CÁC PHƯƠNG PHÁP cơ bản để đặc TRƯNG và ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HÌNH ẢNH

A CÁC PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN ĐỂ ĐẶC TRƯNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HÌNH ẢNH Có hai phương pháp để xác định đặc tính đánh giá chất lượng hình ảnh Đầu tiên đặc tính vật lý đo lường định lượng tính tốn cho hình ảnh hệ thống hình ảnh Ba đặc điểm sử dụng cho chất lượng hình ảnh y học hạt nhân (1) độ phân giải không gian (chi tiết độ sắc nét), (2) độ tương phản (sự khác biệt mật độ cường độ hình ảnh khu vực đối tượng chụp ảnh có chứa nồng độ phóng xạ khác nhau) (3 ) tiếng ồn (tiếng ồn thống kê gây dao động ngẫu nhiên phân rã phóng xạ, tiếng ồn có cấu trúc, ví dụ, tạo tác dụng cụ) Mặc dù chúng mơ tả ba khía cạnh khác chất lượng hình ảnh, ba yếu tố khơng thể coi thơng số hồn tồn độc lập cải tiến số chúng thường có với chi phí suy giảm nhiều yếu tố khác Ví dụ, độ phân giải ống chuẩn trực cải thiện thường liên quan đến việc đánh đổi hiệu suất ống chuẩn trực giảm (xem Chương 14, Phần C) đó, tốc độ đếm giảm nhiễu thống kê hình ảnh tăng Phương pháp thứ hai để mô tả đặc điểm đánh giá chất lượng hình ảnh nghiên cứu hiệu suất người quan sát cách sử dụng hình ảnh thu hệ thống hình ảnh khác điều kiện hình ảnh khác Mặc dù hiệu suất người quan sát mơ tả cách khách quan chắn có liên quan đến phép đo vật lý chất lượng hình ảnh mơ tả trước đó, mối quan hệ khơng thiết lập tốt phức tạp hệ thống thị giác người yếu tố phức tạp khác, chẳng hạn kinh nghiệm người quan sát Do đó, hai phương pháp, có liên quan, độc lập Một cách tiếp cận liên quan, gọi nghiên cứu hiệu suất người quan sát máy tính, sử dụng mơ hình tốn học điều kiện thích hợp dự đoán hiệu suất người quan sát người sử dụng làm đại diện cho nghiên cứu người quan sát thực tế Bởi nghiên cứu máy tính người u cầu số lượng hình ảnh lớn tốn thời gian, nhà quan sát máy tính thường thực tế Chi tiết liên quan đến mơ hình quan sát máy tính nằm ngồi phạm vi văn độc giả quan tâm tham khảo tài liệu tham khảo để biết thêm thông tin B ĐỘ PHÂN GIẢI KHÔNG GIAN Các yếu tố ảnh hưởng đến độ phân giải không gian Độ phân giải không gian đề cập đến độ sắc nét chi tiết hình ảnh, khả cơng cụ hình ảnh để cung cấp độ sắc nét chi tiết Các hình ảnh mẫu trình bày Chương 13 14 chứng minh hình ảnh y học hạt nhân có độ phân giải khơng gian hạn chế phần nào, so với hình ảnh chụp ảnh chụp ảnh phóng xạ Một số yếu tố góp phần làm cho hình ảnh thiếu độ sắc nét Độ phân giải chuẩn trực có lẽ yếu tố hạn chế chuẩn trực hấp thụ sử dụng để địa hóa khơng gian (Chương 14, Phần C) Bởi đường kính lỗ chuẩn trực phải tương đối lớn (để có hiệu chuẩn trực hợp lý), hình ảnh bị mờ phải lớn đường kính lỗ (Cơng thức 14-6) Độ phân giải chuẩn trực phụ thuộc vào khoảng cách dị nguồn (Hình 14-16 đến 14-22) Lưu ý độ phân giải ống chuẩn trực yếu tố hình ảnh chụp cắt lớp phát xạ positron (PET), sử dụng phát trùng hợp triệt tiêu để định vị không gian (Chương 18, Phần A) Yếu tố thứ hai độ phân giải nội máy dị hình ảnh Với máy ảnh gamma, hạn chế chủ yếu phát sinh khác mặt thống kê phân bố photon ánh sáng ống nhân quang (Chương 14, Phần A.1) Độ phân giải bên hàm lượng tia với máy ảnh gamma, trở nên lượng tia giảm dần (Hình 14-2) Đối với thiết bị hình ảnh có phần tử máy dò rời rạc, chẳng hạn nhiều hệ thống PET (xem Chương 18, Phần A.3), kích thước phần tử máy dò riêng lẻ định phần lớn độ phân giải nội thiết bị Độ sắc nét hình ảnh bị ảnh hưởng chuyển động bệnh nhân Hình 15 cho thấy hình ảnh bóng ma não thu có khơng có chuyển động Chuyển động hơ hấp tim đặc biệt rắc rối thời gian chụp ảnh dài cần thiết y học hạt nhân chuyến du ngoạn khoảng cách tương đối lớn (2-3 cm) xảy trường hợp Các kỹ thuật hình ảnh theo dõi (xem Chương 20, Phần A.4) sử dụng để giảm thiểu tượng nhòe chuyển động, đặc biệt nghiên cứu tim Giữ thở sử dụng để giảm thiểu tượng mờ chuyển động hơ hấp Hệ thống hình ảnh y học hạt nhân thu nhận liệu ma trận vị trí pixel rời rạc, dẫn đến hiệu ứng pixel hóa hình ảnh Như thảo luận Chương 20, kích thước pixel rời rạc đặt giới hạn độ phân giải không gian hình ảnh Nói chung, bạn nên có hai pixel chiều rộng đầy đủ độ phân giải hệ thống tối đa nửa (FWHM) để tránh tạo hiệu ứng pixel gây tập trung làm chi tiết hình ảnh Đứng im Chuyển động HÌNH 15-1 Hình ảnh phantom não thu bóng ma đứng yên (trái) với phép tịnh tiến ngẫu nhiên (vài mm) quay (vài độ) (phải) trình chụp ảnh, thể hiệu ứng làm mờ chuyển động Phương pháp đánh giá độ phân giải không gian Độ phân giải khơng gian đánh giá phương tiện chủ quan khách quan Có thể đánh giá chủ quan cách kiểm tra trực quan hình ảnh bóng ma quan nhằm mơ hình ảnh lâm sàng (ví dụ, bóng ma não Hình 15-1) Mặc dù họ cố gắng chiếu “những bác sĩ muốn nhìn thấy”, bóng ma nội tạng khơng hữu ích cho việc so sánh định lượng độ phân giải hệ thống kỹ thuật hình ảnh khác Ngồi ra, tính chất chủ quan việc đánh giá, người quan sát khác đưa cách giải thích khác chất lượng hình ảnh so sánh Một bóng ma sử dụng để kiểm tra khách quan độ phân giải không gian thể Hình 15-2 Phantom cấu tạo từ dải chì vonfram, thường bọc giá đỡ nhựa Các dải có chiều rộng khoảng cách chúng sử dụng Ví dụ: "mẫu mm" bao gồm dải rộng mm phân tách từ cạnh sang cạnh khác khoảng cách mm Bóng ma bốn góc phần tư thể Hình 15-2 có bốn chiều rộng khoảng cách dải khác Để đánh giá độ phân giải nội máy ảnh gamma, bóng ảo đặt trực tiếp máy dị không tráng phủ chiếu xạ với trường xạ đồng nhất, thường nguồn phóng xạ điểm khoảng cách vài mét từ máy dò Để đánh giá độ phân giải máy chuẩn trực, bóng ma đặt trực tiếp máy dò chuẩn trực chiếu xạ với nguồn điểm khoảng cách vài mét, với nguồn phóng xạ dạng đặt sau bóng ảo Độ phân giải khơng gian thể dạng mẫu nhỏ nhìn thấy hình ảnh Có số tính chủ quan định việc đánh giá, không nhiều với Phantom quan Để đánh giá độ phân giải không gian với bóng ma thanh, người ta phải đảm bảo độ dày dải chì đủ để chúng không suốt tia chụp ảnh Nếu khơng, hình ảnh độ tương phản hình ảnh thử nghiệm độ phân giải khơng gian thiết bị hình ảnh Đối với 99mTc (140 keV) phát tia γ lượng thấp tương tự, độ dày giá trị thứ mười chì xấp xỉ mm nhỏ hơn, 131I (364 keV), photon hủy (511 keV), v.v., chúng theo thứ tự cm (xem Bảng 6-4) Hầu hết Phantom dạng có sẵn thị trường thiết kế cho 99mTc khơng thích hợp để sử dụng với phát tia γ lượng cao Một cách tiếp cận định lượng để đánh giá độ phân giải không gian sử dụng hàm trải rộng điểm (PSF) hàm trải rộng đường (LSF) Các phương pháp chung để ghi lại chức mô tả Chương 14, Phần E.2 Ví dụ LSF thể Hình 17-8 máy ảnh chụp cắt lớp vi tính phát xạ đơn photon (SPECT) Hình 18-5 hệ thống PET Mặc dù hồ sơ hồn chỉnh cần thiết để mơ tả đầy đủ độ phân giải không gian, phần đặc điểm kỹ thuật cung cấp FWHM (Hình 14-15) FWHM thông số kỹ thuật hồn chỉnh PSF LSF có hình dạng khác có FWHM (Ví dụ, so sánh hình dạng khác Hình 18-5 18-7) Tuy nhiên, FWHM hữu ích để so sánh chung thiết bị kỹ thuật hình ảnh Nói cách đại khái, FWHM PSF LSF thiết bị hình ảnh có chiều rộng xấp xỉ 1,4-2 lần chiều rộng mẫu phân giải nhỏ (Hình 15-3) Vì vậy, thiết bị có FWHM cm phân giải mẫu từ đến mm Trong hầu hết trường hợp, nhiều yếu tố góp phần vào độ phân giải khơng gian làm mờ hình ảnh Phương pháp kết hợp FWHM cho độ phân giải nội chuẩn trực để có FWHM hệ thống tổng thể thảo luận Chương 14, Phần C.4 Phụ lục G Nói chung, hệ thống có n yếu tố thành phần mà yếu tố đóng góp độc lập vào việc làm mờ, riêng lẻ đặc trưng FWHM1, FWHM2 , ., FWHMn, FWHM cho hệ thống cung cấp HÌNH 15-2 Thiết kế (trái) hình ảnh camera gamma (phải) ảo bốn góc phần tư sử dụng để đánh giá độ phân giải không gian vật Đáp ứng tần số thấp tốt cần thiết để phác thảo chi tiết thơ hình ảnh quan trọng để trình bày phát tổn thương tương đối lớn có độ tương phản thấp Đáp ứng tần số cao tốt cần thiết để khắc họa chi tiết đẹp góc cạnh sắc nét Điều có tầm quan trọng rõ ràng đối tượng nhỏ đối tượng lớn tầm quan trọng cạnh đường viền sắc nét để phát đối tượng có độ tương phản thấp để đánh giá xác kích thước hình dạng chúng Hình 15-6 minh họa số đường cong MTF điển hình cho máy chuẩn trực máy ảnh gamma Các đường cong MTF có giá trị gần thống tần số thấp giảm nhanh tần số cao Do đó, hình ảnh phân bố hạt nhân phóng xạ thu máy chuẩn trực cho thấy chi tiết thô phân bố cách trung thực chi tiết nhỏ Độ sắc nét cạnh, chức giá trị MTF tần số cao, bị suy giảm Loại hiệu suất đặc trưng hệ thống đánh giá ảo hóa khơng có hạt nhân Cũng lưu ý đường cong MTF tần số cao giảm nhanh tăng khoảng cách từ nguồn đến ống chuẩn trực Đường cong MTF mơ tả hồn tồn theo cách định lượng độ phân giải không gian hệ thống hình ảnh cho chi tiết thơ tinh Hình ảnh mẫu đối tượng thử nghiệm tương tự mang tính định lượng để định độ phân giải giới hạn hệ thống hình ảnh, ví dụ, khoảng cách mẫu tối thiểu phân giải Hình ảnh dạng đường cong MTF liên quan với cách bán định lượng cách lưu ý tần số khơng gian mẫu có chiều rộng khoảng trống x cm chu kỳ 2x cm Do đó, "mẫu mm" có tần số khơng gian chu kỳ cm (một vạch khoảng trắng cm) Nói cách đại khái, mẫu khơng cịn hiển thị MTF cho tần số khơng gian chúng giảm xuống giá trị xấp xỉ 0,1 Do đó, đường cong MTF sử dụng để ước tính mẫu phân giải tối thiểu cho hệ thống hình ảnh HÌNH 15-6 Các đường cong hàm truyền điều chế cho chuẩn trực lỗ song song điển hình cho khoảng cách từ nguồn đến chuẩn trực khác Trong thực tế, MTF không xác định cách sử dụng phân bố hoạt động hình sin, minh họa Hình 15-5, điều khó xây dựng Thay vào đó, chúng thu thập phân tích tốn học LSF PSF Cụ thể, MTF hệ thống hình ảnh bắt nguồn từ phép biến đổi Fourier (FT) LSF PSF * FT chiều (1-D) LSF MTF hệ thống đo theo hướng hồ sơ, nghĩa là, vng góc với nguồn dịng Tương tự, 1-D FT cấu hình ghi qua trung tâm PSF cung cấp cho MTF hệ thống theo hướng cấu hình Ngồi ra, 2-D FT PSF 2-D cung cấp MTF 2-D sử dụng để xác định đáp ứng tần số hệ thống góc độ so với máy dị hình ảnh Điều đơi hữu ích cho hệ thống hình ảnh có đặc điểm phân giải khơng gian khơng đối xứng, chẳng hạn mảng máy dị có phần tử hình chữ nhật Một số mảng máy dị PET có đặc tính (xem Chương 18, Phần B) Cũng lấy biểu diễn 3-D MTF từ tập liệu 3-D hoàn chỉnh cho PSF Điều có khả hữu ích cho việc mơ tả độ phân giải không gian dụng cụ chụp ảnh đồ họa theo ba hướng không gian Lưu ý trường hợp, đường kính chiều rộng nguồn phải nhỏ nhiều so với khả phân giải thiết bị hình ảnh (d FWHM  / 4) Các thảo luận bổ sung phép đo MTF đặc tính chúng tìm thấy tài liệu tham khảo Một tính hữu ích khác MTF chúng xác định cho thành phần khác hệ thống hình ảnh sau kết hợp để xác định MTF hệ thống Tính cho phép người ta dự đoán tác động thành phần riêng lẻ hệ thống lên MTF hệ thống tổng thể Ví dụ, người ta lấy MTF cho độ phân giải nội máy dò camera Anger, MTFint (k), MTF khác cho máy chuẩn trực, MTFcoll (k) Sau đó, MTF hệ thống thu cách nhân điểm MTF nội chuẩn trực giá trị k: Nói chung, MTF hệ thống sản phẩm MTF thành phần Nếu hai hệ thống có đường cong MTF có hình dạng chung, người ta dự đốn cách tự tin hệ thống có giá trị MTF cao có độ phân giải khơng gian cao hơn; nhiên, tình hình phức tạp so sánh hai hệ thống có đường cong MTF có hình dạng khác Ví dụ, Hình 15-7 cho thấy đường cong MTF cho hai ống chuẩn trực, số tốt để hình dung cấu trúc lớn có độ tương phản thấp (tần số thấp), lại cho chi tiết tốt (tần số cao) Để có ấn tượng chất lượng hình ảnh so sánh tình này, người ta phải đánh giá bóng ma nội tạng hình ảnh bệnh nhân thực tế thu ống chuẩn trực HÌNH 15-7 Các đường cong hàm truyền điều chế (MTF) cho hai chuẩn trực khác Một có độ phân giải tần số thấp tốt cho chi tiết thô (đường màu xanh lam), tốt cho chi tiết nhỏ (đường màu cam) C ĐỘ TƯƠNG PHẢN Độ tương phản hình ảnh đề cập đến khác biệt cường độ phần hình ảnh tương ứng với mức độ hấp thụ phóng xạ khác bệnh nhân Trong y học hạt nhân, thành phần độ tương phản hình ảnh xác định đặc tính dược phẩm phóng xạ Nói chung, nên sử dụng tác nhân có tỷ lệ hấp thu nồng độ tổn thương cao Một số khía cạnh thiết kế thuốc phóng xạ ảnh hưởng đến vấn đề thảo luận Chương 5, Phần F Các yếu tố vật lý liên quan đến việc hình thành hình ảnh ảnh hưởng đến độ tương phản Nói chung, yếu tố ảnh hưởng đến độ tương phản y học hạt nhân ảnh hưởng đến mức nhiễu thống kê hình ảnh Cụ thể hơn, chúng ảnh hưởng đến tỷ lệ tương phản nhiễu (CNR), thảo luận chi tiết phần Ở tập trung vào số yếu tố ảnh hưởng đến độ tương phản Định nghĩa chung độ tương phản tỷ lệ thay đổi tín hiệu đối tượng quan tâm, chẳng hạn vết thương, so với mức tín hiệu phần xung quanh hình ảnh Do đó, Ro tốc độ đếm mơ bình thường Rt tốc độ đếm tổn thương, độ tương phản tổn thương định nghĩa ΔRl thay đổi tốc độ đếm tổn thương so với xung quanh * Độ tương phản biểu thị phần trăm, ví dụ, Cl = 0,1 = “độ tương phản 10%” Có lẽ yếu tố ảnh hưởng đến độ tương phản tỷ lệ đếm thêm vào xếp chồng lên nhiều cách đồng phân bổ hoạt động quan tâm Ví dụ: giả sử trường hợp khơng có đếm đối tượng định (ví dụ: vết thương) có độ tương phản nội xác định Cơng thức 15-6 Giả sử tốc độ đếm thống Rb chồng lên hình ảnh (Hình 15-8) HÌNH 15-8 Ảnh hưởng đến độ tương phản hình ảnh thêm tốc độ đếm Rb Sau đó, tương phản tổn thương trở thành So sánh dòng cuối phương trình 15-7 với phương trình 15-6, thấy độ tương phản bị giảm hệ số bổ sung Rb / Ro mẫu số D NHIỄU Các loại nhiễu hình ảnh Nhiễu hình ảnh nói chung đặc trưng ngẫu nhiên có cấu trúc Nhiễu ngẫu nhiên đề cập đến xuất lốm đốm hình ảnh y học hạt nhân gây biến thể thống kê ngẫu nhiên tốc độ đếm (Chương 9) Đây yếu tố quan trọng hình ảnh y học hạt nhân thảo luận chi tiết phần Tiếng ồn có cấu trúc đề cập đến biến thể phi nguyên tử tốc độ đếm chồng lên gây trở ngại cho nhận thức cấu trúc đối tượng quan tâm Một số loại nhiễu có cấu trúc phát sinh từ phân bố hạt nhân phóng xạ Ví dụ, hình ảnh phẳng, hấp thu xương sườn chồng lên hình ảnh tim nghiên cứu để phát nhồi máu tim với pyrophosphat đánh dấu 99mTc Sự hấp thụ ruột thể loại tiếng ồn có cấu trúc nghiên cứu để phát tình trạng viêm áp xe với 67Ga Tiếng ồn có cấu trúc phát sinh từ vật hệ thống hình ảnh Sự khơng đồng hình ảnh máy ảnh gamma (xem Hình 14-10) ví dụ Các vật "vòng" "vệt" khác tạo trình chụp cắt lớp tái tạo vật khác (ví dụ: xem Hình 16-11 16-13) Nhiễu ngẫu nhiên Tỷ lệ tương phản nhiễu Nhiễu ngẫu nhiên, gọi nhiễu thống kê mô tơ lượng tử, diện khắp nơi hình ảnh y học hạt nhân Ngay kích thước đối tượng lớn đáng kể so với độ phân giải không gian giới hạn hình ảnh, nhiễu thống kê làm giảm khả phát hiện, đặc biệt đối tượng có độ tương phản thấp Tham số quan trọng cho khả phát CNR đối tượng ảnh Trong phần thảo luận sau đây, chúng tơi trình bày phân tích số minh họa ảnh hưởng CNR khả phát đối tượng ảnh hạt nhân phẳng 2-D Giả sử hình ảnh 2-D chứa tổn thương hình trịn vùng Al có độ tương phản Cl (Cơng thức 15-6) với tốc độ đếm đồng nhất, Ro (cps / cm2) Số lần đếm ghi lại vùng có kích thước với tổn thương thời gian chụp ảnh, t, dl đường kính tổn thương Sự thay đổi thống kê số lượng vùng có kích thước Al Do đó, độ lệch chuẩn phân số phép đếm biến thể thống kê ngẫu nhiên Như ký hiệu Công thức 15-10, hệ số coi “độ tương phản nhiễu” cho vùng hình trịn có đường kính dl vùng hình ảnh Tỷ lệ tương phản tổn thương độ tương phản nhiễu định nghĩa CNRl chúng tơi sử dụng xấp xỉ π / ≈ Đại lượng IDo = (Ro × t) mật độ thơng tin ảnh có đơn vị (đếm / cm2) Giá trị tuyệt đối độ tương phản, | C|,được sử dụng Công thức 15-11 để áp dụng cho độ tương phản dương âm Để phát tổn thương đối tượng khác ảnh, người quan sát phải có khả phân biệt tổn thương đối tượng mẫu tương phản tạo nhiễu vùng có kích thước ảnh Một số lượng lớn nghiên cứu vào chủ đề Kết luận là, để phát được, CNR đối tượng phải vượt 3-5 Yếu tố gọi tiêu chí Rose, theo tên cá nhân nghiên cứu chủ đề này.4 Giá trị thực tế phụ thuộc vào kích thước hình dạng đối tượng, độ sắc nét cạnh, khoảng cách xem, trải nghiệm người quan sát, v.v Chọn hệ số 4, yêu cầu khả phát trở thành CNR≥  Công thức 15-11 viết dạng Cơng thức 15-12 áp dụng cho điều kiện lý tưởng vật thể hình trịn nhiều so với nhiễu khơng có cấu trúc tương đối đồng Những điều kiện áp dụng y học hạt nhân Tuy nhiên, phương trình sử dụng để hiểu rõ khả phát tổn thương yếu tố ảnh hưởng đến .. .Phương pháp thứ hai để mô tả đặc điểm đánh giá chất lượng hình ảnh nghiên cứu hiệu suất người quan sát cách sử dụng hình ảnh thu hệ thống hình ảnh khác điều kiện hình ảnh khác Mặc... định lượng độ phân giải hệ thống kỹ thuật hình ảnh khác Ngồi ra, tính chất chủ quan việc đánh giá, người quan sát khác đưa cách giải thích khác chất lượng hình ảnh so sánh Một bóng ma sử dụng để. .. giải khơng gian đánh giá phương tiện chủ quan khách quan Có thể đánh giá chủ quan cách kiểm tra trực quan hình ảnh bóng ma quan nhằm mơ hình ảnh lâm sàng (ví dụ, bóng ma não Hình 15-1) Mặc dù