王甜甜，李國(guó)俠，龐浩，包百鳴

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院器材科，湖北 武漢 430030

CT系統(tǒng)MT F自適應(yīng)測(cè)量方法

王甜甜，李國(guó)俠，龐浩，包百鳴

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院器材科，湖北 武漢 430030

目的 在調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）的測(cè)量中自動(dòng)檢測(cè)點(diǎn)擴(kuò)展區(qū)域中心點(diǎn)位置，可避免手動(dòng)選點(diǎn)的隨意性及噪聲對(duì)最大CT值的影響。方法 根據(jù)點(diǎn)擴(kuò)展區(qū)域是圓形的特征，通過(guò)圖像處理方法分割出圓形區(qū)域，再利用數(shù)學(xué)變換的方法找出中心點(diǎn)位置，繪制MTF曲線。結(jié)果 自動(dòng)檢測(cè)中心點(diǎn)位置的方法簡(jiǎn)化了CT系統(tǒng)評(píng)估的檢測(cè)流程，得到了正確、穩(wěn)定的中心點(diǎn)位置，并測(cè)得了統(tǒng)一的MTF曲線。結(jié)論 本文提出的MTF自適應(yīng)測(cè)量方法準(zhǔn)確有效，為CT系統(tǒng)評(píng)估帶來(lái)了方便。

CT機(jī)；調(diào)制傳遞函數(shù)；空間分辨率；CT系統(tǒng)評(píng)估

0 前言

調(diào)制傳遞函數(shù)（Modulation Transfer Function，MTF）能夠通過(guò)輸出的正弦信號(hào)的調(diào)制與輸入的正弦信號(hào)的調(diào)制的比值來(lái)定量客觀地描述系統(tǒng)空間分辨能力[1]，了解系統(tǒng)的MTF對(duì)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的性能設(shè)置具有重要意義[2]。

空間分辨率是CT檢測(cè)中重要的指標(biāo)之一，主要有兩類(lèi)檢測(cè)方法，一類(lèi)是利用體模的線對(duì)法和圓孔法，另一類(lèi)就是MTF法[3]。線對(duì)法和圓孔法雖然方便，但卻受測(cè)試者主觀因素影響大，容易造成測(cè)試者意見(jiàn)不統(tǒng)一，所以在技術(shù)性測(cè)試中，一般采用客觀的MTF法[4]。MTF也可表示成系統(tǒng)對(duì)于點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)（PSF）的二維傅式變換[5]，即MTF=FT(PSF)。實(shí)際系統(tǒng)的測(cè)量是以細(xì)絲模型的點(diǎn)函數(shù)作為系統(tǒng)的點(diǎn)輸入，細(xì)絲的材料必須是吸收系數(shù)較大的金屬線，具有極高的射線衰減能力[6]。

在MTF的計(jì)算中，PSF數(shù)據(jù)應(yīng)該具有對(duì)稱(chēng)性，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行填補(bǔ)和截尾等對(duì)稱(chēng)化處理，定位出PSF的中心位置，作為傅里葉變換的坐標(biāo)原點(diǎn)。目前對(duì)于PSF的中心位置確定，多采用手動(dòng)選取方法或最大CT值方法。而手動(dòng)選取的隨意性造成中心點(diǎn)偏移會(huì)對(duì)MTF產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致最終結(jié)果不能統(tǒng)一[7-8]；最大CT值方法易受噪聲影響，使得中心點(diǎn)以外一些像素點(diǎn)的CT值高于中心點(diǎn)，導(dǎo)致最大CT值所對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)位于偏離點(diǎn)擴(kuò)展圓中心點(diǎn)的位置，從而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果錯(cuò)誤。本文提出了一種MTF自適應(yīng)測(cè)量方法,即可自動(dòng)檢測(cè)點(diǎn)擴(kuò)展區(qū)域中心點(diǎn)位置的算法，以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

1 自動(dòng)檢測(cè)中心點(diǎn)方法

改進(jìn)的自動(dòng)檢測(cè)中心點(diǎn)位置的算法流程，見(jiàn)圖1。具體步驟：① 在原始圖片中截取一個(gè)背景均勻、包含點(diǎn)擴(kuò)展圓的感興趣區(qū)域（ROI）；② 由于ROI太小不方便分析，所以將ROI進(jìn)行放大；③ 分析ROI區(qū)域的直方圖，迭代運(yùn)算出合適的閾值，從而對(duì)ROI實(shí)現(xiàn)二值化，分割出點(diǎn)擴(kuò)展區(qū)域（點(diǎn)擴(kuò)展區(qū)域是呈圓形的，中心位置即為點(diǎn)擴(kuò)展圓的圓心）；④ 對(duì)點(diǎn)擴(kuò)展圓進(jìn)行邊界跟蹤，然后利用Hough變換得到ROI中點(diǎn)擴(kuò)展圓圓心的坐標(biāo)；⑤ 將檢測(cè)到的圓心坐標(biāo)經(jīng)過(guò)反變換，得到原始圖像中對(duì)應(yīng)的中心點(diǎn)位置；⑥ 以求出的圓心坐標(biāo)為中心進(jìn)行傅氏變換，求出MTF。

圖1 自動(dòng)檢測(cè)中心點(diǎn)位置的算法流程

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 以最大CT值對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)作為中心點(diǎn)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)噪聲對(duì)中心點(diǎn)的影響。實(shí)驗(yàn)方案是給感興趣區(qū)域（ROI）添加不同大小的噪聲，分別找出ROI和含噪ROI中最大CT值對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)，然后分別以此像素點(diǎn)為中心計(jì)算并繪制MTF曲線，通過(guò)對(duì)比就可以看出噪聲對(duì)中心點(diǎn)位置以及MTF曲線的影響。

圖2(a)展示的是大小為50像素×50像素，包含點(diǎn)擴(kuò)展區(qū)域的ROI，圖2(b)和圖2(c)分別是加0.001%和5%零均值高斯噪聲的ROI。3者最大CT值所對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)分別為（24,31），（24,31），（21,33），這3個(gè)像素點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)著原體模圖像中點(diǎn)擴(kuò)展區(qū)域的中心點(diǎn)位置（311,206），（311,206），（308,208），計(jì)算出的MTF曲線見(jiàn)圖2(d)?？梢园l(fā)現(xiàn)，當(dāng)噪聲的量很少時(shí)，中心點(diǎn)位置沒(méi)有發(fā)生改變，其MTF曲線也非常接近，近乎重合；而當(dāng)噪聲的量比較多時(shí)，中心點(diǎn)位置以及MTF曲線都發(fā)生了明顯改變。所以，一般情況下，以最大CT值對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)作為中心點(diǎn)的方法不能得到穩(wěn)定的MTF值。

2.2 改進(jìn)的自動(dòng)檢測(cè)中心點(diǎn)方法的效果

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)ROI添加0.001%的零均值高斯噪聲時(shí)，中心點(diǎn)位置并沒(méi)有發(fā)生改變，仍是（311,206），這說(shuō)明此圖片中以（311,206）作為點(diǎn)擴(kuò)展區(qū)域的中心點(diǎn)是正確的。

圖2 最大CT值作為中心點(diǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3 自動(dòng)檢測(cè)中心點(diǎn)算法檢測(cè)結(jié)果

自動(dòng)檢測(cè)中心點(diǎn)算法檢測(cè)結(jié)果，見(jiàn)圖3。結(jié)果顯示，自動(dòng)選點(diǎn)方法獲得的中心點(diǎn)位置也是(311,206)，兩者結(jié)果一致，說(shuō)明本文提出的自動(dòng)檢測(cè)中心點(diǎn)的方法是準(zhǔn)確且有效的。

3 結(jié)論

在MTF檢測(cè)中，手動(dòng)選點(diǎn)具有隨意性，最大CT值方法易受噪聲影響，使得MTF值不穩(wěn)定，無(wú)法獲得統(tǒng)一的MTF值，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)不便。本文提出的MTF自適應(yīng)測(cè)量方法很好地解決了這些問(wèn)題，簡(jiǎn)化了操作，保證了中心點(diǎn)位置的正確性，并能夠測(cè)得正確的MTF曲線。

[1] Yu Lifeng,Thomas JV,Michael RB,et al.Dose and image quality evaluation of a dedicated cone-beam CT system for highcontrast neurologic applications[J].AJR,2010,194:W193-W201．

[2] 胡曙光,昌仁民,馮小剛,等.CT的MTF測(cè)量和評(píng)價(jià)[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志,1997,14(1):30-32.

[3] 黃崗,嚴(yán)漢民.點(diǎn)擴(kuò)菜函數(shù)測(cè)量CT機(jī)MTF的應(yīng)用研究[J].醫(yī)療設(shè)備信息,2004,(8):10-12.

[4] 余曉鍔,盧廣文.CT設(shè)備原理和質(zhì)量保證[M].北京:科學(xué)出版社,2005:30-32.

[5] 張夢(mèng)龍,綦維維,費(fèi)曉飛.應(yīng)用刃邊法測(cè)試計(jì)算機(jī)X 線攝影系統(tǒng)預(yù)采樣MTF[J].醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志,2010,(10):1556-1558.

[6] Vedantham S,Karellas A.Modeling the performance characteristics of computed radiography (CR) systems[J].IEEE Trans Med Imaging,2010,29:790-806.

[7] 康立麗,鄧曉剛,陳陽(yáng),等.影像系統(tǒng)MTF算法實(shí)現(xiàn)及分析[J].北京生物醫(yī)學(xué)工程,2002,21(3):179-182.

[8] 秦偉,陳飛,時(shí)飛躍,等.模擬定位技術(shù)在放射治療中的應(yīng)用于與發(fā)展[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2013,28(12):5-6.

A Self-Adaptive Measuring Method for MTF in CT System

WANG Tian-tian, LI Guo-xia, PANG Hao, BAO Bai-ming
Department of Equipment, Tongji Hospital, Tongji Medical College of Huazhong University of Science and Technology, Wuhan Hubei 430030, China

Objective Implementing the automatic acquisition of central point position of point spread region in MTF measurement to avoid the infl uence of randomness and noise of manual selection on the maximum CT value. Methods According to the limitation that the shape of point spread region should be roundness, to segment the point spread region with image processing methods and then identify the central point position with mathematical transformation methods in order to draw MTF curve. Results The test process of CT system evaluation has been simplifi ed with the automatic acquisition method of central point position, with which relevant staff can get the correct and stable central point position and draw the correct and unifi ed MTF curve. Conclusion The proposed self-adaption measuring method for MTF is accurate and effective, which is suitable for CT system evaluation.

CT machine; modulation transfer function; spatial resolution; CT system evaluation

R318；TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.01.009

1674-1633(2015)01-0034-03

2014-05-14

本文作者：王甜甜，工程師。

作者郵箱：273980569@qq.com