Radyolojik Görüntüleme Sistemlerinde Görüntü Kalitesinin Sayısal Olarak Değerlendirilmesi
Yard. Doç. Dr. Özlem Birgül23 Kasım 2013, Antalya
Amaç
- Gelişen dedektör teknolojisi ile farklı dedektörlerin performanslarının karşılaştırılması
- Farklı tanısal incelemelerde kullanılan parametrelerin görüntü kalitesine etkileri
- Kullanılan parametrelerin farklı hastalar için optimum olup olmadıklarının incelenmesi
2
Sayısal Değerlendirme
1. Sayısal olarak fiziksel ölçümlerin yapılması (DQE)
2. Kullanıcı gözlemlerinin sayısal olarak belirlenmesi (konrast-detay)
3. Tanısal doğruluğun sayısal olarak ölçülmesi (ROC)
3
Değerlendirmeler
• Genel parametrelerin değerlendirilmesi
• Uzaysal-frekansa bağlı değerlendirme• Görüntü işleme• Kullanıcı yorumlamaları
4
Genel Parametreler
• Doğrusallık• Artefaktlar• SNR• Saçılan radyasyon miktarı• NEQ ve DQE
5
Artefaklar
• Görüntü güçlendirici (bozulmalar, vignetting)
• Tarayarak okuma sistemlerinde tarama yönü ve satırları arasında hatalar
• Geniş alan dedektörleri (flat-panel dedektörleri)• Piksel tepkisinde değişmeler• Ölü pikseller/satırlar
6
Saçılmanın Değerlendirilmesi
• Demet durdurma (beamstop)• Grid çizgilerinin gözle incelenmesi• NPS’in gridli ve gridsiz olarak
değerlendirilmesi
7
Saçılma azaltma yöntemleri
• Grid• Hava boşluğu• Slit tarama
Kabul edilemeyen artefaklar oluşuyor mu?
Kontrast iyileştirme yeterli mi?
8
DQE
• Işınlama verimliliğinin ölçüsü • Verilen dozda elde edilebilecek en
yüksek SNR değeri• Toplam görüntü kalitesi ile ilgili en
uygun ölçüt
9
Modülasyon Transfer Fonksiyonu
Nokta Dağılım Fonksiyonu (PSF)
( ) ( ){ }yxPSFFTvuOTF ,, =
( ) ( )vuOTFvuMTF ,, =
Optik Transfer Fonksiyonu
10
Standartlar
IEC 62220 1-2-3IPEM Report 32 Part VII
(2010)• Section 6 “Quantitative
Data Analysis”
11
STP Düzeltmesi
• Dedektör tepkisine bağlı olarak görüntünün düzeltilmesi
doğrusal
logaritmik
üstel
KbaPV .+= ( ) bayxPVyxPV jijilin −= ),(),(
)ln(. KbaPV += ( ) )),(exp(),( bayxPVyxPV jijilin −=
cKbaPV .+= ( )( ) cjijilin bayxPVyxPV /1),(),( −=12
Modülasyon Transfer Fonksiyonu
• Radyolojik görüntüleme sisteminin frekans ortamında ayırma gücünü belirleyen bir parametre.
13
Modülasyon Transfer Fonksiyonu
14
Kenar Dağılım Fonksiyonu (ESF)• Yarık Fantom Görüntü Metodu • Çizgi Desen Fantomu Metodu • Kenar Görüntüleme Metodu
15
Kenar Dağılım Fonksiyonu (ESF)
16
Kenar Dağılım Fonksiyonu (ESF)
• Bir kenar görüntünün herhangi bir satırından profil alınarak o satırın kenar dağılım fonksiyonu elde edilebilir.
• Ancak tüm görüntüden (seçilen ilgi alanından) kenar bilgisinin daha detaylı elde edilmesi için birden fazla satır bilgisine ihtiyaç duyulmaktadır. 17
Kenar Dağılım Fonksiyonu (ESF)
Seçilen ilgi alanında, kenara dik düzlemdeki her satır için yeni oluşan konumlardaki piksel değerlerinin , piksellerin kenardan olan dik uzaklıklarına göre gruplandırılması (rebinning)
18
Çizgi Dağılım Fonksiyonu (LSF)
19
MTF
20
MTF
21
NPSGürültünün frekans ortamında incelenmesi
22
NPS
23
NPS
• Δx ve Δy yatay ve dikey yöndeki piksel boyutu
• Nx ve Ny görüntünün yatay ve dikeydeki piksel sayısı
• M, NPS’in kaç tane ilgi alanından hesaplandığını gösterir.
• 1024 x 1024 alandan• 128 x 128’lik daha küçük
ilgi alanları 1024x 1024 toplam alanda taranır.
24
NPS2D gürültü güç dağılımının, u ya da v eksenlerinde (ayrıca 45°) belirli satırların toplanıp ortalaması
25
Test Değerlendirmesi
26
MTF – Zamana göre değişimi• Geniş zaman aralıklarında tekrar edilebilirlik• %50 noktasında MTF cov 17 aylık süreçte yaklaşık %3
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
MTF
(u)
spatial frequency (mm-1)
feb/05aug/05feb/06jul/06
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
MTF
(v)
spatial frequency (mm-1)
feb/05aug/05feb/06jul/06
Front-back Left-right
Marshall NW Early experience in the use of quantitative image quality measurements for the quality assurance of full field digital mammography x-ray systems Phys. Med. Biol. 52 (2007) 5545–5568 27
MTF – Hata örneği
gateline (front-back) dataline (left-right)
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 2 4 6 8 10 12 14 16M
TF(u
)frequency (mm-1)
Jun-04 Old Detector
Dec-04 Old detector
Feb-05 Old detector
Feb-05 New detector
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
MTF
(v)
frequency (mm-1)
Jun-04 Old Detector
Dec-04 Old detector
Feb-05 Old detector
Feb-05 New detector
Marshall NW Retrospective analysis of a detector fault for a full field digital mammography system Phys. Med. Biol. 51 (2006) 5655 - 5673
a-Se crystallization fault
28
NNPS
• 17 aylık süreçte değişim 4%• NNPS, MTF’e bağlı olduğu için dedektördeki
blurringe bağlı
1,0E-06
1,0E-05
0 1 2 3 4 5 6 7
NN
PS (m
m2 )
spatial frequency (mm-1)
feb/05aug/05dec/05feb/06aug/06
1,0E-06
1,0E-05
0 1 2 3 4 5 6 7
NN
PS (m
m2 )
spatial frequency (mm-1)
feb/05aug/05dec/05feb/06
`
DQE
• a-Se dedektör tabanlı sistem
• 17 aylık süreç• 1 mm-1 DQE’nin cov 7%
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 1 2 3 4 5 6 7
DQ
E(u)
spatial frequency (mm-1)
feb/05
aug/05
feb/06
jul/06
Özet
Matematiksel değerlendirme yöntemleri kullanarak:• bir sistemin görüntü kalitesinin zamana
göre değişiminin takibi• farklı sistemlerin görüntü kalitelerinin
karşılaştırılması
Bu yöntemlerin rutin kalite kontrol ölçümlerine dahil edilmesi
http://www.nukbilimler.ankara.edu.tr/
32
Radyolojik Görüntüleme Sistemlerinde Görüntü Kalitesinin Sayısal Olarak DeğerlendirilmesiAmaçSayısal DeğerlendirmeDeğerlendirmelerGenel ParametrelerArtefaklarSaçılmanın DeğerlendirilmesiSaçılma azaltma yöntemleriDQEModülasyon Transfer FonksiyonuStandartlarSTP DüzeltmesiModülasyon Transfer FonksiyonuModülasyon Transfer FonksiyonuKenar Dağılım Fonksiyonu (ESF)Kenar Dağılım Fonksiyonu (ESF)Kenar Dağılım Fonksiyonu (ESF)Kenar Dağılım Fonksiyonu (ESF)Çizgi Dağılım Fonksiyonu (LSF)MTFMTFNPSNPSNPSNPSTest DeğerlendirmesiMTF – Zamana göre değişimiMTF – Hata örneğiNNPSDQEÖzetSlayt Numarası 32