線形システム応答 Linear System response

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さなえいせき
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1 画質が異なる画像例コントラスト劣コントラスト優コントラスト普鮮鋭性普鮮鋭性優鮮鋭性劣粒状性普粒状性劣粒状性優

2 医用画像の画質コントラスト, 鮮鋭性, 粒状性の要因が互いに密接に関わり合って形成されている. 比鮮鋭性コントラスト反反粒状性増感紙 - フィルム系での 3 要因の関係ディジタル画像処理系でもおよそ成り立つ WS u MTFu

3 画質に影響する因子コントラストに影響する因子管電圧 ( 線質 ), 被写体厚, 付加フィルタ, グリッド ( 散乱線 ) 鮮鋭性に影響する因子管球焦点の大きさ, 撮影距離, グリッド ( 散乱線 ), 被写体コントラスト ( 線質と被写体厚に関係有り ) 粒状性に影響する因子 X 線光子数 ( 線量 : 管電流 ), 検出器の構造特性曲線 MTF WS (NPS) 総合的に画質を評価したい! 個別の画質評価法分析的評価法

4 NEQ Noise Euivalent Quanta 雑音等価量子数画像の形成に寄与した X 線光子数 DQE Detective Quantum Efficiency 検出量子 ( 数 ) 効率画像の形成に寄与した X 線光子数を単位面積あたりの入射 X 線光子数で規格した値

5 単位面積当たりの入射 X 線量子数 A 入射 X 線光子画像形成検出器単位面積当たりのの数 : 出力信号信号値位置 = A X 線光子の振る舞いはポアソン分布に従う理想的な検出器入射 X 線光子 A 検出器単位面積当たりのの数 : 出力信号信号値位置 = A 画像のボケを有する検出器

6 入射 X 線光子 A 画像形成検出器出力信号信号値位置単位面積当たりのの数 : e A > e 画像のボケを有し, 入出力の伝達効率が1より小さい検出器画像形成に役に立った単位面積当たりのX 線量子数 NEQ = Noise Euivalent Quanta = e DQE = Detective Quantum Efficiency = 0.74 = 出力側からみた見かけ上の量子数単位面積当たりの入射 X 線量子数 = e A

7 信号対雑音比 signal-to-noise ratio SNR S / N NEQ= 出力 ( 画像 ) の S/N の二乗 S out / N Sout N out e e e e e 画像形成に寄与した X 線量子数を信号成分と考える

8 DQE= 入力と出力の S/N の二乗の比 S S / N / e e A N A out in e A NEQ A Sout N out Sin N e DQE は NEQ を単位面積あたりの入射 X 線光子数で除算した値 in e A A

9 NEQideal A DQE ideal 1 MTF ideal 1 WSideal 1 A NEQ ideal 1 WS ideal NEQは, ノイズ特性を表すウィーナースペクトル (WS) の逆数で表されるが, 実際はシステムの入出力特性の傾きを表すγ( or グラディエントG) とシステムの解像特性を表すMTFによって変調される. n WS log e MTF n e 10

10 NEQ & DQE の定義式 WS MTF WS MTF e NEQ 10 log WS MTF WS MTF e NEQ DQE A A A 10 log e

11 DQE の測定手順 ( ディジタル系 ) 入出力特性曲線の傾きグラディエント G の測定 Pre-sampling MTF MTF pre の測定 DQE G (1 k) (log A 10 WS e) P MTF pre Digital winner spectrum WS ΔP の測定測定するか公表データを使用する単位面積に入射した X 線光子数 ( A ) DQE MTF A WS pre E / E 相対 X 線量で計算した WS

12 NEQ DQE 10 5 線量 ( 大 ) 1.0 DQE の値は 1 以下検出器 A 検出器 B 線量 ( 小 ) 空間周波数 (cycles/mm) 空間周波数 (cycles/mm) NEQ の値は X 線量子数 X 線量子の検出効率は検出器 A > 検出器 B

13 NEQ DQE の解釈と注意点 NEQ DQE は, システムの入出力特性から求まるグラディエント, 解像特性を表す MTF, そして, ノイズ特性を表すウィーナースペクトル (WS), などの基本的 3 つの画質特性を含んでいることから, 総合的な画質評価法と考えられる. これら 3 つの画質特性と,DEQ ではシステムへ入射した単位面積当たりの光子数, などの値を正確に求めて計算に用いない限りでは, 正しい評価は望めない. NEQ は, いわば出来上がった画像の実力を示す評価値である. NEQ は,X 線量が増大すればその値は大きくなる.

14 NEQ は, 適正濃度を得るための照射線量が自ずと定まる S/F 系のようなシステム ( 検出から表示までを兼ねた系 ) に対しては, 客観性が高い. ディジタル系 ( 検出処理表示が互いに独立した系 ) では, X 線量を増減させても画像形成が可能なので,X 線量によって増減する NEQ の値を評価に用いるのは混乱を招く場合がある. ディジタル系では, 入力の X 線光子数について規格された値である DQE を用いるほうが便利である. つまり,DQE を画像検出系の固有の検出効率に相当する評価値と解釈して利用すれば, 評価結果をシンプルに示すことができる. ディジタル系において自由度の大きい画像処理や画像表示の影響を考慮する必要がない.DQE は撮影条件や出力条件にかかわらず使用できる評価尺度である.

15 画像 a の DQE と画像 b の DQE が等しいならば, 画質は等しいと言ってもよいのか? a MTF b MTF WS 空間周波数 WS 空間周波数空間周波数空間周波数 DQE は, 鮮鋭性と粒状性のバランスに関する情報を与えない. つまり,DQE が同一であることは, 必ずしも物理的画質が等しいことを意味しない. 種類の画像を画像処理によって同等の画像に加工することが可能であれば, 両者の画質は等しいと言えるが, それを可能にする技術は現実には存在しない.

16 MTF 情報理論的解析分析的評価法 : 特性曲線,MTF, ウィーナースペクトル低周波領域では, 比較的良い高周波領域では, 比較的良い総合的画像の評価法 : エントロピー解析, 情報容量, 情報スペクトルわからなさの程度を示す 1 つの尺度単位面積の画面に収容できる最大エントロピーである.

17 006 国家試験問題量子検出効率 (DQE) と雑音等価量子数 (NEQ) との関係を表す式で正しいのはどれか. ただし, は撮影システムに入射した単位面積あたりの X 線光子数とする. 1. DQE = NEQ. DQE = NEQ 3. DQE = NEQ/ 4. DQE = /NEQ 5. DQE = 1/( NEQ)

18 005 国家試験問題雑音等価量子数 (NEQ) を空間周波数領域の拡張した式で正しいのはどれか. ただし, 特性曲線の階調度を G, 変調伝達関数を M, ウィーナースペクトルを W とする. 1.. NEQ NEQ log 10 log 10 e G W e W M G M NEQ NEQ log 10 e W G M log 10 e G M W 3. NEQ log 10 e W G M

19 007 国家試験問題 X 線画像の雑音で誤っているのはどれか. 1. 雑音等価量子数 (NEQ) を用いて画質を総合的に評価できる. 画像濃度の標準偏差を用いて画像の粒状度を表すことができる 3. 光子密度の統計的ゆらぎによる分散は透過光子数の平均値にほぼ等しい 4. 光子数が増加するにつれて統計的ゆらぎによる雑音の影響は大きくなる 5. 画像濃度の変動を周波数解析することで画像雑音の細かさを表すことができる

20 007 国家試験問題画像の視覚評価法はどれか. 1. RMS 粒状度. 量子検出効率 (DQE) 3. 雑音等価量子数 (NEQ) 4. ウィーナースペクトル 5. C-D(contrast-detail) ダイアグラム

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