X線影像質(zhì)量及評價(jià)雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件

第四章

X線影像質(zhì)量及評價(jià)12/10/20221四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠第四章

X線影像質(zhì)量及評價(jià)12/10/20221四川

本章學(xué)習(xí)目標(biāo)一、掌握內(nèi)容X線影像質(zhì)量評價(jià)的概念；主觀評價(jià)、客觀評價(jià)及綜合評價(jià)的概念與常用參數(shù)。ROC曲線的概念、基本原理、ROC曲線的制作。二、熟悉內(nèi)容X線影像質(zhì)量評價(jià)的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢。信號與系統(tǒng)的概念。三、了解內(nèi)容已淘汰的評價(jià)參數(shù)。國內(nèi)外新進(jìn)展。

12/10/20222四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠本章學(xué)習(xí)目標(biāo)12/10/20222四川雅安職業(yè)技本章所屬章節(jié)

第一節(jié)X線影像質(zhì)量評價(jià)概述

第二節(jié)成像系統(tǒng)的特性參數(shù)

第三節(jié)ROC及其應(yīng)用12/10/20223四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠本章所屬章節(jié)12/10/20223四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)第一節(jié)X線影像質(zhì)量評價(jià)概述

X線發(fā)現(xiàn)100多年來，從傳統(tǒng)的屏-片X線系統(tǒng)到新型的數(shù)字X線成像設(shè)備，各種模擬和數(shù)字的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用，還有許多的新系統(tǒng)在研制中。醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，從信號（X線）輸入到最后醫(yī)生觀察解釋的影像輸出，整個(gè)過程涉及許多物理過程。12/10/20224四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠第一節(jié)X線影像質(zhì)量評價(jià)概述X線發(fā)現(xiàn)10

影像質(zhì)量評價(jià)這一新的研究領(lǐng)域?？偨Y(jié)起來，主要的評價(jià)方法可分為主觀評價(jià)法（觀察者性能）客觀評價(jià)法（物理參數(shù)法）二者相結(jié)合的綜合評價(jià)法。早期的評價(jià)主要是對X線照片。近年來對數(shù)字成像系統(tǒng)的成像性能和數(shù)字影像顯示、打印設(shè)備的質(zhì)量評價(jià)已成為國際上研究的熱點(diǎn)。12/10/20225四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠影像質(zhì)量評價(jià)這一新的研究領(lǐng)域。12/10/2022主觀方法客觀方法觀察者/診斷效能分辨力（MTF）觀察者偏好

對比度-細(xì)節(jié)圖噪聲解剖的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)物理參數(shù)主觀信噪比視覺分級析

視覺區(qū)別力量子檢出效率ROC和相關(guān)方法

照片對比度診斷和治療效果

劑量質(zhì)量

診斷成像質(zhì)量評價(jià)的方法12/10/20226四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠主觀方法客觀方法

一、主觀評價(jià)法影像質(zhì)量的主觀評價(jià)，即依靠觀察者（評價(jià)者）的主觀判斷進(jìn)行的評價(jià)，其評價(jià)結(jié)果受人（觀察者）的因素影響，不同的觀察者得到的結(jié)果可能不盡相同，甚至差別迥異，因而是不全面的。12/10/20227四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠一、主觀評價(jià)法12/10/20227四川雅安職1．對比度清晰度曲線圖法特點(diǎn)是以人的視覺能分辨的影像細(xì)節(jié)評價(jià)影像質(zhì)量，屬于該類的還有解像力法等。2．模糊數(shù)學(xué)評價(jià)法是隨模糊數(shù)學(xué)的出現(xiàn)而發(fā)展起來的評價(jià)方法。12/10/20228四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠1．對比度清晰度曲線圖法特點(diǎn)是以人的視覺能分辨的影像細(xì)節(jié)3.ROC曲線法受試者操作特性曲線，是一種基于統(tǒng)計(jì)決策理論的評價(jià)方法?，F(xiàn)在ROC曲線分析已成為一種廣泛使用的評價(jià)分析方法。還有高對比度極限分辨力和閾值對比度細(xì)節(jié)檢出力等參數(shù)。12/10/20229四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠3.ROC曲線法12/10/20229四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)二、客觀評價(jià)法所謂客觀評價(jià)，就是用測定構(gòu)成影像的一些物理屬性（參數(shù)）評價(jià)影像質(zhì)量的方法。12/10/202210四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠二、客觀評價(jià)法12/10/202210四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院1．RMS、WS均方根值和維納頻譜是描述X線照片斑點(diǎn)（噪聲）特征的物理量。2．調(diào)制傳遞函數(shù)調(diào)制傳遞函數(shù)（modulationtransferfunction，MTF）MTF是描述成像系統(tǒng)分辨力特性的重要參量。12/10/202211四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠1．RMS、WS均方根值和維納頻譜是描述X線照片斑點(diǎn)（噪3．NEQ、DQE噪聲等價(jià)量子數(shù)和量子檢出效率是20世紀(jì)60年代用于評價(jià)天體物理攝影系統(tǒng)成像質(zhì)量的物理量，20世紀(jì)70年代進(jìn)入醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域。還有信-噪比（SNR）和特性曲線等。12/10/202212四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠3．NEQ、DQE噪聲等價(jià)量子數(shù)和量子檢出效率12/10三、綜合評價(jià)實(shí)際應(yīng)用中，對醫(yī)學(xué)影像的質(zhì)量評價(jià)既可以用主觀的方法也可以用客觀（物理）的方法。在放射質(zhì)量保證（qualityassurance，QA）中，主觀評價(jià)因其固有的簡單易行在臨床中得到了較廣泛應(yīng)用，而許多測試條件嚴(yán)格的客觀方法也逐漸被接受?？陀^（物理）的方法往往有大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，應(yīng)用曾一度受到限制，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，這一問題已逐漸解決，大量的客觀（物理）方法進(jìn)入臨床應(yīng)用。12/10/202213四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠三、綜合評價(jià)12/10/202213四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)

所謂綜合評價(jià)，按照QA和放射質(zhì)量控制（QC）的術(shù)語可敘述為：以診斷要求為依據(jù)，用物理參量作為客觀評價(jià)手段，以成像的技術(shù)條件作保證，三者有機(jī)結(jié)合，而且注意盡量減少病人受檢劑量的綜合評價(jià)影像質(zhì)量的方法。12/10/202214四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠所謂綜合評價(jià)，按照QA和放射質(zhì)量控制（Q第二節(jié)成像系統(tǒng)的特性參數(shù)一、輸入輸出特性1．點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（pointspreadfunction，PSF）是描述成像系統(tǒng)特性的函數(shù)。如果測量小孔像面上每一點(diǎn)的亮度，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，像面上的亮度分布不均勻，中心高，周邊低。也就是說小孔像的亮度在像面上發(fā)生了擴(kuò)散，正如在疏松的紙上寫字時(shí)墨水會(huì)湮開一樣，這種現(xiàn)象稱為點(diǎn)擴(kuò)散。12/10/202215四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠第二節(jié)成像系統(tǒng)的特性參數(shù)一、輸入輸出特性12/10/20點(diǎn)光源的亮度分布12/10/202216四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠點(diǎn)光源的亮度分布12/10/202216四川雅安職業(yè)技術(shù)PSF的立體分布示意圖12/10/202217四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠PSF的立體分布示意圖12/10/202217四川雅安職

2．線擴(kuò)散函數(shù)線擴(kuò)散函數(shù)（LSF）與PSF相似。實(shí)際情況是狹縫像的亮度分布不均勻，沿垂直狹縫方向中心亮度高，向兩側(cè)逐漸減小。這種現(xiàn)象稱為線擴(kuò)散。12/10/202218四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠2．線擴(kuò)散函數(shù)12/10/202218四川線擴(kuò)散的亮度分布剖面12/10/202219四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠線擴(kuò)散的亮度分布剖面12/10/202219四川雅安職業(yè)線擴(kuò)散函數(shù)立體示意圖

12/10/202220四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠線擴(kuò)散函數(shù)立體示意圖12/10/202220四川雅安職業(yè)3．?dāng)U散對影像質(zhì)量的影響綜合到最終的影像上，擴(kuò)散的效應(yīng)是高能量降低，低能量升高，整幅影像的對比度降低。12/10/202221四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠3．?dāng)U散對影像質(zhì)量的影響12/10/202221四川雅安職擴(kuò)散對影像質(zhì)量的影響12/10/202222四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠擴(kuò)散對影像質(zhì)量的影響12/10/202222四川雅安職業(yè)二、解像特性（一）傅立葉變換傅立葉變換是線性系統(tǒng)分析的一個(gè)有力工具，從某種意義上說，傅立葉變換就好比我們的第二語言。能講兩種語言的人常常會(huì)發(fā)現(xiàn)，在表達(dá)某種觀點(diǎn)時(shí)，一種語言可能比另一種語言優(yōu)越。對系統(tǒng)的分析也是一樣，有時(shí)在不同的域中分析能達(dá)到好的效果。12/10/202223四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠二、解像特性12/10/202223四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)1．周期函數(shù)一個(gè)函數(shù)若對于一個(gè)常數(shù)X能滿足式下式的關(guān)系，它就叫周期函數(shù)。X叫做周期。我們熟知的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)都是周期函數(shù)。12/10/202224四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠1．周期函數(shù)12/10/202224四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)

2．傅立葉級數(shù)先介紹一個(gè)名詞“三角級數(shù)”。凡由無限多個(gè)正弦函數(shù)和余弦函數(shù)相加起來、具有如下式形式的級數(shù)，就叫三角級數(shù)。12/10/202225四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠2．傅立葉級數(shù)12/10/202225四

若不等于0，而是和各個(gè)都等于0，這個(gè)級數(shù)就叫正弦級數(shù)。三角級數(shù)就叫傅立葉級數(shù)12/10/202226四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠三角級數(shù)就叫傅立葉級數(shù)12/10/202223．傅立葉變換傅立葉變換在數(shù)學(xué)中的定義非常嚴(yán)格，假設(shè)函數(shù)滿足傅立葉變換的條件，則其一維傅立葉變換為：傅立葉逆變換為：12/10/202227四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠3．傅立葉變換12/10/202227四川雅安職業(yè)技術(shù)

傅立葉變換的結(jié)果是一個(gè)復(fù)數(shù)表達(dá)式下式稱為的傅立葉幅度譜12/10/202228四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠12/10/202228四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李4．傅立葉變換的應(yīng)用：（1）利用傅立葉變換可以將信號分解為對應(yīng)各個(gè)空間頻率的不同幅度、相位的信號，從而可以了解某個(gè)空間頻率時(shí)的信號情況，進(jìn)而推斷系統(tǒng)在該空間頻率的響應(yīng)性能。（2）作為一種分析工具，傅立葉變換在信號處理中應(yīng)用也很廣泛，如CT的圖像重建、計(jì)算成像系統(tǒng)的MTF等12/10/202229四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠4．傅立葉變換的應(yīng)用：12/10/202229四川雅安職業(yè)（二）MTFMTF是成像系統(tǒng)分辨力特性的重要參量，描述了系統(tǒng)的信號傳遞特性。通過MTF可以分析系統(tǒng)在不同空間頻率對正弦輸入的響應(yīng)特性。1．空間頻率和調(diào)制度余弦函數(shù)曲線

12/10/202230四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠余弦函數(shù)曲線12/10/202230四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院

單位空間距離內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)就是空間頻率?？臻g頻率一般可用于表示成像系統(tǒng)的分辨力。矩形波測試卡

12/10/202231四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠單位空間距離內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)就是空矩形波測試卡X線強(qiáng)度分布

12/10/202232四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠矩形波測試卡X線強(qiáng)度分布12/10/202232四川雅安正弦波測試卡像

12/10/202233四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠正弦波測試卡像12/10/202233四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)2．光學(xué)傳遞函數(shù)正弦波理想成像與實(shí)際成像12/10/202234四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠2．光學(xué)傳遞函數(shù)正弦波理想成像與實(shí)際成像12/10/203．成像系統(tǒng)的MTF及其應(yīng)用MTF作為描述X線成像系統(tǒng)分辨力特性的物理參數(shù)得到廣泛接受。一個(gè)X線成像系統(tǒng)包括許多組成部分，如X線管焦點(diǎn)、濾線柵、屏-片系統(tǒng)等，成像時(shí)每個(gè)部分都會(huì)發(fā)生信號傳遞，都有可能發(fā)生幅度降低、相位偏移，都有自身的MTF。12/10/202235四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠3．成像系統(tǒng)的MTF及其應(yīng)用12/10/202235四川極限分辨力示圖

12/10/202236四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠極限分辨力示圖12/10/202236四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)4．MTF的測量

(1)屏-片系統(tǒng)的MTF：對于屏-片系統(tǒng)，系統(tǒng)總的MTF的測量需使用正弦波測試卡，因?yàn)镸TF描述的是線性系統(tǒng)對正弦輸入的響應(yīng)。①對比度法：用矩形波測試卡測出矩形波測試卡的MTF，再轉(zhuǎn)換為正弦波的MTF。②傅立葉變換法：LSF的傅立葉變換的絕對值就是系統(tǒng)的MTF，所以，該方法就是要求系統(tǒng)的LSF，一般用狹縫裝置測量。但LSF很難用數(shù)學(xué)式表達(dá)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，也要作近似計(jì)算。12/10/202237四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠4．MTF的測量12/10/202237四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)（2）數(shù)字成像系統(tǒng)的MTF有用狹縫的，但多數(shù)是用刃邊

①CR的MTF：CR系統(tǒng)的MTF組成復(fù)雜。12/10/202238四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠（2）數(shù)字成像系統(tǒng)的MTF12/10/202238四川雅安狹縫放置示意圖

12/10/202239四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠狹縫放置示意圖12/10/202239四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)

②DR的MTF：DR系統(tǒng)的MTF與CR系統(tǒng)類似，測試方法也相似，文獻(xiàn)中多使用刃邊（edge）設(shè)備。

刃邊放置示意圖12/10/202240四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠②DR的MTF：DR系統(tǒng)的MTF與CR系統(tǒng)類似，測③CT的MTF：由于CT是重建成像，故有許多因素影響CT的MTF，如X線束寬度、探測器響應(yīng)、重建算法等。測試方法也有許多報(bào)道。主要的研究有使用星卡、掃描細(xì)金屬條、掃描正弦波測試卡、掃描刃邊等。12/10/202241四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠③CT的MTF：12/10/202241四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)

④其它設(shè)備的MTF：其它成像設(shè)備的MTF測試方法與前述類似，一般也是用先求PSF或ERF、LSF，再求傅立葉變換得MTF的方法。12/10/202242四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠④其它設(shè)備的MTF：12/10/202242四川雅三、噪聲特性（一）噪聲的概念在日常工作中，有時(shí)，由于曝光不足或沖洗條件不好時(shí)，得到的X線照片上往往會(huì)有許多斑點(diǎn)（mottle），使照片看起來有“粗糙”的感覺。這些斑點(diǎn)是由于X線量子分布的空間隨機(jī)性所致，現(xiàn)在一般稱之為噪聲。所謂噪聲，就是X線照片上X線量子的統(tǒng)計(jì)漲落。12/10/202243四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠三、噪聲特性12/10/202243四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)（二）噪聲的特性描述噪聲特性的物理量主要有：RMS、WS、還有已經(jīng)淘汰的自相關(guān)函數(shù)（auto-correlatedfunction，ACF）等。1．RMS是描述X線量子“統(tǒng)計(jì)漲落”的物理量。2．WS是評價(jià)屏-片系統(tǒng)噪聲特性的又一重要參量，它表示照片斑點(diǎn)單位長度上的能量隨著空間頻率變化的分布狀況。12/10/202244四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠（二）噪聲的特性12/10/202244四川雅安職業(yè)技術(shù)WS示意圖12/10/202245四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠WS示意圖12/10/202245四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)

（三）影響噪聲的因素1．影響屏-片系統(tǒng)噪聲的因素（1）由于X線量子“統(tǒng)計(jì)漲落”形成的量子斑點(diǎn)。（2）增感屏對X線量子的吸收是隨機(jī)的，且增感屏熒光顆粒的分布不均勻、大小不相等，都會(huì)造成影像斑點(diǎn)。由此形成增感屏的結(jié)構(gòu)斑點(diǎn)。（3）X線膠片的感光顆粒大小不等、分布不均，形成X線膠片的粒狀性。12/10/202246四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠（三）影響噪聲的因素12/10/202246四川雅2．影響數(shù)字X線系統(tǒng)噪聲的主要因素?cái)?shù)字X線系統(tǒng)的噪聲因素非常復(fù)雜，包括X線管、探測器、圖像后處理參數(shù)等的諸多因素。除了X線量子噪聲，還有電路系統(tǒng)的電子噪聲等，都是影響因素。12/10/202247四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠2．影響數(shù)字X線系統(tǒng)噪聲的主要因素12/10/202247（四）SNR在X線成像系統(tǒng)中設(shè)探測到的X線量子數(shù)為N，當(dāng)X線量子數(shù)服從Poisson分布時(shí)，影像上就出現(xiàn)隨機(jī)信號漲落。SNR示意圖

12/10/202248四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠SNR示意圖12/10/202248四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院五、量子檢出效率1．DQE雖然是較新引入的概念，DQE已成為客觀評價(jià)探測器，尤其是現(xiàn)代的數(shù)字成像探測器性能的重要方法。DQE用對比度、噪聲和分辨力的概念描述了一個(gè)成像系統(tǒng)如何處理輸入的X線光子，作為劑量（dose，D）、頻率（frequency，f）的函數(shù)。定義為系統(tǒng)輸出側(cè)SNR的平方與輸入側(cè)SNR的平方的比12/10/202249四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠五、量子檢出效率12/10/202249四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)DQE示意圖12/10/202250四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠DQE示意圖12/10/202250四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院2．NEQNEQ是一個(gè)以絕對尺度描述影像質(zhì)量的參數(shù)。定義為系統(tǒng)輸出側(cè)信噪比（SNRout）的平方。它表示理想探測器產(chǎn)生與實(shí)際探測器相同SNR時(shí)的量子數(shù)12/10/202251四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠2．NEQNEQ是一個(gè)以絕對尺度描述影像質(zhì)量的參數(shù)。12第三節(jié)ROC及其應(yīng)用一、ROC的基本原理（一）信號檢測理論被測試者響應(yīng)的概率密度曲線

12/10/202252四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠第三節(jié)ROC及其應(yīng)用一、ROC的基本原理被測試者響應(yīng)的概標(biāo)準(zhǔn)的示例12/10/202253四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠標(biāo)準(zhǔn)的示例12/10/202253四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)標(biāo)準(zhǔn)的作用

12/10/202254四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠標(biāo)準(zhǔn)的作用12/10/202254四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)ROC曲線示例

12/10/202255四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠ROC曲線示例12/10/202255四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)曲線的擴(kuò)散

12/10/202256四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠曲線的擴(kuò)散12/10/202256四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)（二）ROC分析1．基本概念ROC曲線中有兩個(gè)重要的概念：靈敏度（sensitivity，SE）和特異度（specificity，SP）靈敏度（sensitivity，SE）SE是診斷陽性的病人檢查陽性的概率。特異度（specificity，SP）SP是診斷陰性的病人檢查陰性的概率。12/10/202257四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠（二）ROC分析12/10/202257四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)2．ROC曲線ROC曲線是以檢查的靈敏度為y軸、以（1-特異性）或假陽性概率（falsepositiverate，F(xiàn)PR）為x坐標(biāo)畫出的曲線。ROC曲線是評價(jià)診斷檢查性能的有效方法，所以在影像學(xué)中廣泛用于評價(jià)許多影像檢查的性能。12/10/202258四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠2．ROC曲線12/10/202258四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)

擬合的或平滑的ROC曲線假設(shè)檢查結(jié)果或它的某種單調(diào)變換服從某種分布（如雙正態(tài)分布），可以由這些離散點(diǎn)得到ROC曲線。12/10/202259四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠擬合的或平滑的ROC曲線12/10/202259四川ROC曲線實(shí)例

12/10/202260四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠ROC曲線實(shí)例12/10/202260四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)3．ROC曲線下的面積

4條不同面積的ROC曲線12/10/202261四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠3．ROC曲線下的面積4條不同面積的ROC曲線12/10AUC是一個(gè)診斷檢查的性能的總測度，所以可以通過比較它們的AUC比較不同檢查的性能。AUC越大，診斷檢查的性能越好。相等的AUC意味著兩個(gè)檢查有相同的總性能，但這兩條ROC曲線并不一定相同。有同樣AUC的兩條ROC曲線12/10/202262四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠AUC是一個(gè)診斷檢查的性能的總測度，所4．特定FPR的靈敏度和部分面積ROC曲線下的部分面積定義為兩個(gè)FPR或兩個(gè)靈敏度間的面積。特定FPR下兩條ROC曲線的比較12/10/202263四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠4．特定FPR的靈敏度和部分面積特定FPR下兩條ROC曲5．影像學(xué)研究中的ROC放射學(xué)檢查中的多數(shù)ROC分析一般都用5-點(diǎn)法或6點(diǎn)法。12/10/202264四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠5．影像學(xué)研究中的ROC12/10/202264四川雅6．ROC曲線的種類（1）LROC：在定位ROC（localisationROC，LROC）中，觀察者必須指出圖像中病變出現(xiàn)的位置以得到真陽性記分。12/10/202265四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠6．ROC曲線的種類12/10/202265四川雅安職業(yè)技LROC曲線

12/10/202266四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠LROC曲線12/10/202266四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院

（2）FROC：自由響應(yīng)ROC（free-responseROC，F(xiàn)ROC）方法是由Bunch等引入醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的。

FROC曲線12/10/202267四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠（2）FROC：自由響應(yīng)ROC（free-respon（3）AFROC：替代FROC（alternativeFROC，AFROC）分析是FROC分析的一個(gè)簡單的替代方法AFROC12/10/202268四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠（3）AFROC：替代FROC（alternativeFR

（4）FFE：在FFE實(shí)驗(yàn)中，觀察者被要求按照確信度遞減的順序?qū)y試結(jié)構(gòu)分級，直到出現(xiàn)錯(cuò)誤。FFE測試可以看作是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的檢測，是與任何觀察者性能無關(guān)的精確測度。（5）DROC：Chakraborty等開發(fā)了一種用于決定設(shè)備間差別的（differentialROC，DROC）ROC方法12/10/202269四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠

（4）FFE：在FFE實(shí)驗(yàn)中，觀察者被要求按照確信度遞減7．ROC軟件（1）ROCKIT：是Metz等開發(fā)的參數(shù)ROC分析的程序。（2）PlotROC：是用MicrosoftExcel5.0開發(fā)的宏工作表，它基于雙正態(tài)分布的假設(shè)獲得參數(shù)畫出平滑的ROC曲線。（3）MedCalc：是一個(gè)提供非參數(shù)ROC分析的統(tǒng)計(jì)包。（4）Partarea.for：一個(gè)用FORTRAN語言寫的程序。12/10/202270四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠7．ROC軟件12/10/202270四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院

（三）ROC曲線的制作常用的制作ROC曲線的方法有兩種：一種是二階求法；一種是五階求法。1．二階法二階求法有的稱二等級法，也稱二分類法。它解決是或否的問題，即要求診斷者必須作出二者擇其一的明確判斷（診斷）。如對信號s，即病灶的存在或不存在、惡性或良性等，不允許有第三種診斷。12/10/202271四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠

（三）ROC曲線的制作12/10/202271四川雅安職

2．五階法五階求法又稱多階法。在影像診斷中，實(shí)際上觀察者（放射診斷醫(yī)師）往往是面臨多種選擇的可能，并非簡單的“是”或“否”。目前放射影像文獻(xiàn)中用的多階法有四階法、五階法、六階法，常用五階求法。五階求法是觀察者面對信號s或噪聲n可有5種選擇：①肯定沒有；②好像沒有；③不清楚；④好像有；⑤肯定有。12/10/202272四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠2．五階法12/10/202272四川雅二、ROC的臨床應(yīng)用ROC的臨床應(yīng)用是多方面的。主要包括：1．不同成像方法效能的比較，包括某成像系統(tǒng)對某種疾病的診斷絕對值的評價(jià)。2．對不同測試者運(yùn)用同一種成像方法的判斷能力大小的比較。3．應(yīng)用不同成像條件時(shí)，對幾位觀察者的效能比較。4．用ROC曲線下的面積值A(chǔ)z的大小，比較數(shù)字X線成像系統(tǒng)后處理功能參數(shù)的不同作用。12/10/202273四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠二、ROC的臨床應(yīng)用12/10/202273四川雅安職業(yè)技本章結(jié)束12/10/202274四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠本章結(jié)束12/10/202274四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系第四章

X線影像質(zhì)量及評價(jià)12/10/202275四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠第四章

X線影像質(zhì)量及評價(jià)12/10/20221四川

本章學(xué)習(xí)目標(biāo)一、掌握內(nèi)容X線影像質(zhì)量評價(jià)的概念；主觀評價(jià)、客觀評價(jià)及綜合評價(jià)的概念與常用參數(shù)。ROC曲線的概念、基本原理、ROC曲線的制作。二、熟悉內(nèi)容X線影像質(zhì)量評價(jià)的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢。信號與系統(tǒng)的概念。三、了解內(nèi)容已淘汰的評價(jià)參數(shù)。國內(nèi)外新進(jìn)展。

12/10/202276四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠本章學(xué)習(xí)目標(biāo)12/10/20222四川雅安職業(yè)技本章所屬章節(jié)

第一節(jié)X線影像質(zhì)量評價(jià)概述

第二節(jié)成像系統(tǒng)的特性參數(shù)

第三節(jié)ROC及其應(yīng)用12/10/202277四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠本章所屬章節(jié)12/10/20223四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)第一節(jié)X線影像質(zhì)量評價(jià)概述

X線發(fā)現(xiàn)100多年來，從傳統(tǒng)的屏-片X線系統(tǒng)到新型的數(shù)字X線成像設(shè)備，各種模擬和數(shù)字的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用，還有許多的新系統(tǒng)在研制中。醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，從信號（X線）輸入到最后醫(yī)生觀察解釋的影像輸出，整個(gè)過程涉及許多物理過程。12/10/202278四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠第一節(jié)X線影像質(zhì)量評價(jià)概述X線發(fā)現(xiàn)10

影像質(zhì)量評價(jià)這一新的研究領(lǐng)域?？偨Y(jié)起來，主要的評價(jià)方法可分為主觀評價(jià)法（觀察者性能）客觀評價(jià)法（物理參數(shù)法）二者相結(jié)合的綜合評價(jià)法。早期的評價(jià)主要是對X線照片。近年來對數(shù)字成像系統(tǒng)的成像性能和數(shù)字影像顯示、打印設(shè)備的質(zhì)量評價(jià)已成為國際上研究的熱點(diǎn)。12/10/202279四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠影像質(zhì)量評價(jià)這一新的研究領(lǐng)域。12/10/2022主觀方法客觀方法觀察者/診斷效能分辨力（MTF）觀察者偏好

對比度-細(xì)節(jié)圖噪聲解剖的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)物理參數(shù)主觀信噪比視覺分級析

視覺區(qū)別力量子檢出效率ROC和相關(guān)方法

照片對比度診斷和治療效果

劑量質(zhì)量

診斷成像質(zhì)量評價(jià)的方法12/10/202280四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠主觀方法客觀方法

一、主觀評價(jià)法影像質(zhì)量的主觀評價(jià)，即依靠觀察者（評價(jià)者）的主觀判斷進(jìn)行的評價(jià)，其評價(jià)結(jié)果受人（觀察者）的因素影響，不同的觀察者得到的結(jié)果可能不盡相同，甚至差別迥異，因而是不全面的。12/10/202281四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠一、主觀評價(jià)法12/10/20227四川雅安職1．對比度清晰度曲線圖法特點(diǎn)是以人的視覺能分辨的影像細(xì)節(jié)評價(jià)影像質(zhì)量，屬于該類的還有解像力法等。2．模糊數(shù)學(xué)評價(jià)法是隨模糊數(shù)學(xué)的出現(xiàn)而發(fā)展起來的評價(jià)方法。12/10/202282四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠1．對比度清晰度曲線圖法特點(diǎn)是以人的視覺能分辨的影像細(xì)節(jié)3.ROC曲線法受試者操作特性曲線，是一種基于統(tǒng)計(jì)決策理論的評價(jià)方法。現(xiàn)在ROC曲線分析已成為一種廣泛使用的評價(jià)分析方法。還有高對比度極限分辨力和閾值對比度細(xì)節(jié)檢出力等參數(shù)。12/10/202283四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠3.ROC曲線法12/10/20229四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)二、客觀評價(jià)法所謂客觀評價(jià)，就是用測定構(gòu)成影像的一些物理屬性（參數(shù)）評價(jià)影像質(zhì)量的方法。12/10/202284四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠二、客觀評價(jià)法12/10/202210四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院1．RMS、WS均方根值和維納頻譜是描述X線照片斑點(diǎn)（噪聲）特征的物理量。2．調(diào)制傳遞函數(shù)調(diào)制傳遞函數(shù)（modulationtransferfunction，MTF）MTF是描述成像系統(tǒng)分辨力特性的重要參量。12/10/202285四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠1．RMS、WS均方根值和維納頻譜是描述X線照片斑點(diǎn)（噪3．NEQ、DQE噪聲等價(jià)量子數(shù)和量子檢出效率是20世紀(jì)60年代用于評價(jià)天體物理攝影系統(tǒng)成像質(zhì)量的物理量，20世紀(jì)70年代進(jìn)入醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域。還有信-噪比（SNR）和特性曲線等。12/10/202286四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠3．NEQ、DQE噪聲等價(jià)量子數(shù)和量子檢出效率12/10三、綜合評價(jià)實(shí)際應(yīng)用中，對醫(yī)學(xué)影像的質(zhì)量評價(jià)既可以用主觀的方法也可以用客觀（物理）的方法。在放射質(zhì)量保證（qualityassurance，QA）中，主觀評價(jià)因其固有的簡單易行在臨床中得到了較廣泛應(yīng)用，而許多測試條件嚴(yán)格的客觀方法也逐漸被接受?？陀^（物理）的方法往往有大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，應(yīng)用曾一度受到限制，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，這一問題已逐漸解決，大量的客觀（物理）方法進(jìn)入臨床應(yīng)用。12/10/202287四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠三、綜合評價(jià)12/10/202213四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)

所謂綜合評價(jià)，按照QA和放射質(zhì)量控制（QC）的術(shù)語可敘述為：以診斷要求為依據(jù)，用物理參量作為客觀評價(jià)手段，以成像的技術(shù)條件作保證，三者有機(jī)結(jié)合，而且注意盡量減少病人受檢劑量的綜合評價(jià)影像質(zhì)量的方法。12/10/202288四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠所謂綜合評價(jià)，按照QA和放射質(zhì)量控制（Q第二節(jié)成像系統(tǒng)的特性參數(shù)一、輸入輸出特性1．點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（pointspreadfunction，PSF）是描述成像系統(tǒng)特性的函數(shù)。如果測量小孔像面上每一點(diǎn)的亮度，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，像面上的亮度分布不均勻，中心高，周邊低。也就是說小孔像的亮度在像面上發(fā)生了擴(kuò)散，正如在疏松的紙上寫字時(shí)墨水會(huì)湮開一樣，這種現(xiàn)象稱為點(diǎn)擴(kuò)散。12/10/202289四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠第二節(jié)成像系統(tǒng)的特性參數(shù)一、輸入輸出特性12/10/20點(diǎn)光源的亮度分布12/10/202290四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠點(diǎn)光源的亮度分布12/10/202216四川雅安職業(yè)技術(shù)PSF的立體分布示意圖12/10/202291四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠PSF的立體分布示意圖12/10/202217四川雅安職

2．線擴(kuò)散函數(shù)線擴(kuò)散函數(shù)（LSF）與PSF相似。實(shí)際情況是狹縫像的亮度分布不均勻，沿垂直狹縫方向中心亮度高，向兩側(cè)逐漸減小。這種現(xiàn)象稱為線擴(kuò)散。12/10/202292四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠2．線擴(kuò)散函數(shù)12/10/202218四川線擴(kuò)散的亮度分布剖面12/10/202293四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠線擴(kuò)散的亮度分布剖面12/10/202219四川雅安職業(yè)線擴(kuò)散函數(shù)立體示意圖

12/10/202294四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠線擴(kuò)散函數(shù)立體示意圖12/10/202220四川雅安職業(yè)3．?dāng)U散對影像質(zhì)量的影響綜合到最終的影像上，擴(kuò)散的效應(yīng)是高能量降低，低能量升高，整幅影像的對比度降低。12/10/202295四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠3．?dāng)U散對影像質(zhì)量的影響12/10/202221四川雅安職擴(kuò)散對影像質(zhì)量的影響12/10/202296四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠擴(kuò)散對影像質(zhì)量的影響12/10/202222四川雅安職業(yè)二、解像特性（一）傅立葉變換傅立葉變換是線性系統(tǒng)分析的一個(gè)有力工具，從某種意義上說，傅立葉變換就好比我們的第二語言。能講兩種語言的人常常會(huì)發(fā)現(xiàn)，在表達(dá)某種觀點(diǎn)時(shí)，一種語言可能比另一種語言優(yōu)越。對系統(tǒng)的分析也是一樣，有時(shí)在不同的域中分析能達(dá)到好的效果。12/10/202297四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠二、解像特性12/10/202223四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)1．周期函數(shù)一個(gè)函數(shù)若對于一個(gè)常數(shù)X能滿足式下式的關(guān)系，它就叫周期函數(shù)。X叫做周期。我們熟知的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)都是周期函數(shù)。12/10/202298四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠1．周期函數(shù)12/10/202224四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)

2．傅立葉級數(shù)先介紹一個(gè)名詞“三角級數(shù)”。凡由無限多個(gè)正弦函數(shù)和余弦函數(shù)相加起來、具有如下式形式的級數(shù)，就叫三角級數(shù)。12/10/202299四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠2．傅立葉級數(shù)12/10/202225四

若不等于0，而是和各個(gè)都等于0，這個(gè)級數(shù)就叫正弦級數(shù)。三角級數(shù)就叫傅立葉級數(shù)12/10/2022100四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠三角級數(shù)就叫傅立葉級數(shù)12/10/202223．傅立葉變換傅立葉變換在數(shù)學(xué)中的定義非常嚴(yán)格，假設(shè)函數(shù)滿足傅立葉變換的條件，則其一維傅立葉變換為：傅立葉逆變換為：12/10/2022101四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠3．傅立葉變換12/10/202227四川雅安職業(yè)技術(shù)

傅立葉變換的結(jié)果是一個(gè)復(fù)數(shù)表達(dá)式下式稱為的傅立葉幅度譜12/10/2022102四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠12/10/202228四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李4．傅立葉變換的應(yīng)用：（1）利用傅立葉變換可以將信號分解為對應(yīng)各個(gè)空間頻率的不同幅度、相位的信號，從而可以了解某個(gè)空間頻率時(shí)的信號情況，進(jìn)而推斷系統(tǒng)在該空間頻率的響應(yīng)性能。（2）作為一種分析工具，傅立葉變換在信號處理中應(yīng)用也很廣泛，如CT的圖像重建、計(jì)算成像系統(tǒng)的MTF等12/10/2022103四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠4．傅立葉變換的應(yīng)用：12/10/202229四川雅安職業(yè)（二）MTFMTF是成像系統(tǒng)分辨力特性的重要參量，描述了系統(tǒng)的信號傳遞特性。通過MTF可以分析系統(tǒng)在不同空間頻率對正弦輸入的響應(yīng)特性。1．空間頻率和調(diào)制度余弦函數(shù)曲線

12/10/2022104四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠余弦函數(shù)曲線12/10/202230四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院

單位空間距離內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)就是空間頻率?？臻g頻率一般可用于表示成像系統(tǒng)的分辨力。矩形波測試卡

12/10/2022105四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠單位空間距離內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)就是空矩形波測試卡X線強(qiáng)度分布

12/10/2022106四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠矩形波測試卡X線強(qiáng)度分布12/10/202232四川雅安正弦波測試卡像

12/10/2022107四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠正弦波測試卡像12/10/202233四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)2．光學(xué)傳遞函數(shù)正弦波理想成像與實(shí)際成像12/10/2022108四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠2．光學(xué)傳遞函數(shù)正弦波理想成像與實(shí)際成像12/10/203．成像系統(tǒng)的MTF及其應(yīng)用MTF作為描述X線成像系統(tǒng)分辨力特性的物理參數(shù)得到廣泛接受。一個(gè)X線成像系統(tǒng)包括許多組成部分，如X線管焦點(diǎn)、濾線柵、屏-片系統(tǒng)等，成像時(shí)每個(gè)部分都會(huì)發(fā)生信號傳遞，都有可能發(fā)生幅度降低、相位偏移，都有自身的MTF。12/10/2022109四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠3．成像系統(tǒng)的MTF及其應(yīng)用12/10/202235四川極限分辨力示圖

12/10/2022110四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠極限分辨力示圖12/10/202236四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)4．MTF的測量

(1)屏-片系統(tǒng)的MTF：對于屏-片系統(tǒng)，系統(tǒng)總的MTF的測量需使用正弦波測試卡，因?yàn)镸TF描述的是線性系統(tǒng)對正弦輸入的響應(yīng)。①對比度法：用矩形波測試卡測出矩形波測試卡的MTF，再轉(zhuǎn)換為正弦波的MTF。②傅立葉變換法：LSF的傅立葉變換的絕對值就是系統(tǒng)的MTF，所以，該方法就是要求系統(tǒng)的LSF，一般用狹縫裝置測量。但LSF很難用數(shù)學(xué)式表達(dá)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，也要作近似計(jì)算。12/10/2022111四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠4．MTF的測量12/10/202237四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)（2）數(shù)字成像系統(tǒng)的MTF有用狹縫的，但多數(shù)是用刃邊

①CR的MTF：CR系統(tǒng)的MTF組成復(fù)雜。12/10/2022112四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠（2）數(shù)字成像系統(tǒng)的MTF12/10/202238四川雅安狹縫放置示意圖

12/10/2022113四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠狹縫放置示意圖12/10/202239四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)

②DR的MTF：DR系統(tǒng)的MTF與CR系統(tǒng)類似，測試方法也相似，文獻(xiàn)中多使用刃邊（edge）設(shè)備。

刃邊放置示意圖12/10/2022114四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠②DR的MTF：DR系統(tǒng)的MTF與CR系統(tǒng)類似，測③CT的MTF：由于CT是重建成像，故有許多因素影響CT的MTF，如X線束寬度、探測器響應(yīng)、重建算法等。測試方法也有許多報(bào)道。主要的研究有使用星卡、掃描細(xì)金屬條、掃描正弦波測試卡、掃描刃邊等。12/10/2022115四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠③CT的MTF：12/10/202241四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)

④其它設(shè)備的MTF：其它成像設(shè)備的MTF測試方法與前述類似，一般也是用先求PSF或ERF、LSF，再求傅立葉變換得MTF的方法。12/10/2022116四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠④其它設(shè)備的MTF：12/10/202242四川雅三、噪聲特性（一）噪聲的概念在日常工作中，有時(shí)，由于曝光不足或沖洗條件不好時(shí)，得到的X線照片上往往會(huì)有許多斑點(diǎn)（mottle），使照片看起來有“粗糙”的感覺。這些斑點(diǎn)是由于X線量子分布的空間隨機(jī)性所致，現(xiàn)在一般稱之為噪聲。所謂噪聲，就是X線照片上X線量子的統(tǒng)計(jì)漲落。12/10/2022117四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠三、噪聲特性12/10/202243四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)（二）噪聲的特性描述噪聲特性的物理量主要有：RMS、WS、還有已經(jīng)淘汰的自相關(guān)函數(shù)（auto-correlatedfunction，ACF）等。1．RMS是描述X線量子“統(tǒng)計(jì)漲落”的物理量。2．WS是評價(jià)屏-片系統(tǒng)噪聲特性的又一重要參量，它表示照片斑點(diǎn)單位長度上的能量隨著空間頻率變化的分布狀況。12/10/2022118四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠（二）噪聲的特性12/10/202244四川雅安職業(yè)技術(shù)WS示意圖12/10/2022119四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠WS示意圖12/10/202245四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)

（三）影響噪聲的因素1．影響屏-片系統(tǒng)噪聲的因素（1）由于X線量子“統(tǒng)計(jì)漲落”形成的量子斑點(diǎn)。（2）增感屏對X線量子的吸收是隨機(jī)的，且增感屏熒光顆粒的分布不均勻、大小不相等，都會(huì)造成影像斑點(diǎn)。由此形成增感屏的結(jié)構(gòu)斑點(diǎn)。（3）X線膠片的感光顆粒大小不等、分布不均，形成X線膠片的粒狀性。12/10/2022120四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠（三）影響噪聲的因素12/10/202246四川雅2．影響數(shù)字X線系統(tǒng)噪聲的主要因素?cái)?shù)字X線系統(tǒng)的噪聲因素非常復(fù)雜，包括X線管、探測器、圖像后處理參數(shù)等的諸多因素。除了X線量子噪聲，還有電路系統(tǒng)的電子噪聲等，都是影響因素。12/10/2022121四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠2．影響數(shù)字X線系統(tǒng)噪聲的主要因素12/10/202247（四）SNR在X線成像系統(tǒng)中設(shè)探測到的X線量子數(shù)為N，當(dāng)X線量子數(shù)服從Poisson分布時(shí)，影像上就出現(xiàn)隨機(jī)信號漲落。SNR示意圖

12/10/2022122四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠SNR示意圖12/10/202248四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院五、量子檢出效率1．DQE雖然是較新引入的概念，DQE已成為客觀評價(jià)探測器，尤其是現(xiàn)代的數(shù)字成像探測器性能的重要方法。DQE用對比度、噪聲和分辨力的概念描述了一個(gè)成像系統(tǒng)如何處理輸入的X線光子，作為劑量（dose，D）、頻率（frequency，f）的函數(shù)。定義為系統(tǒng)輸出側(cè)SNR的平方與輸入側(cè)SNR的平方的比12/10/2022123四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠五、量子檢出效率12/10/202249四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)DQE示意圖12/10/2022124四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠DQE示意圖12/10/202250四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院2．NEQNEQ是一個(gè)以絕對尺度描述影像質(zhì)量的參數(shù)。定義為系統(tǒng)輸出側(cè)信噪比（SNRout）的平方。它表示理想探測器產(chǎn)生與實(shí)際探測器相同SNR時(shí)的量子數(shù)12/10/2022125四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠2．NEQNEQ是一個(gè)以絕對尺度描述影像質(zhì)量的參數(shù)。12第三節(jié)ROC及其應(yīng)用一、ROC的基本原理（一）信號檢測理論被測試者響應(yīng)的概率密度曲線

12/10/2022126四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠第三節(jié)ROC及其應(yīng)用一、ROC的基本原理被測試者響應(yīng)的概標(biāo)準(zhǔn)的示例12/10/2022127四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠標(biāo)準(zhǔn)的示例12/10/202253四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)標(biāo)準(zhǔn)的作用

12/10/2022128四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠標(biāo)準(zhǔn)的作用12/10/202254四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)ROC曲線示例

12/10/2022129四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠ROC曲線示例12/10/202255四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)曲線的擴(kuò)散

12/10/2022130四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠曲線的擴(kuò)散12/10/202256四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)（二）ROC分析1．基本概念ROC曲線中有兩個(gè)重要的概念：靈敏度（sensitivity，SE）和特異度（specificity，SP）靈敏度（sensitivity，SE）SE是診斷陽性的病人檢查陽性的概率。特異度（specificity，SP）SP是診斷陰性的病人檢查陰性的概率。12/10/2022131四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠（二）ROC分析12/10/202257四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)2．ROC曲線ROC曲線是以檢查的靈敏度為y軸、以（1-特異性）或假陽性概率（falsepositiverate，F(xiàn)PR）為x坐標(biāo)畫出的曲線。ROC曲線是評價(jià)診斷檢查性能的有效方法，所以在影像學(xué)中廣泛用于評價(jià)許多影像檢查的性能。12/10/2022132四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠2．ROC曲線12/10/202258四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)

擬合的或平滑的ROC曲線假設(shè)檢查結(jié)果或它的某種單調(diào)變換服從某種分布（如雙正態(tài)分布），可以由這些離散點(diǎn)得到ROC曲線。12/10/2022133四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠擬合的或平滑的ROC曲線12/10/202259四川ROC曲線實(shí)例

12/10/2022134四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系李錫忠ROC曲線實(shí)例12/10/202260四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)3．ROC曲線下的面積

4條不同面積