05.05.2017
Оценка параметров цифровых приемников по равномерно засвеченному рентгеновскими лучами рабочему полю
В соответствии с нормативными документами при испытаниях во входной плоскости приемника устанавливаются рентгеноконтрастные тест-объекты, изображения которых визуально оцениваются группой экспертов.
До настоящего времени большинство методик оценки параметров приемников рентгеновских изображений, которые определяют качество изображения, носят субъективный характер. В соот ветствии с нормативными документами [1, 5] при испытаниях во входной плоскости приемника устанавливаются рентгеноконтрастные тест-объекты, изображения которых визуально оцениваются группой экспертов. Такая оценка страдает целым рядом существенных недостатков.
Рентгеновские тест-объекты рассчитаны на определенное качество рентгеновского излучения, отклонения от которого могут привести к существенным ошибкам. Геометрия съемки и установка тестов должна строго соответствовать методикам, описанным в нормативных документах. Тест - объекты должны быть изготовлены с высоким классом точности из особо чистых материалов и как следствие стоят дорого.
Поэтому субъективная оценка характеризуется низкой точностью и воспроизводимостью. Кроме того, такие испытания трудоемки и неоперативны. Они требуют высококвалифицированного обслуживающего персонала и не пригодны (в полном объеме) для оперативного контроля в клиниках как из-за трудоемкости, так и из-за отсутствия полного набора тест-объектов.
Поэтому в клиниках для оперативного контроля качества рентгеновского изображения, правильного выбора параметров
экспозиции используются специальные наборы тканеэквивалентных фантомов: голова, рука, нога, таз, грудная клетка, локтевой сустав, коленный сустав и др. Оценку производит непосредственно рентгенолог. Однако такие наборы дорогие и имеются далеко не во всех рентгеновских отделениях. Кроме того, субъективность оценки остается.
С появлением цифровых рентгеновских аппаратов и включением в их состав компьютеров появились возможности объектив-
ного контроля параметров, которые определяют качество изображения. Поэтому в связи с неограниченными (в практическом
смысле) вычислительными возможностями компьютеров «универсальным испытательным сигналом» может служить равномерно засвеченное рентгеновскими лучами входное поле цифрового приемника. В этом случае рентгеновские лучи имитируют случайный белый шум, расположенный на определенной постоянной составляющей, которая зависит от интенсивности засветки. Известно,что шумы рентгеновских лучей, обусловленные флуктуациями рентгеновских фотонов в пространстве и времени, распределены по закону Пуассона. Эти шумы являются белыми, т. е. их спектр постоянен в области пространственных и временных частот, которые имеют место в медицинской диагностике.
Нельзя представить себе входное сообщение, которое несет меньше информации, чем белый шум. Поэтому изображение на выходе приемника, вызванное равномерно засвеченным рентгеновскими лучами входным полем приемника, можно рассматривать как изображение, отражающее воздействие самого приемника. Таким образом, выходное изображение от входного изображения в виде белого шума формирует «функциональный образ» приемника изображения, т. е. отображает его параметры. Следовательно, производя ряд вычислительных операций над цифровым изображением, полученным в памяти компьютера от равномерно засвеченного рабочего поля приемника, можно определить ряд параметров приемника.
Отметим, что идея использования белого шума в качестве испытательного сигнала не нова. Такая возможность широко используется в радиотехнике. Для измерения контрастно-частотной характеристики (КЧХ) объектива существует методика, рассмотренная О’Нейлом [3]. K. Rossman предложил ее для измерения КЧХ рентгенографического комплекта усиливающие экраны-пленка [7]. В цифровых приемниках ее уже используют для оценки неравномерности фона по полю изображения, квантовой эффективности на низких пространственных частотах, спектра шума на выходе приемника и амплитудной характеристики [5]. Цель настоящей статьи заключается не в разработке методик оценки параметров по белому шуму, а в следующем:
-
Обратить внимание разработчиков цифровых рентгеновских аппаратов на необходимость ухода от традиционных субъек-
тивных методов оценки качества рентгеновского изображения с использованием испытательных тест-объектов.На современном уровне развития вычислительной техники, которая поставляется в составе автоматизированных рабочих мест цифровых аппаратов,требуется переход на цифровые технологии оценки параметров приемников. -
Кроме указанных выше параметров по оцифровованному изображению белого шума, имеется принципиальная возмож-
ность оценки еще целого ряда параметров: КЧХ, квантовой эффективности как функции пространственных частот, динамического диапазона, неравномерности сигнала по полю изображения, разрешающей способности, контрастной чувствительности,отношения сигнал/шум и артефактов. Вероятно, наибольшую трудность представляет разработка программы для оценки КЧХ,так как в любом приемнике рентгеновских изображений к преобразованному белому шуму добавляются аддитивные шумы и шумы, которые связаны с мультипликативными шумами коэффициентов преобразования звеньев приемника. Когда эта трудность будет преодолена, то оценка остальных параметров по белому
шуму, по мнению автора, не составит принципиальных трудностей. Покажем это на ряде примеров: а) связь между КЧХ А(и) и квантовой эффективностью как функцией пространственных частот п(и) была определена Шоу [6]:
где п(0) — квантовая эффективность на пространственных частотах, где А(и) = 1, Ш(и) — спектральная плотность шумов на выходе приемника, нормированная так, что на низких частотах Ш(0) = 1.Соотношение (1) может быть использовано для разработки программы оценки п(и).
Зная КЧХ приемника, по заданному отсчетному уровню (например, Д = 0,12) определяется разрешающая способность. Такой
метод оценки разрешающей способности общепринят в телевидении [2].
-
Контрастная чувствительность (пороговый контраст), как известно из теории обнаружения низкоконтрастных тестовых деталей [7] полностью определяется пороговым соотношением сигнал/шум ¥п, которое находится в пределах 3—5. Здесь под термином «сигнал» Д8 понимается разность между цифровым сигналом на тестовой детали Sq и цифровым сигналом окружающих ее элементарных площадок S,j, того же размера. Сигнал, соответствующий пороговому контрасту, определяется из соотношения:
где Sm
— величина шума, соответствующая тестовой детали.
Следовательно, пороговый контраст можно вычислить по формуле:
Кп = S/Sф.
Для оценки динамического диапазона Д можно применить методику, которая используется в телевидении для оценки дина-
мического диапазона преобразователей свет-сигнал:
где S^,. — максимальный сигнал, когда еще отсутствует ограничение, Sm — сигнал темного поля.
Если разработать пакет программ для оценки параметров цифровых приемников по белому полю, то это дает возможность
оперативно оценивать их состояние в условиях клиники. В программы можно ввести границы допустимых значений оцениваемых величин, что позволит выявить соответствие или не соответствие приемника технической документации.
Такая оценка не требует экспертов и является объективной.
Она является более точной, так как не зависит от качества тестов и точности их установки перед приемником. Появляется возможность автоматической фиксации параметров и характеристик в памяти компьютера с возможностью их вывода на монитор или распечатки на принтере. При таком методе контроля обеспечиваются минимальная трудоемкость, максимальная оперативность и минимальная дозовая нагрузка на обслуживающий персонал.
В заключении еще раз отметим, что в этой статье не ставилась задача разработки практических методик оценки параметров и характеристик цифровых приемников по равномерно засвеченному рентгеновскими лучами рабочему полю приемника. Цель статьи состояла в показе принципиальной возможности такой оценки,которая позволяет объективизировать измерения и отказаться от тестов, требующих прецизионного изготовления и жесткого задания геометрии съемки.
Литература
-
ГОСТ 26141-84. Усилители рентгеновского изображения медицинских рентгеновских аппаратов. Общие технические требования, методы испытаний. - М1984.
-
Кривошеев М. И. Основы телевизионных измерений. - М.: Связь,1976
- О’ Нейл З. Введение в статистическую оптику. - М.: Мир,Номенклатура параметров и характеристик качества изображения, методы и средства их определения. - М.: ВНИИИМТ, 2006.
-
Телевизионная астрономия / Под ред. В. Б. Никонова. - М.: Наука, 1983.
-
Rossman K. Modulation Transfer Function of Radiographic Systems using Fluorescent screens // Journal of the Optical of America. - V. 52. - № 7. -Р. 774-777.
Теги: цифровые приемники, рабочий стол, рентгеновские лучи, стоп-сигнал, излучение, амплитуда, белый шум
234567 Начало активности (дата): 05.05.2017 13:15:00
234567 Кем создан (ID): 645
234567 Ключевые слова: цифровые приемники, рабочий стол, рентгеновские лучи, стоп-сигнал, излучение, амплитуда
12354567899
