可探测的量子效率在数字化影像评估中的重要性

王振洲

可探测的量子效率在数字化影像评估中的重要性

王振洲①

目的：随着数字化影像技术的发展，空间分辨率和MTF不能再单独做为某个系统诊断功能的标准了，取而代之的需要建立一种新的标准: 可探测的量子效率(DQE)。方法：通过分析图像信噪比和对比分辨率来说明DQE在数字化影像评估中的重要性。结果：图像对比度与噪声之比最佳表示了目标的可探测性。结论：DQE被许多专家看做是评价数字化X线成象质量最精确的标准。

可探测的量子效率（DQE）；评价；数字影像

1 可探测的量子效率(DQE)

对成象系统噪声和对比剂性能的共同作用的测量，以目标的清晰度的函数来表示，为了理解为什么DQE被许多专家看做是评价数字化X线成象质量最精确的标准，首先考虑以下几个部分。

图1 不同信噪比下的图像质量

1.1 噪声

在数字人X线系统中，当噪音降低时，或SNR增加时，目标的可探测性也迅速增加，如图1所示。量子和电子噪声的信号中都是随机变化的，在诊断性成象时可以模糊有用的信息。量子噪声从探测到的X线光子的数目变化而来。噪声在许多数字化成象链中是固有的，它长期以来被看做是对图像质量有明显影响的一个参数。当噪声增加时，图像质量就下降了。系统噪声通常用信噪比(SNR)来表示:

噪音是目标可探测性的主要限制因素，除非增加剂量，在给定系统中噪音是一个常量。因此低噪音就成为适当的剂量下产生好的图像质量的必要条件，特别是观察较小的、低对比度的目标时。

图2 不同对比分辨率下的图像质量

1.2 对比分辨率

由于数字化系统较高的对比分辨率，人们可通过调整窗口/对比度水平来增强对小目标的可探测性，如图2所示。考虑一幅图像，其背景强度为100，而目标强度为105，换句话说，目标的对比度仅为5%。采用一个255的窗口，将对比度水平设为0，目标此时与背景几乎难以分辨(如图2中左图所示)。当我们将窗口变小，增加对比度时，目标就可以看到了(中央)。通过设置对比度水平到背景强度下，将窗口调整到相对的目标强度下，此时，就可获得最大对比度。

DQE的另一个重要因素就是它的放射性成象系统的对比度性能，即它捕获目标实际的对比情况的能力。X线系统的数字化曝光一般具有较宽的动态范围，因此可以捕获很宽范围的信号强度，从极低到极高。他们还具有较高的对比分辨率，即能够捕获成千上万个灰度阴影，远远高出人眼所能分辨的范围。这就使得成象区域在传统的胶片上可能曝光不足或曝光过度。因此，数字化系统的噪音较低，动态范围较宽而对比分辨率较高，这就可以在胶片/屏幕系统上改善低对比度目标的可探测性。并且这种低对比度目标的可探测性可通过复杂的图像后处理得到进一步的改善。图像后处理包括：自动对比度增强，窗口/对比度水平调整，例如，通过设置对比度水平接近于背景水平，并通过缩小窗口来调整对比度在刚刚高于或低于目标信号的水平(如图2)。

2 图像对比度与噪声之比最佳表示了目标的可探测性

尽管数字化图像的对比度可以调整，这一功能也不能对抗较高的噪声水平。低噪声水平也不能完全弥补较差的对比度。因此，当用电子管浏览图像时，没有一个参数单独可以充分定量数字化图像的质量。

为精确地测量数字化成象系统的性能，我们必须对噪声和对比度的性能进行一个综合的评价；这些参数不能再孤立地看待。一个具有较高对比度水平的系统可能由于高噪声的存在而不能产生诊断上有用的图像，换句话说，如果它的SNR较低的话。另一方面，如果没有足够适当的对比度，即使极低噪声的系统，其诊断图像的可用性也同样受限(如图3所示)。低噪声和高对比度的性能对于形成极高的图像质量和目标的可探测性都是同样需要的。

图3 SNR和对比度关系图

解决方法:DQE可探测式量子效率。它以目标清晰度、或空间频率的函数来表示。DQE将噪声和对比度的性能结合到单独一个参数中而得到广泛的接受。它的测量最代表数字化图像的质量及目标的可探测性：因此，在所有空间频率下使DQE最大化应当是以数字化探测器为基础的成象系统的设计者们最大目标——这也正是GE数字化探测器系统设计者们的目标。

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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，高级工程师。成都军区昆明总医院医学工程科主任，从事临床医学工程研究和管理工作。

2011-04-08

①成都军区昆明总医院医学工程科 云南 昆明 650032

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