 알아야 합니다..

더 높은 해상도는 방사선 촬영에서 미세한 뼈 골절이나 유방조영 촬영에서 미세한 암화 등의 작은 구조를 탐지 할 수 있습니다.해상도는 일반적으로 높은 콘트라스트 영상 (골 또는 콘트라스트 물질) 을 의미합니다., 다른 메트릭은 낮은 콘트라스트 가시성을 평가합니다.

CT, MRI, SPECT, PET 또는 초음파에 비해 X선 영상 촬영은 공간적 해상도가 우월합니다. 이 중요한 매개 변수를 측정하는 보편적인 틀을 살펴볼 것입니다.

가장 간단한 해상도 평가에는 다양한 크기의 객체를 촬영하는 것이 포함됩니다. 가장 작은 구별 가능한 객체는 시스템의 한계를 보여줍니다.

표준 도구는 주석과 공기 스트라이프가 번갈아지는 테스트 패턴 또는 점차 좁히는 스트라이프 패턴을 포함한다.인간 관찰자들은 가장 세밀한 해소 가능한 선들을 식별합니다. 더 넓은 줄무늬는 낮은 공간 주파수를 나타냅니다. (밀리미터당 줄무늬가 더 적습니다.), 좁은 줄무늬는 더 높은 주파수에 해당합니다.

주파수가 증가함에 따라 줄무늬를 구별하는 것이 어려워집니다. 서로 다른 시스템은 동일한 패턴을 촬영할 때 다른 해상도 능력을 보여줍니다.고 해상도 시스템 은 더 잘 구별 될 수 있는 줄무늬 를 표시 한다, 분해가 밀리미터당 직선 쌍으로 측정됩니다 (lp/mm).

직관적이기는 하지만, 이 방법은 주관성의 한계를 가지고 있습니다. 다른 관찰자들은 가장 작은 눈에 보이는 패턴에 대해 동의하지 않을 수 있습니다.

실제 엑스레이 시스템은 항상 초점과 검출기의 한계 때문에 약간의 흐름을 도입합니다. 선형 시스템 이론은 이러한 흐름을 수학적으로 모델링합니다.

이 개념은 점차 흐려지는 "ideal image"로 시작됩니다. 더 큰 탐지기 요소는 흐려짐을 증가시킵니다.각 이상점은 이웃 영역으로 퍼집니다. 포인트 스프레드 함수 (PSF) 에 의해 설명되는 현상입니다.더 큰 PSF는 더 흐릿한 것을 의미합니다. 더 작은 PSF는 더 날카로운 이미지를 나타냅니다.

이 2차원 흐린 모델은 PSF를 전체 이미지에 적용하여 이상적인 것을 실제 출력으로 변환합니다.PSF 모양은 시스템 동작을 특징으로합니다. 날카로운 시스템은 스트립 패턴을 명확하게 유지합니다., 흐릿한 시스템은 인접한 물체를 구별 할 수 없습니다.

이상적인 스트라이프 패턴과 실제 스트라이프 패턴을 비교하면 높은 주파수에서 대조가 어떻게 감소하는지 알 수 있습니다.변조 전송 함수 (MTF) 는 이러한 주파수 의존적 대조 감소를 그래픽으로 나타냅니다..

더 넓은 스트라이프 (저주파수) 는 거의 원래의 콘트라스트를 유지하며, 좁은 스트라이프 (높은 주파수) 는 상당한 콘트라스트 손실을 나타냅니다.MTF 곡선은 이 감소율을 나타냅니다. 더 높은 MTF 값은 미세한 세부 사항의 더 나은 보존을 나타냅니다..

• MTF는 주파수 응답을 설명합니다. 높은 주파수 (미세한 세부 사항) 는 낮은 MTF 값을 보여줍니다.
• 큰 구조는 낮은 주파수, 작은 특징은 높은 주파수

PSF (공간 영역) 과 MTF (주파수 영역) 는 푸리에 변환을 통해 수학적으로 연결되어 있습니다. MRI 이미지 재구성에서 사용되는 동일한 원칙입니다.

평형 PSF를 푸리에 변환하면 MTF가 생성된다. 이 접근법은 수치적이고 관찰자로부터 독립된 해상도 평가를 제공한다.MTF가 최대 값의 50% (MTF50) 및 10% (MTF10) 에 도달하는 빈도.

얇은 유선을 스캔하여 (탐지기 요소보다 훨씬 작습니다)우리는 MTF를 재현할 수 있는 측정값을 얻습니다..

소비자들이 자동차 연료 효율을 비교하는 것과 마찬가지로 방사선학자들은 영상시스템이 X선을 진단 정보로 얼마나 효율적으로 변환하는지 평가합니다.이것은 검정 양자 효율성 (DQE) 를 통해 정량화됩니다..

알버트 로즈는 1948년에 대조, 물체의 크기, 그리고 인간의 시각화는 근본적으로 연결되어 있다는 것을 확립했습니다.그의 DQE 개념 (처음에는 다른 이름으로 불렸지만) 은 이미지 시스템 성능을 비교하기 위해 선형 시스템 이론을 사용합니다..

이 이론은 입력 X선 신호가 최종 이미지로 변환되는 방법을 모델링하며, 작은 입력 변화가 비례적인 출력 변화를 (선형성) 만들어 낸다고 가정합니다.

음악 음표가 멜로디로 결합하는 것과 마찬가지로 이미지는 공간 주파수를 포함합니다. 푸리에 변환은 이미지를 이러한 주파수로 분해합니다. 낮은 주파수는 대량 대조를 제공합니다.높은 주파수는 가장자리 세부 정보를 제공합니다.

선형 시스템 이론은 다양한 주파수가 영상 연쇄를 통해 어떻게 변화하는지 추적합니다. 낮은 주파수는 큰 해부 구조를 나타냅니다.고주파는 골절이나 미세화와 같은 미세한 세부 사항에 대응합니다..

MTF는 서로 다른 주파수가 시스템에서 신호 진폭 (밝음) 을 유지하는 방법을 정량화합니다.낮은 주파수 (더 넓은 스트립) 는 높은 주파수 (더 좁은 스트립) 보다 진폭 감소가 적다, MTF 곡선에 그려져 있습니다.

MTF는 신호를 추적하는 반면 노이즈 파워 스펙트럼 (NPS) 은 주파수 간의 노이즈 변화를 분석합니다. MTF와 마찬가지로 NPS는 퓨리에 변환을 사용합니다.물 유령) 겹치는 이미지 영역에서 잡음을 측정.

DQE는 출력 신호와 소음 비율 (SNR) 을 비교합니다._아웃이상 입력 SNR (SNR)_IN수학적으로 DQE는 MTF2/NPS에 비례합니다. 더 높은 MTF와 낮은 NPS는 효율성을 향상시킵니다.작업에 관련된 주파수에서 더 높은 DQE는 더 나은 성능을 나타냅니다..

DQE는 다른 X선 탐지 방법을 효과적으로 비교합니다. 전통적인 스크린 필름 시스템은 빈도와 함께 감소하는 특징적인 DQE 곡선을 보여줍니다.컴퓨터 방사선 촬영 (CR) 시스템 은 비슷한 성능 을 발휘 한다.

최신 기술은 개선 사항을 보여줍니다: 세슘 요오이드 (CsI) 검출기는 빛의 확산을 줄이고 MTF와 DQE를 증가시키는 기둥 구조를 사용합니다.무형 셀레늄 검출기 는 X선 을 직접 전자 로 변환 한다, 흐름을 최소화하고 가장 높은 고주파 DQE를 달성합니다. DQE는 MTF2와 관련이 있기 때문에, 작은 MTF 이득은 효율성을 크게 향상시킵니다.