4-第四章 X线影像质量及评价(医学影像技术)
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第一节 X线影像质量评价概述 第二节 成像系统的特性参数 第三节 ROC及其应用
第一节 X线影像质量评价概述
X线发现100多年来，从传统的屏-片X线系统到新 型的数字X线成像设备，各种模拟和数字的医学成像系 统在临床上得到了广泛的应用，还有许多的新系统在研 制中。医学成像系统是一个复杂的系统，从信号（X线） 输入到最后医生观察解释的影像输出，整个过程涉及许 多物理过程。
f x f x 2
f
x
a0 2
an
n1
cos nx bn
sin nx
三角级数就叫傅立叶级数
3．傅立叶变换 傅立叶变换在数学中的定义非常严格，假设函数满足傅立
叶变换的条件，则其一维傅立叶变换为：
F f x e j2xdx
影像质量评价这一新的研究领域。
总结起来，主要的评价方法可分为 主观评价法（观察者性能） 客观评价法（物理参数法）
二者相结合的综合评价法。 早期的评价主要是对X线照片。近年来对数字成像系统 的成像性能和数字影像显示、打印设备的质量评价已成为 国际上研究的热点。
主观方法 分辨力 对比度-细节图 物理参数主观 视觉区别力
客观方法 （MTF）
噪声 信噪比 量子检出效率 照片对比度 剂量质量
观察者/诊断效能 观察者偏好 解剖的质量标准 视觉分级析 ROC和相关方法 诊断和治疗效果
诊断成像质量评价的方法
一、主观评价法
影像质量的主观评价，即依靠观察者（评价者） 的主观判断进行的评价，其评价结果受人（观察者） 的因素影响，不同的观察者得到的结果可能不尽相同， 甚至差别迥异，因而是不全面的。
傅立叶逆变换为：
f x F e j2x d
傅立叶变换的结果是一个复数表达式
F R jI
下式称为的傅立叶幅度谱
F R2 I 2
4．傅立叶变换的应用：
（1）利用傅立叶变换可以将信号分解为对应各个空间频率 的不同幅度、相位的信号，从而可以了解某个空间频率时 的信号情况，进而推断系统在该空间频率的响应性能。
二、客观评价法 所谓客观评价，就是用测定构成影像的一
些物理属性（参数）评价影像质量的方法。
1．RMS、WS 均方根值和维纳频谱是描述X线照片斑点 （噪声）特征的物理量。
2．调制传递函数 调制传递函数（modulation transfer function，MTF）MTF是描述成像系统分辨力特性的 重要参量。
1．周期函数 一个函数若对于一个常数X能满足式下式的关系，它就
叫周期函数。 X叫做周期。我们熟知的正弦函数和余弦函数都是周期
函数。
f x f x X
2．傅立叶级数
先介绍一个名词“三角级数”。凡由无限多个正弦函
数和余弦函百度文库相加起来、具有如下式形式的级数，就叫三
角级数。
a0 2
a1 cos x b1 sin x
a2 cos 2 x b2 sin 2 x
a3 cos 3x b3 sin 3x
an cos nx bn sin nx
若不等于0，而是和各个都等于0，这个级数就叫正弦
级数。
a0
2
an
n1
cos nx bn
sin nx
样，这种现象称为点扩散。
点光源的亮度分布
PSF的立体分布示意图
2．线扩散函数
线扩散函数（LSF）与PSF相似。实际情况是狭 缝像的亮度分布不均匀，沿垂直狭缝方向中心亮度 高，向两侧逐渐减小。这种现象称为线扩散。
线扩散的亮度分布剖面
线扩散函数立体示意图
3．扩散对影像质量的影响 综合到最终的影像上，扩散的效应是高能量降低，
1．对比度清晰度曲线图法 特点是以人的视觉能分辨 的影像细节评价影像质量，属于该类的还有解像力 法等。
2．模糊数学评价法 是随模糊数学的出现而发展起来 的评价方法。
3. ROC曲线法 受试者操作特性曲线，是一种基于统计决策理论
的评价方法。
现在ROC曲线分析已成为一种广泛使用的评价分 析方法。
还有高对比度极限分辨力和阈值对比度细节检出 力等参数。
3．NEQ、DQE 噪声等价量子数和量子检出效率 是20世纪60年代用于评价天体物理摄影系统成像
质量的物理量，20世纪70年代进入医学影像领域。 还有信-噪比（SNR）和特性曲线等。
三、综合评价
实际应用中，对医学影像的质量评价既可以用主观的 方法也可以用客观（物理）的方法。
在放射质量保证（quality assurance，QA）中，主观 评价因其固有的简单易行在临床中得到了较广泛应用， 而许多测试条件严格的客观方法也逐渐被接受。
第二节 成像系统的特性参数
一、输入输出特性 1．点扩散函数 点扩散函数（point spread function，PSF）
是描述成像系统特性的函数。 如果测量小孔像面上每一点的亮度，就会发现，像面上的亮 度分布不均匀，中心高，周边低。也就是说小孔像的亮度在 像面上发生了扩散，正如在疏松的纸上写字时墨水会湮开一
客观（物理）的方法往往有大量复杂的数学运算，应 用曾一度受到限制，随着计算机技术的不断发展，这一 问题已逐渐解决，大量的客观（物理）方法进入临床应 用。
所谓综合评价，按照QA和放射质量控制（QC） 的术语可叙述为：以诊断要求为依据，用物理参量作 为客观评价手段，以成像的技术条件作保证，三者有 机结合，而且注意尽量减少病人受检剂量的综合评价 影像质量的方法 。
低能量升高，整幅影像的对比度降低。
扩散对影像质量的影响
二、解像特性
（一）傅立叶变换 傅立叶变换是线性系统分析的一个有力工具，从某
种意义上说，傅立叶变换就好比我们的第二语言。能讲 两种语言的人常常会发现，在表达某种观点时，一种语 言可能比另一种语言优越。对系统的分析也是一样，有 时在不同的域中分析能达到好的效果。
第四章 X线影像质量及评价
本章学习目标 一、掌握内容 X线影像质量评价的概念；主观评价、客观评价及综
合评价的概念与常用参数。ROC曲线的概念、基本原理、 ROC曲线的制作。
二、熟悉内容 X线影像质量评价的发展过程及发展趋势。信号与系
统的概念。 三、了解内容 已淘汰的评价参数。国内外新进展。
本章所属章节
第一节 X线影像质量评价概述
X线发现100多年来，从传统的屏-片X线系统到新 型的数字X线成像设备，各种模拟和数字的医学成像系 统在临床上得到了广泛的应用，还有许多的新系统在研 制中。医学成像系统是一个复杂的系统，从信号（X线） 输入到最后医生观察解释的影像输出，整个过程涉及许 多物理过程。
f x f x 2
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cos nx bn
sin nx
三角级数就叫傅立叶级数
3．傅立叶变换 傅立叶变换在数学中的定义非常严格，假设函数满足傅立
叶变换的条件，则其一维傅立叶变换为：
F f x e j2xdx
影像质量评价这一新的研究领域。
总结起来，主要的评价方法可分为 主观评价法（观察者性能） 客观评价法（物理参数法）
二者相结合的综合评价法。 早期的评价主要是对X线照片。近年来对数字成像系统 的成像性能和数字影像显示、打印设备的质量评价已成为 国际上研究的热点。
主观方法 分辨力 对比度-细节图 物理参数主观 视觉区别力
客观方法 （MTF）
噪声 信噪比 量子检出效率 照片对比度 剂量质量
观察者/诊断效能 观察者偏好 解剖的质量标准 视觉分级析 ROC和相关方法 诊断和治疗效果
诊断成像质量评价的方法
一、主观评价法
影像质量的主观评价，即依靠观察者（评价者） 的主观判断进行的评价，其评价结果受人（观察者） 的因素影响，不同的观察者得到的结果可能不尽相同， 甚至差别迥异，因而是不全面的。
傅立叶逆变换为：
f x F e j2x d
傅立叶变换的结果是一个复数表达式
F R jI
下式称为的傅立叶幅度谱
F R2 I 2
4．傅立叶变换的应用：
（1）利用傅立叶变换可以将信号分解为对应各个空间频率 的不同幅度、相位的信号，从而可以了解某个空间频率时 的信号情况，进而推断系统在该空间频率的响应性能。
二、客观评价法 所谓客观评价，就是用测定构成影像的一
些物理属性（参数）评价影像质量的方法。
1．RMS、WS 均方根值和维纳频谱是描述X线照片斑点 （噪声）特征的物理量。
2．调制传递函数 调制传递函数（modulation transfer function，MTF）MTF是描述成像系统分辨力特性的 重要参量。
1．周期函数 一个函数若对于一个常数X能满足式下式的关系，它就
叫周期函数。 X叫做周期。我们熟知的正弦函数和余弦函数都是周期
函数。
f x f x X
2．傅立叶级数
先介绍一个名词“三角级数”。凡由无限多个正弦函
数和余弦函百度文库相加起来、具有如下式形式的级数，就叫三
角级数。
a0 2
a1 cos x b1 sin x
a2 cos 2 x b2 sin 2 x
a3 cos 3x b3 sin 3x
an cos nx bn sin nx
若不等于0，而是和各个都等于0，这个级数就叫正弦
级数。
a0
2
an
n1
cos nx bn
sin nx
样，这种现象称为点扩散。
点光源的亮度分布
PSF的立体分布示意图
2．线扩散函数
线扩散函数（LSF）与PSF相似。实际情况是狭 缝像的亮度分布不均匀，沿垂直狭缝方向中心亮度 高，向两侧逐渐减小。这种现象称为线扩散。
线扩散的亮度分布剖面
线扩散函数立体示意图
3．扩散对影像质量的影响 综合到最终的影像上，扩散的效应是高能量降低，
1．对比度清晰度曲线图法 特点是以人的视觉能分辨 的影像细节评价影像质量，属于该类的还有解像力 法等。
2．模糊数学评价法 是随模糊数学的出现而发展起来 的评价方法。
3. ROC曲线法 受试者操作特性曲线，是一种基于统计决策理论
的评价方法。
现在ROC曲线分析已成为一种广泛使用的评价分 析方法。
还有高对比度极限分辨力和阈值对比度细节检出 力等参数。
3．NEQ、DQE 噪声等价量子数和量子检出效率 是20世纪60年代用于评价天体物理摄影系统成像
质量的物理量，20世纪70年代进入医学影像领域。 还有信-噪比（SNR）和特性曲线等。
三、综合评价
实际应用中，对医学影像的质量评价既可以用主观的 方法也可以用客观（物理）的方法。
在放射质量保证（quality assurance，QA）中，主观 评价因其固有的简单易行在临床中得到了较广泛应用， 而许多测试条件严格的客观方法也逐渐被接受。
第二节 成像系统的特性参数
一、输入输出特性 1．点扩散函数 点扩散函数（point spread function，PSF）
是描述成像系统特性的函数。 如果测量小孔像面上每一点的亮度，就会发现，像面上的亮 度分布不均匀，中心高，周边低。也就是说小孔像的亮度在 像面上发生了扩散，正如在疏松的纸上写字时墨水会湮开一
客观（物理）的方法往往有大量复杂的数学运算，应 用曾一度受到限制，随着计算机技术的不断发展，这一 问题已逐渐解决，大量的客观（物理）方法进入临床应 用。
所谓综合评价，按照QA和放射质量控制（QC） 的术语可叙述为：以诊断要求为依据，用物理参量作 为客观评价手段，以成像的技术条件作保证，三者有 机结合，而且注意尽量减少病人受检剂量的综合评价 影像质量的方法 。
低能量升高，整幅影像的对比度降低。
扩散对影像质量的影响
二、解像特性
（一）傅立叶变换 傅立叶变换是线性系统分析的一个有力工具，从某
种意义上说，傅立叶变换就好比我们的第二语言。能讲 两种语言的人常常会发现，在表达某种观点时，一种语 言可能比另一种语言优越。对系统的分析也是一样，有 时在不同的域中分析能达到好的效果。
第四章 X线影像质量及评价
本章学习目标 一、掌握内容 X线影像质量评价的概念；主观评价、客观评价及综
合评价的概念与常用参数。ROC曲线的概念、基本原理、 ROC曲线的制作。
二、熟悉内容 X线影像质量评价的发展过程及发展趋势。信号与系
统的概念。 三、了解内容 已淘汰的评价参数。国内外新进展。
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