【医学图像处理】X-ray 图像质量
图像一些属性相互影响，共同决定显示图像的质量：
- 对比度
- 分辨率
- 噪声
还包括：
- Unsharpness 模糊
- Magnification
- Distortion变形
- 伪影
1. 对比度
对比度指的是感兴趣区域，比如损伤和背景组织之间，在显示或者图像信号强度上的差异。高对比度的图像在显示的灰色阴影之间具有较大的差异，但灰色范围较小。低对比度图像的差异较小（即，更难区分出不同区域），但灰度范围较大。
Subject contract
指的是由于要成像的主体的质量而导致的图像不同部分的辐射强度之比。对比度归因于组织的差异衰减。
c ∝ (μ1 - μ2) x t ，c为对比度，μ为被成像材料中物体1和2的衰减系数，T为结构厚度。
从上面的方程式中，可以看到，使用以下方法可获得更高的对比度：
- 更厚的结构
- 两个物体的衰减之间的差异更大
在图中，组织A吸收入射到其上的辐射的50％，组织B吸收90％。如果图像的每个元素有1000个光子，则A会出现500个光子，B会出现100个光子（比率为5：1）。
由于光密度（图像中显示的阴影）随曝光的对数变化log500 = 2.7和log100 = 2.0，因此Subject contract的对数差异为0.7。
影响对比度的因素
受体的线性衰减系数
线性衰减系数取决于康普顿和光电线性衰减系数（LAC）。
康普顿LAC =ρ/ E
光电LAC=ρZ^3 / E^3
ρ是密度，E为能量，Z为材料的原子序数
从上面的方程式可以看出，对比度可以通过以下方式得到改善：
- 降低能量（管电位kV）
- 增加Z（原子序数）的差异（例如，使用碘或钡作为软组织的造影剂）
- ρ（密度）的增加（例如使用钡或气体作为造影剂）
Overlying tissue
如果在A和B上都覆盖有组织，则对象的对比度不会改变，因为相同比例的光子仍被组织A和B吸收。
散射
假设散射为图像中的每个元素贡献了额外的50个光子，现在在组织A下的膜中有150个光子，在组织B下的膜中有70个光子。信号比现在为2.14（150/70），对数差为0.33（原为0.7），即对比度降低。
散射减少了：
- 使用防散射网格
- 使用更大的气隙
摘要
改善对比度
- 较厚的结构
- 物体之间的衰减更大
- 降低kV
- 物体Z的差异增加
- 物体密度差异的增加
对比度降低：散射增加
没有效果：Overlying tissue
图像对比度 Image contrast
图像对比度或射线照相对比度是图像上相邻区域之间的密度差。
通过查看监视器上的窗口可以改变图像对比度。图像以一定的宽度和Hounsfield单位的中心显示。宽度越大，显示的阴影范围越大，因此，每个阴影之间的对比度差异越小。窗口针对需要评估的组织的Hounsfieid单位进行了调整。
2. 空间分辨率
分辨率是衡量两个对象在图像中被视为单独的细节之前必须相距多远的度量。有几种测量空间分辨率的方法。
测量空间分辨率
线扩散功能
这是衡量尖锐物体的图像扩散程度的一种量度。但是，这很难计算，并且就空间频率内容而言更容易查看图像。
空间频率
以每毫米线对（lp / mm）的形式进行测量。lp / mm高的图像是高空间频率的图像，因为在一个毫米中有许多交替的明暗区域。因此，我们需要一种能够以适当的频率再现图像的系统。
系统能够多么好地表示物体空间频率被表示为调制传递函数（MTF）。不同的射线照相技术的lp / mm可在附录中找到。
调制传递函数
|MTF = 1| 在图像中获得相同的范围| |—|—| |MTF <1| 图像范围较低| |MTF = 0| 图片中没有信息|
例如，对于可以在1毫米内从黑色完全变为白色的成像系统：
- 对于
0.5 lp / mm的图像，其MTF为1 - 对于大于
0.5 lp / mm的图像，其MTF <1
使用傅里叶变换分析从线扩散函数计算出MTF。总MTF是成像系统所有组成部分的MTF的乘积。
影响空间分辨率的因素
- 如果对象空间频率对于系统而言太高，则系统将无法充分显示图像。物体空间频率越高，MTF越低，直到系统根本无法区分线对，从而导致均匀的灰色，即MTF = 0。
- 如果对象的对比度较低，则系统将更早达到MTF 0，因为阴影范围内的较小差异意味着图像将比高对比度图像时更快地达到均匀的灰色（例如，黑色和黑色的交替带）。白色）。
- 任何增加不清晰度的事物都会使边缘模糊，并进一步降低空间频率。
数字探测器
有几件事会影响数字检测器的分辨率:
探测器光圈
该信号在检测器元件区域内平均。如果对象的细节远小于元素的大小，则它们将不可见，除非它们具有足够的对比度以对平均信号产生显着影响。
采样间距
这是各个检测器元件之间的中心到中心的距离。它确定可以成像的最高空间频率。在奈奎斯特频率。 奈奎斯特标准规定，采样频率必须至少是最高信号频率的两倍。最高信号频率也称为“奈奎斯特频率”，即，对于能够准确表示对象空间分辨率的系统，它必须具有不小于对象空间频率两倍的适当采样间距。
采样频率= 2 x奈奎斯特频率
3. 噪音
形成图像各部分的光子数量存在随机变化，称为噪声，可能会使从被摄对象接收到的信号模糊。产生的量子噪声量随光子总数的增加而增加。我们通常将此随机变化表示为标准偏差，该偏差最好通过每区域平均光子数的平方根来估算。
量子噪声∝√光子
但是，当我们将量子噪声计算为总信号的比例时，我们可以看到信号中 的噪声比例实际上随着光子浓度的增加而降低，并且：
噪声∝ 1 /√光子
降低图像中的噪点比例将提高质量。实现此目的的主要方法是增加检测到的光子数量，并用于形成每个图像像素/元素。这可以通过几种方式来完成。
- 增加剂量（mA）：光子数量更多，噪声比例更小
- 使用衰减系数更大的图像接收器：吸收更多的光子并将其转换为信号
- 使图像接收器更厚：再次，更多的光子将被吸收并转换为信号
- 使用更大的探测器元件：每个像素有更大的面积吸收光子。但是，空间分辨率会降低
不会降低噪音的因素:
- 放大：通过使用更快的胶片屏幕组合或图像增强器的增益，可以从每个吸收的光子获得更高的信号，也只会放大来自噪声的信号
- 使用较窄的窗口来产生高对比度的图像
4. Unsharpness
不清晰的原因有四个：
- 几何清晰度
- 影像接收器不清晰
- 运动模糊
- 边缘不清晰
- 几何清晰度
暗区和亮区之间的边界可能定义不清，从而导致边缘模糊。这称为“不锐利”。导致不清晰的原因和类型有几种，概述如下。
焦点不是无限小的。图像的某些区域包括：
- 高信号：所有X射线光子到达检测器
- 低信号：没有X射线光子穿过物体到达检测器
- 中级：并非所有光子都穿过了物体。该区域的大小决定了清晰度，称为半影。
将物体移近焦点会增加半影，从而增加清晰度。
几何不清晰度（Ug）的确定如下：
U_g = fxb / a
f = X射线焦点尺寸； a =从X射线源到物体前表面的距离； b =从物体到探测器的距离
- 影像接收器不清晰
- 数字图像：如果检测器元件跨越亮和暗区域之间的边界，则显示的像素将是这两个值的平均值，从而产生模糊的边界。
- 运动模糊
如果在采集过程中有物体移动，则边缘将变得模糊，导致不清晰。
- 边缘不清晰
如果物体的边缘逐渐变细，衰减将沿物体逐渐减小。
5. 放大倍数
放大率（M）取决于物体在X射线源（焦点）和图像接收器之间的相对距离。物体离探测器越远，图像被放大的越多。
M = 图像尺寸/物体尺寸 = d2 / d1
6. 失真
根据X射线束穿过物体的角度，它可能会使形状变形并产生变形伪影。
7. 伪影
可能会造成伪影的患者和系统因素多种多样：
- 运动伪像
- 双重接触
- Grid cut off
- 患者身上或外部的不透射线物体
20200511
