可探測的量子效率在數字化影像評估中的重要性

王振洲

可探測的量子效率在數字化影像評估中的重要性

王振洲①

目的：隨著數字化影像技術的發展，空間分辨率和MTF不能再單獨做為某個系統診斷功能的標準了，取而代之的需要建立一種新的標準: 可探測的量子效率(DQE)。方法：通過分析圖像信噪比和對比分辨率來說明DQE在數字化影像評估中的重要性。結果：圖像對比度與噪聲之比最佳表示了目標的可探測性。結論：DQE被許多專家看做是評價數字化X線成象質量最精確的標準。

可探測的量子效率（DQE）；評價；數字影像

1 可探測的量子效率(DQE)

對成象系統噪聲和對比劑性能的共同作用的測量，以目標的清晰度的函數來表示，為了理解為什么DQE被許多專家看做是評價數字化X線成象質量最精確的標準，首先考慮以下幾個部分。

圖1 不同信噪比下的圖像質量

1.1 噪聲

在數字人X線系統中，當噪音降低時，或SNR增加時，目標的可探測性也迅速增加，如圖1所示。量子和電子噪聲的信號中都是隨機變化的，在診斷性成象時可以模糊有用的信息。量子噪聲從探測到的X線光子的數目變化而來。噪聲在許多數字化成象鏈中是固有的，它長期以來被看做是對圖像質量有明顯影響的一個參數。當噪聲增加時，圖像質量就下降了。系統噪聲通常用信噪比(SNR)來表示:

噪音是目標可探測性的主要限制因素，除非增加劑量，在給定系統中噪音是一個常量。因此低噪音就成為適當的劑量下產生好的圖像質量的必要條件，特別是觀察較小的、低對比度的目標時。

圖2 不同對比分辨率下的圖像質量

1.2 對比分辨率

由于數字化系統較高的對比分辨率，人們可通過調整窗口/對比度水平來增強對小目標的可探測性，如圖2所示。考慮一幅圖像，其背景強度為100，而目標強度為105，換句話說，目標的對比度僅為5%。采用一個255的窗口，將對比度水平設為0，目標此時與背景幾乎難以分辨(如圖2中左圖所示)。當我們將窗口變小，增加對比度時，目標就可以看到了(中央)。通過設置對比度水平到背景強度下，將窗口調整到相對的目標強度下，此時，就可獲得最大對比度。

DQE的另一個重要因素就是它的放射性成象系統的對比度性能，即它捕獲目標實際的對比情況的能力。X線系統的數字化曝光一般具有較寬的動態范圍，因此可以捕獲很寬范圍的信號強度，從極低到極高。他們還具有較高的對比分辨率，即能夠捕獲成千上萬個灰度陰影，遠遠高出人眼所能分辨的范圍。這就使得成象區域在傳統的膠片上可能曝光不足或曝光過度。因此，數字化系統的噪音較低，動態范圍較寬而對比分辨率較高，這就可以在膠片/屏幕系統上改善低對比度目標的可探測性。并且這種低對比度目標的可探測性可通過復雜的圖像后處理得到進一步的改善。圖像后處理包括：自動對比度增強，窗口/對比度水平調整，例如，通過設置對比度水平接近于背景水平，并通過縮小窗口來調整對比度在剛剛高于或低于目標信號的水平(如圖2)。

2 圖像對比度與噪聲之比最佳表示了目標的可探測性

盡管數字化圖像的對比度可以調整，這一功能也不能對抗較高的噪聲水平。低噪聲水平也不能完全彌補較差的對比度。因此，當用電子管瀏覽圖像時，沒有一個參數單獨可以充分定量數字化圖像的質量。

為精確地測量數字化成象系統的性能，我們必須對噪聲和對比度的性能進行一個綜合的評價；這些參數不能再孤立地看待。一個具有較高對比度水平的系統可能由于高噪聲的存在而不能產生診斷上有用的圖像，換句話說，如果它的SNR較低的話。另一方面，如果沒有足夠適當的對比度，即使極低噪聲的系統，其診斷圖像的可用性也同樣受限(如圖3所示)。低噪聲和高對比度的性能對于形成極高的圖像質量和目標的可探測性都是同樣需要的。

圖3 SNR和對比度關系圖

解決方法:DQE可探測式量子效率。它以目標清晰度、或空間頻率的函數來表示。DQE將噪聲和對比度的性能結合到單獨一個參數中而得到廣泛的接受。它的測量最代表數字化圖像的質量及目標的可探測性：因此，在所有空間頻率下使DQE最大化應當是以數字化探測器為基礎的成象系統的設計者們最大目標——這也正是GE數字化探測器系統設計者們的目標。

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Importance of detective quantum efficiency in evaluation of digital imaging

WANG Zhen-zhou

Objective: With the development of the digital imaging, spatial resolution and MTF are no longer the unique standard for a system’s diagnostic function. A new standard of detective quantum efficiency (DQE) has appeared. Methods: The importance of the DQE in evaluating the digital images was illustrated by analyzing the SNR and the contrast resolution of images. Results: The contrast compares to the noise of images expressed the object’s detectivity best. Conclusion: DQE is considered as one of the most accurate standards in evaluating the digital X-ray images.

Detective quantum efficiency; Evaluation; Digital imaging

Kunming General Hospital of Chengdu Command, Kunming 650032, China.

1672-8270(2011)07-0034-02

TH 774

A

王振洲,男,(1966- ),博士后，高級工程師。成都軍區昆明總醫院醫學工程科主任，從事臨床醫學工程研究和管理工作。

2011-04-08

①成都軍區昆明總醫院醫學工程科 云南 昆明 650032

China Medical Equipment,2011,8(7):34-35.