CT系統MT F自適應測量方法

王甜甜，李國俠，龐浩，包百鳴

華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院器材科，湖北 武漢 430030

CT系統MT F自適應測量方法

王甜甜，李國俠，龐浩，包百鳴

華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院器材科，湖北 武漢 430030

目的 在調制傳遞函數（MTF）的測量中自動檢測點擴展區域中心點位置，可避免手動選點的隨意性及噪聲對最大CT值的影響。方法 根據點擴展區域是圓形的特征，通過圖像處理方法分割出圓形區域，再利用數學變換的方法找出中心點位置，繪制MTF曲線。結果 自動檢測中心點位置的方法簡化了CT系統評估的檢測流程，得到了正確、穩定的中心點位置，并測得了統一的MTF曲線。結論 本文提出的MTF自適應測量方法準確有效，為CT系統評估帶來了方便。

CT機；調制傳遞函數；空間分辨率；CT系統評估

0 前言

調制傳遞函數（Modulation Transfer Function，MTF）能夠通過輸出的正弦信號的調制與輸入的正弦信號的調制的比值來定量客觀地描述系統空間分辨能力[1]，了解系統的MTF對系統各環節的性能設置具有重要意義[2]。

空間分辨率是CT檢測中重要的指標之一，主要有兩類檢測方法，一類是利用體模的線對法和圓孔法，另一類就是MTF法[3]。線對法和圓孔法雖然方便，但卻受測試者主觀因素影響大，容易造成測試者意見不統一，所以在技術性測試中，一般采用客觀的MTF法[4]。MTF也可表示成系統對于點擴展函數（PSF）的二維傅式變換[5]，即MTF=FT(PSF)。實際系統的測量是以細絲模型的點函數作為系統的點輸入，細絲的材料必須是吸收系數較大的金屬線，具有極高的射線衰減能力[6]。

在MTF的計算中，PSF數據應該具有對稱性，需要對實驗數據進行填補和截尾等對稱化處理，定位出PSF的中心位置，作為傅里葉變換的坐標原點。目前對于PSF的中心位置確定，多采用手動選取方法或最大CT值方法。而手動選取的隨意性造成中心點偏移會對MTF產生較大影響，導致最終結果不能統一[7-8]；最大CT值方法易受噪聲影響，使得中心點以外一些像素點的CT值高于中心點，導致最大CT值所對應的像素點位于偏離點擴展圓中心點的位置，從而導致檢測結果錯誤。本文提出了一種MTF自適應測量方法,即可自動檢測點擴展區域中心點位置的算法，以提高檢測的準確性。

1 自動檢測中心點方法

改進的自動檢測中心點位置的算法流程，見圖1。具體步驟：① 在原始圖片中截取一個背景均勻、包含點擴展圓的感興趣區域（ROI）；② 由于ROI太小不方便分析，所以將ROI進行放大；③ 分析ROI區域的直方圖，迭代運算出合適的閾值，從而對ROI實現二值化，分割出點擴展區域（點擴展區域是呈圓形的，中心位置即為點擴展圓的圓心）；④ 對點擴展圓進行邊界跟蹤，然后利用Hough變換得到ROI中點擴展圓圓心的坐標；⑤ 將檢測到的圓心坐標經過反變換，得到原始圖像中對應的中心點位置；⑥ 以求出的圓心坐標為中心進行傅氏變換，求出MTF。

圖1 自動檢測中心點位置的算法流程

2 實驗結果分析

2.1 以最大CT值對應像素點作為中心點

通過實驗來證實噪聲對中心點的影響。實驗方案是給感興趣區域（ROI）添加不同大小的噪聲，分別找出ROI和含噪ROI中最大CT值對應的像素點，然后分別以此像素點為中心計算并繪制MTF曲線，通過對比就可以看出噪聲對中心點位置以及MTF曲線的影響。

圖2(a)展示的是大小為50像素×50像素，包含點擴展區域的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值所對應的像素點分別為（24,31），（24,31），（21,33），這3個像素點分別對應著原體模圖像中點擴展區域的中心點位置（311,206），（311,206），（308,208），計算出的MTF曲線見圖2(d)。可以發現，當噪聲的量很少時，中心點位置沒有發生改變，其MTF曲線也非常接近，近乎重合；而當噪聲的量比較多時，中心點位置以及MTF曲線都發生了明顯改變。所以，一般情況下，以最大CT值對應像素點作為中心點的方法不能得到穩定的MTF值。

2.2 改進的自動檢測中心點方法的效果

通過上述實驗可知，當ROI添加0.001%的零均值高斯噪聲時，中心點位置并沒有發生改變，仍是（311,206），這說明此圖片中以（311,206）作為點擴展區域的中心點是正確的。

圖2 最大CT值作為中心點實驗結果

圖3 自動檢測中心點算法檢測結果

自動檢測中心點算法檢測結果，見圖3。結果顯示，自動選點方法獲得的中心點位置也是(311,206)，兩者結果一致，說明本文提出的自動檢測中心點的方法是準確且有效的。

3 結論

在MTF檢測中，手動選點具有隨意性，最大CT值方法易受噪聲影響，使得MTF值不穩定，無法獲得統一的MTF值，給實際應用帶來不便。本文提出的MTF自適應測量方法很好地解決了這些問題，簡化了操作，保證了中心點位置的正確性，并能夠測得正確的MTF曲線。

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[4] 余曉鍔,盧廣文.CT設備原理和質量保證[M].北京:科學出版社,2005:30-32.

[5] 張夢龍,綦維維,費曉飛.應用刃邊法測試計算機X 線攝影系統預采樣MTF[J].醫學影像學雜志,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,等.影像系統MTF算法實現及分析[J].北京生物醫學工程,2002,21(3):179-182.

[8] 秦偉,陳飛,時飛躍,等.模擬定位技術在放射治療中的應用于與發展[J].中國醫療設備,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