08. Факторы, влияющие на качество изображения
реклама
Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Радиационная защита в диагностике и интервенционной радиологии Л8: Факторы, влияющие на качество изображения IAEA International Atomic Energy Agency Введение Обзор: • Определение параметров качества изображения • Факторы, влияющие на качество изображения • Проблемы качества изображения, с которыми рентгенолог сталкивается в обычной практике • Критерии качества изображения как средства, помогающие получить хорошее качество изображения при малых дозах облучения пациентов на рентгеновский снимок IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 2 Темы • • • • • Показатели качества изображения Контраст изображения Размытие или отсутствие резкости Дисторсия и артефакты Шум в изображении IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 3 Общая задача • Познакомиться с факторами определяющими хорошее изображение и методами, улучшающими качество изображения IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 4 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 8: Качество изображения Тема 1: Основные методы оценки качества изображения IAEA International Atomic Energy Agency Качество визуализации • Для эффективной диагностики требуются: • приемлемый (низкий) шум • хороший контраст изображения • Достаточное пространственное разрешение • Эти факторы связаны • Трудно “объективно” измерить качество изображения IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 6 Факторы, влияющие на качество изображения Размытость или нерезкость Контраст Качество изображения Дисторсия и артефакты IAEA Шум 8: Факторы, влияющие на качество изображения 7 Оценка качества изображения/идентификаторы • Основная оценка • Контраст • Разрешение • Шум Отношение Анализ Спектр Винера • Косвенная оценка сигнал/шум S/N контраст/деталь • Передача модуляции Модель Роуза • Отношение сигнал/шум Контраст Разрешение • Спектр Винера ROC анализ • Общая оценка • Анализ контраст/деталь Функция передачи • Модель Роуза Модуляции ФПМ • ROC анализ Шум IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 8 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 8: Качество изображения Тема 2: Контраст изображения IAEA International Atomic Energy Agency Контраст изображения Низкий контраст Средний контраст Высокий контраст Контраст изображения может быть определён отношением разности яркостей двух участков изображения к наибольшей из двух яркостей IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 10 Некоторые факторы, влияющие на контраст • Рентгенографический • Контраст изображения или контраст объекта • • • • • • • Толщина ткани Плотность ткани Электронная плотность ткани Эффективный атомный номер Z Энергия излучения (кВ) Спектр излучения (Al фильтр) Устанение рассеяния • Коллиматор • Растр (решётка) … • IAEA • Радиографический • • • • контраст плюс: Характеристики плёнки Характеристики экрана Диапазон яркостей в КТ и цифровой ангиографии … 8: Факторы, влияющие на качество изображения 11 Напряжение на трубке и экспозиция (1) • Пиковое напряжение на трубке влияет на жёсткость (качество) излучения • Жёсткость связана с медицинскими вопросами: • Какая анатомическая структура исследуется? • Какой уровень контраста необходим? • Для исследования грудной клетки 130 - 150 кВ приемлемо для визуализации структуры лёгких • В то же время только 65 кВ необходимо, чтобы наблюдать структуру костей IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 12 Напряжение на трубке и экспозиция (2) • Чем выше энергия, тем больше проникающая способность рентгеновского излучения • При очень высоких энергиях разница между костной и мышечной тканями уменьшается и они становятся более прозрачными • Контраст изображения может быть улучшен при понижении kVp, так как при этом фотоэлектрическое взаимодействие увеличивается • Более высокие значения kVp требуются при высоком контрасте (грудная клетка) IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 13 Проникновение рентгеновских лучей в ткань человека 60 кВ - 50 мАс IAEA 70 кВ - 50 мАс 80 кВ - 50 мАс 8: Факторы, влияющие на качество изображения 14 Проникновение рентгеновских лучей в ткань человека Улучшение контраста изображения (лёгкие) IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 15 Напряжение на трубке и экспозиция (3) • Интенсивность рентгеновского излучения прямо пропорциональна экспозиции мАс • Яркость изображения или плотность почернения снимка может регулироваться изменением мAс • Если снимок слишком прозрачен, необходимо увеличить мAс для повышения его оптической плотности IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 16 Проникновение рентгеновских лучей в ткань человека 70 кВ - 25 мAс IAEA 70 кВ - 50 мAс 70 кВ - 80 мAс 8: Факторы, влияющие на качество изображения 17 Контраст приёмника излучения • Плёнка в качестве приёмника излучения играет заметную роль в изменении контраста • Существуют высококонтрастные и высокочувствительные плёнки • Характеристическая кривая плёнки описывает присущие ей свойства (вуаль, чувствительность, средний градиент, максимальную оптическую плотность) • Вуаль и контраст сильно зависят от обработки плёнки IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 18 Видеомонитор • При флюороскопии и цифровой визуализации обычно используется видеомонитор • С помощью дисплея на мониторе можно регулировать контраст изображения • Динамический диапазон монитора ограничен (широкий диапазон экспозиций не может воспроизводиться одновременно) • Повышенная гибкость при регулировке контраста достигается изменением ширины и смещением окна (диапазона яркостей) цифрового изображения IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 19 Контрастные вещества • Контраст изображения органов человека ограничен • Специально приготовленные контрастные вещества (йод, барий) часто используются для улучшения контраста изображений • Целью их применения является визуализация слабо поглощающих излучение органов и выделение их на фоне окружающих тканей IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 20 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 8: Качество изображения Тема 3: Размытие или нерезкость IAEA International Atomic Energy Agency Размытие или нерезкость • Границы органов или повреждений могут быть очень чёткими, но их изображение бывает нерезким • Разные факторы могут способствовать нечёткости или размытости изображений • Рентгенологи говорят в этом случае об отсутствии деталей или плохом разрешении (субъективная оценка наблюдателя степени резкости изображений) IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 22 Разрешающая способность • Наименьшее расстояние между двумя объектами, которые могут быть различимы на изображении • Примеры разрешающей способности • Комбинация экран-плёнка: 0,01 мм • КТ: 0,5 мм • Другие определения: функция нерезкости точки • Характеристика “точечного объекта” • Идеальное изображение точечного объекта должно быть точкой • Нерезкость появляется из-за несовершенства системы визуализации • Измерение: полная ширина на половине максимума IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 23 Факторы, влияющие на нерезкость изображения Геометрическая нерезкость Нерезкость объектов Нерезкость изображения Динамическая нерезкость IAEA Нерезкость приёмника 8: Факторы, влияющие на качество изображения 24 Геометрическая нерезкость • При бесконечно малом фокусном пятне геометрическая нерезкость минимальна • При увеличении размеров фокусного пятна нерезкость изображения увеличивается Малое фокусное пятно IAEA Большое фокусное пятно 8: Факторы, влияющие на качество изображения 25 Геометрическая нерезкость • Другой причиной геометрической нерезкости является расстояние между приёмником излучения и объектом • Удаление приёмника от объекта увеличивает нерезкость • Чем меньше размер фокусного пятна и короче расстояние между объектом и плёнкой (или другим детектором), тем меньше геометрическая нерезкость и лучше качество изображения IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 26 Hерезкость объектов • Не все органы тела имеют резко очерченные границы (во многих случаях изображения органов накладываются друг на друга) • Органы не имеют квадратных или прямоугольных границ • Существенным требованием к любой системе визуализации является точность воспроизведения деталей • Отсутствие резкости объектов отражается на изображении IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 27 Динамическая нерезкость (1) • Распространённая и понятная нерезкость медицинских изображений • Движение пациента: • непослушный ребёнок • сокращение или расслабление органа • биение сердца, дыхание и т.д. • Произвольные движения могут быть сведены к минимуму при уменьшении времени процедуры и просьбой к пациенту не двигаться IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 28 Динамическая нерезкость (2) • Снижение времени экспозиции достигается с помощью усиливающих экранов • Повышение фотографического действия (скорости) экранов снижает резкость изображения (резкость приёмника) • Более того, использование коротких экспозиций должно быть компенсировано увеличением мА для получения изображения с хорошим качеством • При этом часто используется фокус больших размеров (геометрическая нерезкость) IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 29 Нерезкость приёмника излучения • Кристаллы усиливающих экранов для радио- графии имеют большие размеры, чем кристаллы в эмульсии плёнки • Изображение, полученное без экрана, будет более чётким, но потребует большей дозы • Чем больше толщина экрана, тем больше нерезкость изображения • В цифровых устройствах чёткость изображений увеличивается при уменьшении размеров пиксела и увеличении их числа в матрице IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 30 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 8: Качество изображения Тема 4: Дисторсия и артефакты IAEA International Atomic Energy Agency Дисторсия и артефакты • Неравномерное увеличение различных • • • • анатомических структур Невозможность воспроизвести реальные размеры, форму и расположение Артефакты растра (решётка видна на плёнке) Яркие пятнышки, похожие на микрокальцинаты (пыль на экране) Плохой контакт между экраном и плёнкой, плохая укладка пациента (грудная железа) IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 32 Дисторсия и артефакты IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 33 Дисторсия и артефакты IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 34 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 8: Качество изображения Тема 5: Шум в изображении IAEA International Atomic Energy Agency Шум • Определяется как неопределённость или неточность детектирования сигнала • Картины импрессионистов: число штрихов повышает точность объекта • Рентгеновское изображение: большая неопределённость при малом количестве фотонов, больше фотонов – меньше шума • Другие источники шума: • Зёрна в радиографической плёнке • Большие зёрна в усиливающих экранах • Электронный шум детектора и усилителя IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 36 Шум на плёнке • Шум характеризуется стандартным отклонением (s) при измерении оптической плотности в любой области плёнки с однородной плотностью IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 37 Шум в изображении • Бесполезную информацию можно считать шумом • Белая рябь на экране телевизора, крапинки на ультразвуковом изображении являются примерами шума • Шум мешает различать детали изображения, важные для правильной диагностики • Существуют разные компоненты шума: • • • • Шум в излучении (“эффект скоса”) Структурный шум (комптоновское рассеяние) Шум приёмника (разная реакция на однородное излучение) Квантовый шум (малое число фотонов в потоке) IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 38 Резюме • Различные технические и физические факторы могут влиять на качество изображения, ухудшая различимость полезных для диагностики анатомических деталей и увеличивая нерезкость изображения • Некоторые факторы зависят от приёмника излучения, другие больше относятся к техническим особенностям радиографии IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 39 Где получить информацию • Hendee WR, Riternour ER, eds. Medical Imaging physics, 3rd ed. St. Louis: Mosby Year Book, 1992 • Sprawls Perry Jr. Ed. Physical principles of medical imaging. Maddison: Medical Physics Publishing, 1993 • Moores BM, Wall BF, Eriskat H and Schibilla H, eds. Optimization of image quality and patient exposures in diagnostic radiology. London: British Institute of Radiology 1989. IAEA 8: Факторы, влияющие на качество изображения 40
