MTF在CT中的应用

1、精品好资料学习推荐5 / 5MTF在CT中的应用一、 MTF的定义MTF是调制传输函数(Modulation Transfer Function)的缩写，一般用于左量客观地描述线 性一致成像系统的传输特性，在CT中，MTF曲线反映了系统的空间频率域的传输特性和极 限分辨能力，是其空间分辨率特性的疋量描述。MTF的值处于0到1之间。当MTF=0时， 表示经过该成像系统后无法得到目标物的任何信息：当MTFJ时，表示该成像系统能完全 重现目标物的所有信息。实际中，往往取MTF=0.1对应的空间频率为系统的空间分辨率。汁算系统MTF对于系统空间分辨率的测量是非常重要的，特别是当采用目测方法不能获得 准

2、确结论时。通过MTF可以反映出系统的整体分辨能力，如50% MTF反映系统对软组织(如 肝脏)的识别力，10% MTF的大小体现出系统对件骼的分辨力。同时，MTF的大小也受到重 建算法的影响，可以应用平滑与锐利(头部、腹部)两种算法重建图像，获得不同算法下的 MTF曲线。二、MTF的计算方法对于一个成像物体，例如一个点源，在经过系统成像后，如果系统的分辨率髙则成像后的图 像仍是一个点像，图像亮度在中心较为集中。如果系统分辨率低则成像光斑扩大，即中心亮 度降低，向周伟I散开。散开的程度越大则说明系统的分辨率越低。因此系统对一个点源的成 像能力可以反映苴分辨率的高低。如果用公式P(x,y)表示一个

3、点源成像后的亮度分布并将英 归一化，P(x,y)就称为点扩散函数(PointSpread Function, PSF)。根据信号与系统理论，一 个系统的调制传递函数即为系统对于点扩散函数响应的傅立叶变换，即系统的MTF为 MTF = FT(PSF), FT表示二维傅立叶变换。同理，线扩散函数(LineSpread Function, LSF) 和边缘响应函数(Edge Response Function, ERF)也可以用于MTF的计算。PSF、LSF、ERF 与MTF之间的转换关系如图1所示。积分MW”剖而图叽0)维傅立叶变換曲图1PSF. LSF、ERF与MTF之间的关系转换图积分维傅立叶

4、变换三、具体测量方法a)简易MTF曲线法GJB 5312-2004中提出了一种用线对测试卡的CT图像信息绘制简易MTF曲线的方法，如图 2所示。CTWW Illi Illi III IICTtt II-1- 4 g图2线对标准试件CT图像的CT值分布关系具体测试方法：在线对测试卡的CT图像中选择线条最宽的一组，将此线条和基体CT值的差近似表示为实际对比度随着线条变细线条和基体CT值的差值（表示为有效对比度心） 变小。以单位长度内的线对数为横坐标，以调制度（）为纵坐标，可绘制岀简易WF 曲线。此外，Droege和Morin【U介绍了一种方法测量CT系统的MTF曲线，如图3所示。u-.Wo. A

5、. SD(f)的取伯b-简易阳7T曲线图3 Droege和Morin法测试MTF曲线示意图以周期性排布的条形结构的标准试件为目标物质，测量每组条形结构CT值的标准偏差、基 体材料和最大条形结构的CT值的平均值，根据公式（1）计算每组条形结构的MTF值：4Mo式中，Mo为基体与最大条形结构CT值的平均值，N为平均噪声，SD（f）为每组条形结构CT 值的标准偏差。b）点扩散法点扩散法是通过测试点扩散函数（Point Spread Function, PSF）,对点扩散函数进行二维变换 得出CT系统的MTF曲线。一般采取细金属丝或金属圆珠（直径一般为50“n）为目标物质， 其CT图像表现为一个边缘扩

6、散的亮点，图像中心亮度较为集中，边缘扩散的程度反映系统 分辨率的高低（分辨率低则扩散程度大），以P（x,y）表示CT图像的亮度分布，即可得出点扩 散函数。英测试过程如图4所示。一序卩曲纹d-.wntta图4点响应法测试空间分辨率流程图图4中PSF曲线获得需要确泄点扩散图像的中心，而点响应法中所得点扩散函数的数据量 少，容易受到噪声影响，重复性差。庄天戈等人通过对目标点源的CT图像进行阈值分段、边界提取后，再进行Hough变换后, 确泄点源的中心，这种方法一左程度上克服了噪声的干扰，使得点扩散法的重复性得到提 高OC）线扩散法线扩散法是测试线扩散函数（Line Spread Function,

7、LSF）,并对线扩散函数进行一维傅立叶 变换从而得出CT系统的MTF曲线 一般采用厚度为50-100m的金属薄片为目标物质，其 标准试件的制作方法一般采取将金属薄片（铝片、铅片等）嵌入低密度介质材料（有机玻璃、 树脂等）中，或者将金属薄片夹在两块板状低密度介质材料中凶，标准试件的CT图像为一 扩散的细线，扩散程度反映了 CT系统的空间分辨能力，其测试过程如图5所示。图5线响应法测试空间分辨率流程图线响应法对金属薄片的角度有严格的要求，即与射朿方向垂直。实际检测中，金属薄片会与 射朿平而的垂直方向呈一左角度，NickKeat的研究发现，在相同测试条件下，当金属薄片与 射束的垂直方向偏差3。时，所

8、得MTF曲线在2%调制度下偏差0.4 lp/cm【6】。aI f!1学；$注于丫,1:L1M It4r1T US 1图6 Fujita采取的图像处理方法Fujita等人所采用的方法可有效降低金属薄片位宜偏差带来的影响【6如图6所示。对金属 薄片取间距相等的几个截而，在每个截而上取位麗、间距相同的5个点（保证亮线大概处于 中间位置），计算亮线的倾斜角度和竖直方向上相对亮线点的位置，对取样点进行重新排列， 所得的LSF曲线就可以更好的消除误差，这种计算方法提高了线扩散法计算MTF的准确度。 自动探测技术和实验数据分析软件在CT图像中感兴趣区域（ROD位置探测和数据分析中的 应用简化了线响应法的测试

9、过程，减少了人为误差，测试结果更为可信。但在标准试件的 平移和转动过程中，感兴趣区域（R0I）位置会发生变化，从而引起判泄上的误差。d）边缘响应法（ASTM法）边缘响应法通过测试边缘响应函数（Edge Response Function）来计算MTF曲线。通常选用 高精度加工的圆盘物品（金属圆盘、有机玻璃圆盘等）作为目标试件，值得注意的是这种方 法产生的图像容易受到噪声的影响，实验中需要采用滤波的方式来降低这一影响。以美国材料试验协会（ASTM）制赵的一套较为科学的CT检测标准为例，ASTM E 1695中 提供的方法理论上讲具有克服统讣噪声误差的优点，可以获得很好的测量精度。采用ASTM E

10、 1695中推荐的方法，选择2.5中的实验条件，使用宜径35 mm均匀铁盘为标准试件，在 国内某工业CT设备进行扫描，获得圆盘CT图像，使用Labview软件进行后期图像处理。(b)边响应函数(c)微分得LSF(d) MTF曲线图7ASTM法示意图如图7a所示：计算圆盘图像质心位置，以质心为圆心，在圆盘图像上选择一个圆环区域， 使圆盘边界包含英中，计算圆环内所有像素点到质心的距离，并将距离相同的像素点归为一 组，讣算每组像素点平均值，建立距离与像素平均值的关系曲线，即ERF曲线。对ERF曲线 进行插值、最小二次立方拟合，获得平滑ERF曲线，结果如图7b所示。采用这种获得ERF 曲线的方法较传统

11、方法更好的克服噪声的影响。微分得LSF,经傅里叶变换并取零频归一即 得到MTF曲线。取MTF值为0.1处对应的分辨频率为系统的最高空间分辨率。应用ASTM法时，若采用较重金属制作标准试件则要进行射束硬化校正，以减弱射束硬化伪 像带来的影响。由于该方法可以较好的克服噪声的影响，并且所采用的标准试件结构简单, 目前已被应用于国内外CT检测的行业标准【。e)各种方法的比较对于同一套CT系统，可以采用不同的测试方法来测试系统的空间分辨率。不同测试方法的 特点，见表仁表1空间分辨率不同测试方法的比较方法优点缺点简易MTF曲线法简单易行，可以在CT操作界面 上，直接评价空间分辨率精度低，曲线信息量少点扩散

12、法标准试件结构简单，数据易于处 理，MTF曲线信息量大数据量少，易受噪声影响，摆位 精度要求高，重复性差线扩散法标准试件制作简单，数据处理容 易摆放精度要求髙，容易受噪声影 响边界响应法(ASTM法)模块制作简单，易于统一标准， 数据量大可通过插值拟合处理 降低噪声影响ERF曲线噪声大，易受射朿硬化 伪像影响注：部分原文摘自文献g1 Droege R T. Morin R L. A practical method to measure the MTF of CT scanners j Medical Physics, 19821 9 (5)： 758-760.2 Kurt Rossmann.

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