确定计算机断层扫描的空间分辨率 - MTF和比较线对结构

确定计算机断层扫描的空间分辨率 - MTF和比较线对结构

介绍

的CT测量的空间分辨率是由多种因素的影响。实质性的贡献是CT装置的属性，即X射线源（焦点尺寸）和检测器（像素大小，散射），而且在锥形束几何结构中所使用的放大倍率。测量策略，尤其是每全方位旋转的预测，在重建过程中（，滤波，插值像素大小）也有一个很大的影响。主要是，测量对象的空间分辨率也影响，如由X射线衍射或折射的，但在这里提出的典型的实验室CT测量的情况下，这些都是可以忽略不计。
单效应的贡献是在实践中很难确定，但重建的数据集从测量得到的结果的决议，考虑到所有影响。
在下文中，两个已建立的方法来测量的空间分辨率，MTF和测量线对的对比度，进行了介绍。描述他们的数据集的应用程序，这是适用于这两种方法的试验片的结果进行了讨论。

1。确定的空间分辨率

对于确定的空间分辨率，有两种不同的可能性，这也被描述在标准处理与CT。第一个被计算的气缸从所测量的边缘的调制传递函数（MTF），第二个是测量材料的背景的对比度依赖于线对的结构的大小。

1.1计算的MTF

的MTF的对比度依赖于振幅的空间分辨率。在标准的ISO 15708-2:2002，它示出如何计算它从边缘的一个测量

图1。从边缘的MTF的测定在重建的CT数据集，其汽缸（从ISO 15708-2:2002）

信息，指的是沿着线通过的中心测得的气缸（一），以及计算出的边缘响应函数（ERF）。 （二）从经过平均的ERF的线扩展函数（LSF），由分化的ERF（三）确定。通过傅里叶变换计算的MTF的LSF（D）。
[1]中描述的另一种方法计算的MTF直接从ERF。在这里分析测量的情况下，这两种方法给出了几乎相同的结果。
的MTF以下公约，归到一个每毫米线对（LP /月）。

1.2确定线对结构的空间分辨率

作为替代计算的MTF，标准文件CEN / TC 138Ñ1153：16016-3:2010 FprEN（附件A），以确定其空间分辨率提到的分辨率的功能对比系数R为计算测量行对结构。在这个标准中，线对结构提出了结构，材料和空气之间交替，并有二次形状和宽度相等。这些设备的制造用直径为65毫米（图2）的气缸。

图2。试验片与线对结构（从左至右：铝，丙烯酸玻璃，钢; 16016-3:2010 FprEN）

的8个不同的结构的尺寸范围从0.4毫米到2.5毫米，相对应的空间分辨率为1.25唱片/毫米至0.2 LP /毫米，分别为。
对比度是衡量在重建体积灰色值曲线沿着一条线，灰度值极小NA（i）以确定切口，极大NB（i）在材料的桥梁（图3 ）。

图3。线对结构测定灰度值极值（从FprEN 16016-3:2010）

的对比度系数R（i）为NB的（i）和NA（）之间的差异，归一化到原状材料NA和未受干扰的背景NC的灰度值的差，再乘以100（FprEN方程A.1 16016-3:2010）：

3。这两种方法的比较

试片显示在标准FprEN 16016-3:2010切割线对结构的气瓶。因此，它们是适用于上述两种方法测定的空间分辨率。在图4中示出，在BAM加工的黄铜和铝的试验片进行的测量结果列于下进行。

图4。在BAM加工的试验片，由黄铜制成（左）和铝（右）

3.1测量黄铜试片

黄铜的试验片，测定与BAM 12兆电子伏的直线加速器。甲预过滤器使用的20毫米的铁，放大倍率为1.38，得到的体素大小为0.145毫米。在这样一种方式，用于分析数据集重建，该行对体素网格对齐。为了研究施加的束硬化校正（六六六），所测量的空间分辨率的影响，同时，原来的束硬化校正后的数据集进行分析。
为了能够确定从圆柱体的边缘轮廓的MTF，气缸中心拟合确定一个圆的轮廓，在所考虑的切片垂直于汽缸轴线的气缸。沿着不同的路线，通过该中心，计算灰度值的档案，平均值，和用于计算的MTF。
它是写在章FprEN 16016-3:2010关于确定线对结构空间分辨率从没有应平均线型材。 （“这两个值的测量使用灰度级的轮廓，沿孔的轴线和非平均确定。”）。这一点令人费解的范围内，为平均线对结构对齐没有解决减少插值的像素网格是必要的。相反，更高的信号噪声比，可以实现，将减少的影响，用户选择一个特定的配置文件。对于下面的分析平均线公司使用。
此外，标准不指定，单极值值来确定。在这里所分析的数据集的情况下，高斯拟合曲线

图5。高斯曲线拟合（红色）的最大值和最小值（蓝色）的平均线轮廓

用于确定的原状材料和背景的灰度值的区域的位置

通过平均高斯曲线的最大值获得的值NB（一），计算R，同样的适用的最小值（i）来自作为输入。测量的原状材料NA和原状背景NC，这是需要的正常化的灰度值的区域，标记在图6。

MTF黄铜试片（黑色：无束硬化校正（BHC），红：BHC）和对比度因子R/100（蓝色：六六六，绿色环保：无BHC）

上面的黄铜部分的空间分辨率的测量结果。比较的MTF，R/100显示，分辨率在LP /月。
两个调制传递函数的行​​为几乎是相同的，这意味着，六六六不会有太大的影响，这样的数据集。从线对的R值明显低于相应的MTF值，并且有一个很大的区别R的两个测量之间的这些差别来源于不同的归一化方案，其中MTF是在最后的计算步骤归一，而R归原状材料原状背景灰度值差异。此外，散射辐射和束硬化影响的灰度值里面的试片，尤其是那些造成切口大大偏离预期的。

3.2测量上面的铝试验片

上面的铝试验片的测量被进行，满分，在BAM 225千伏CTdevice。 200千伏的加速电压设置为1毫米的铜预过滤器的使用。的放大倍数为5.6，由此产生的体素大小为35.8微米，这是估计的程度远远大于约8μm的焦斑。分析此数据集也有和没有六六六。
在中间平面的测量气缸中心（图8）确定后，计算出的MTF从经过平均的边缘轮廓。

重建后的数据集的应用六六六铝部分。拟合的圆的中心的原状材料和在未受干扰的背景的灰度值，用于确定区域的表示。

（蓝色）的最低和最高值（红），一个平均线从测定的铝部分的档案的测定

对于确定的空间分辨率，多线剖面，再平均，以获得更好的信号噪声比。在该测定的情况下的线剖面显示的矩形调制。这是，因此，不适合以符合高斯分布的极值，但拟合直线，而不是（图9），以确定局部极值值。
通过平均个体最高各自的最小值的值NB（一）和NA（一）而异。用于测定的区域的灰度值NA和NC所需的归一表示在图8。

空间分辨率测定的铝试验片在测量的结果。上面的束硬化确定的MTF校正后的数据集（黑色曲线）的对比度值到达0.2在11唱片/毫米，这是用1唱片每2.5体素接近理论上的最大分辨率的分辨率。引人注目的是大的差异的MTF从六六六数据集（红色曲线）。这种差异的一个可能的解释是在预测中的灰度值的修改申请时的束硬化校正。仅部分地覆盖的对象的像素有一个更高的灰度值比完全覆盖它们旁边，仍然有类似的衰减长度。因此，他们强得多束硬化校正修改，因为他们被视为小渗透长度的区域。这导致边缘的灰度值中的大的散射，从而圆柱体的表面钝化重建，从而导致较低的MTF值。
R值确定线对结构聚类接近零决议，没有到达的地区，在那里他们可以测量的空间分辨率上的信息，如如果一个人认为对比度值的0.2或0.5“分辨率的测量”。
一旦它变得清晰的MTF和R的值没有直接的可比性。

4。小结与讨论

确定线对结构在标准FprEN 16016-3:2010空间分辨率的指示，根据该项决议在这里测量，制定了相当模糊，留下多少空间诠释。目前尚不清楚，为什么不得平均线对结构重建的配置文件通过，这将增加的信号噪声比。它没有指定的配置文件中的最大值和最小值如何来确定。此外，还有一个错字：“参考的一部分”的中心位于在一个区域的灰度值，应当认定为背景材料。这部分的标准（见附件A）应予以修订。
进行比较时，在相同的数据集确定的MTF和对比度因子R，线对用于测量显微CT设备的空间分辨率不是最好的选择，因为大小远低于1毫米的结构可进行机械加工，它变得明显只有困难或根本不取决于材料的。与此相反，它是很容易产生的气缸的足够的精确度，并利用它确定的MTF。作为宏观CT设备的试验片，线对收率几乎相同的对比度值的MTF从边缘的气缸。
看似糟糕的对比度因子R的值相比，在MTF的，主要是由于不同的归一化的方法。此外，试验片内的灰度值的散射辐射束硬化，从而降低了材料和背景的对比度的影响。
施加束硬化校正的数据集不影响测定的MTF，如果X射线管的焦点的大小远大于缩放的旋转中心在检测器像素。在的情况下，显着更小的焦点，因为它们是本显微CT设备，束硬化校正由于在圆柱体的外边缘的灰度值的变化，测量的MTF的空间分辨率降低。
有意义的MTF的方式从边缘的气缸上的最大挑战是圆柱体的中心与非常高的精度测定。如果通过一个错误的中心点型材平均，边缘会变得模糊。
在此处所示的两个测量中，将测试片置于接近在中间平面内的旋转轴线中心的。因此，最终目前的位置和方向的空间分辨率的依赖并没有得到解决。它也有要注意的是确定的旋转轴的距离不同，采用的圆筒的边或线对的分辨率。

参考文献

[1]施耐德的新泽西州Bushong，SC：单步计算的MTF ERF，医学物理，1978，5，31-33