数字X射线影像的质量控制

meddev

      随着数字影像设备的广泛普及，对这些影像质量的控制也就显得优为重要，本文主要从图像的后处理技术参数方面（对比度、亮度调节；边缘增强技术；对比度、宽容度调节等），阐述这些技术参数对图像质量的影响。
      与数字X线影像质量有密切关系的主要是对比度、锐利度和宽容度这三个方面的因素。各大公司也主要是基于这三个方面开发的相应的图像后处理软件，对比度－亮度调节和边缘强化处理是所有图像后处理软件都具有的基本功能，在对比度－宽容度调节功能的实现上，不同公司开发有不同名称的软件，如Kodak开发了EVP软件，GE 开发有组织均衡软件，这种软件在初期都是单独出售的，目前是作为系统的标准配置的。有了这些软件，可以完成数字X线图像的各个方面的调节。
1   对比度
      这里的对比度是指照片对比度，是胶片对比度对射线对比度的放大结果，数字图像通过干式成像相机打印成照片，干式相机有自己的成像特性曲线(针对不同设备可以设置不同的亮度－对比度曲线)，一般都调节到所见即所得（即图像工作站所见与打印出的照片影像是一致的），工作站所见的图像的对比度是将设定的相关检查部位的对比度参数应用到原始图像上的结果，原始图像的对比度即射线对比度，这主要与成像设备及被检体有关，成像设备的DQE越高，说明设备对低X线剂量的敏感性越高，影像的密度分辨率（低对比分辨率）越高，而与后处理的参数条件无关。对原始图像进行灰度转换，利用LUT表，可以得到良好对比度和亮度的图像，应用在原始图像上的对比度参数是可以调节的，这些参数有最大密度（远右点）、最小密度（远左点）、左点、右点等。左点和右点连接，即平均对比度（类似屏－片系统的平均斜率）；远左点和左点的连线，调节趾部；右点和远右点的连线，调节肩部的曲线。利用这4个点(左点,右点表示密度)来建立查对表(LUT) ，基于左点lp(低密度)和右点rp(高密度),计算对应的点构成亮度曲线(Brightness)；根据亮度曲线绘出对应的光度值曲线(luminance)；根据光度值绘出对应的胶片密度曲线(film density)；最后创建出趾部和肩部并添加到该曲线上，其中远左点和远右点分别接近最小密度,最高密度点。对这部分的调节，不同公司有不同的软件名称，可调节的参数量也可多可少，如Kodak的PTONE，可调节的参数较多，GE公司只有对比度和亮度调节的百分比。这些参数的调节一般由系统管理员负责，各公司都会提供一套优化的参数，但由于X线设备的差异以及个人视觉的差别，往往需要对这些参数进行再调节，达到最优化。
2         锐利度
      若从医学影像上去识别正常或异常解剖组织,在很大程度上要依赖物体边缘的清晰度。照片上两个相临的X线吸收不同的组织影像，其边界明了的程度即锐利度。它是建立在对比度的基础上的，如果相邻两部分密度差越大，其转变过程越明确，即密度移行距离越短，则影像锐利度越高。边缘增强技术就是通过提高相关组织结构边缘的对比，使得相邻两部分组织的密度差加大，来帮助阅片者获取更多的细节。为了进行边缘锐化增强，首先要确定边界在何处，利用灰度梯度的概念可以确定边界点，所谓灰度梯度就是指相邻象素的灰度差，在边界处的象素，其灰度梯度大，反之其象素灰度梯度小，甚至为零（均匀图像）。先用一个合适的模板对一幅图像运算，求出各象素的灰度梯度，形成一幅灰度梯度图，再设定一个条件，满足该条件的象素为边界点（如设定一个阈值，取灰度梯度大于该阈值的象素为边界点），形成一幅边界点图，根据边界点形成连续的边界。改变边界组织结构像素的值，令它 们的对比差异增大。边缘增强技术可应用于各检查部位，但针对不同的检查目的，应有不同的增益幅度，如胸部常规检查，主要观察肺组织时，增益较小，而主要观察肋骨时，增益应加大；四肢骨骼影像的增益也较大。不同的公司有不同的调节参数，如GE的DR的增益幅度为0－9；Kodak的增益幅度为＋4到—4，还可调节内核大小，用于确定物体界限的范围（即针对细微结构还是较大的区域进行增强）。应用边缘增强技术，不可避免地带来背景噪声的增加，过度的增强，将掩盖影像的一些细微结构，使得这些细微结构不容易从背景中区分开来。边缘增强技术是改变边缘组织的象素值，但不会改变象素在影像中的位置。
3         宽容度
      数字X线摄影的曝光宽容度是相当大的，一般都在1比1万以上，也即在设备能区分的最小剂量和最大剂量之间，取任何曝光量都可以形成清晰的影像，这是普通屏－片系统所无法比的。但需要在同一幅影像内显示两种组织密度相差较大的组织时，同样会出现顾此失彼的现象，如全足摄影不能既显示足趾骨，又清晰显示跗骨；胸部摄影不能既看肺组织影，又看纵隔影像等。
      将一幅影像分为高频和低频信号两部分，组织密度较低的影像部分，信号频率较低；反之高密度的影像部分，信号频率较高。为增加图像显示的宽容度，分别对高频和低频信号进行范围和增益的处理。不同公司有不同的算法和可调节参数，如GE的DR根据公式Eout = a EL + b EH来调节，高频率信号和低频率信号的和不能大于100％，增益幅度在0到100％之间，如胸部摄影为显示纵隔影像，可将高频信号范围加大到50％左右，增益加大到60%左右；骨盆影像的高频信号范围50％，增益幅度加大到90％，能很好地显示软组织、髂翼及腰骶部分影像。GE公司对该技术处理软件名称为组织均衡；Kodak的软件名称为EVP
      Kodak的处理公式为Eout’ = [a (EL - Emid) + Emid ] + b EH  
      a为EVP增益，其值在1到15之间，a＝1时，EVP处理取消，a值越大，处理效果越明显。目前这两款软件都是作为设备的标准配置来使用的。可以适用于各个检查部位，尤其适合于既要看软组织像，又要看骨骼像的部位，在使用时需注意，其增益幅度不能太大，否则会出现类似雕版的效果图，另外诊断医生对此类图像需要一个适应的过程。
    一般通过上述三个部分的调节处理，可以得到满意的对比度、锐利度和较宽的显示范围的图像。

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