Разработка, производство, модернизация, сервис медицинского рентгеновского оборудования.
Поиск по сайту
Новости

20.03.19 | Х Международный...

07.03.19 | Поздравление с...

20.12.18 | Поздравляем с...

20.12.18 | Поздравляем с...

02.04.18 | Поздравление с Пасхой

Сертификаты


Квантовая эффективность детектирования, как параметр качества устройства визуализации - Статьи

10.08.06 | Квантовая эффективность детектирования, как параметр качества устройства визуализации

О.Н. Моргун, К.Э. Немченко , Ю.В. Рогов Украина, OOO “Лаборатория рентгеновской медицинской техники”, г. Харьков

1.     Введение

Прогресс в компьютерной технике и ее широкое внедрение в различных областях лучевой диагностики привел к тому, что цифровые рентгеновские аппараты повсеместно устанавливаются в клиниках и завоевывают доверие практикующих врачей. Если еще пять лет назад, в основном, обсуждались преимущества и недостатки цифровой рентгенологии по сравнению с обычной пленочной, то теперь возникает вопрос о сравнении между собой различных цифровых устройств. К стандартным методам сравнения различных аппаратов является определение их разрешающей способности, а также определение порогового контраста, то есть способности приборов различать малоконтрастные объекты заданного размера.

Еще один, широко используемый метод сравнения систем визуализации – это сравнение квантовых эффективностей детектирования (КЭД), которые несут информацию о дополнительных шумах, вносимых в сигнал на всех этапах преобразования сигнала. Этот параметр (КЭД) обладает большим количеством достоинств. Он объективно определяется из экспериментов, учитывает вклад каждой ступени преобразования сигнала, и, поэтому, позволяет количественно сравнивать между собой различные схемы визуализации рентгеновского излучения, как на стадии проектирования, так и серийно выпускаемых приборов. Основным неудобством при использовании параметра КЭД является сложность его экспериментального определения, а также неоднозначность и несоответствие друг другу различных определений КЭД. В предлагаемой работе обсуждаются достоинства и недостатки различных определений КЭД.

 

2. Определение квантовой эффективности детектирования

Любая система визуализации, как и любая система преобразования сигнала из одной формы в другую, ухудшает качество сигнала, то есть приводит к уменьшению отношения сигнал/шум. Для количественной оценки эффективности различных детектирующих устройств, начиная от глаза человека и заканчивая телевизионными трубками, в работах [1], [2] была впервые введена величина, которая получила название «квантовая эффективность детектирования» (КЭД) (detective quantum efficiency – DQE). Это название было связано с ее физической сутью – она определялась относительной величиной зарегистрированных детектором квантов исходного излучения. Затем было проведено естественное обобщение такого определения на любые сложные устройства, даже такие, которые содержат на некоторых этапах преобразования информации аналоговые сигналы. Теперь в качестве КЭД, как меры качества преобразования информации, используют следующее определение [1], [3] – [6]:

image001.gif,                                                (1)

где image002.gif и image003.gif – отношения сигнал/шум на выходе и входе, соответственно.

При таком определении величина image004.gif может характеризовать всю систему визуализации в целом. Дело в том, что каждый этап преобразования падающего рентгеновского излучения – поглощение в люминофоре, генерация квантов видимого диапазона, их поглощение в детекторах света (например, в ПЗС) и т.д. – вносит дополнительные шумы в общий сигнал. В этом случае КЭД прибора представляется в виде произведения величин image005.gif, характеризующих каждый из этапов в отдельности [4].

Согласно определению (1) для измерения квантовой эффективности детектирования необходимо знать полное число исходных квантов, а также измерить полученный сигнал и его дисперсию. Определение последней величины зачастую вызывает определенные трудности.

Наиболее естественной, по-видимому, является методика измерения КЭД одиночного детектора. В этой методике явным образом реализуют случайный процесс, соответствующий падающему потоку фотонов. Для этого достаточно провести необходимое количество экспозиций при одинаковых условиях [7].

В каждой из экспозиции определяют полное число падающих квантов и полный сигнал, принятый детектором. Далее, по полученным наборам чисел, вычисляют соответствующие средние и дисперсии, которые затем подставляют в определение (1) и окончательно вычисляют квантовую эффективность детектирования системы. Такой метод нахождения КЭД является, по-видимому, прямым методом измерения в полном соответствии с определением КЭД, использованном, в частности, в [7] и [5].

Безусловно, такой метод является самодостаточным, то есть однозначно определенная величина (1) измеряется четко отработанным методом. Однако, здесь, все равно, возникает несколько вопросов. Во-первых, трудности с созданием высокостабильных источников рентгена поднимают вопрос о возможности определения квантовой эффективности детектирования по одному снимку. Во-вторых, остается неясным, можно ли с помощью, определенной таким образом квантовой эффективности детектирования судить о способности системы отображать рентгеновское изображение в случае, когда на нем есть детали разного контраста и разного размера.

 

3. Квантовая эффективность детектирования при заданной пространственной частоте

Для того, чтобы КЭД могла характеризовать и пространственное разрешение прибора определение (1) обобщают на случай заданной пространственной частоты. В этом случае квантовую эффективность детектирования определяют в следующем виде [4], [8]:

image006.gif.                                            (2)

Это выражение кажется простым обобщением определения (1) на случай конечной частоты. Однако, соотношение (2) кардинально отличается от (1). Если в (1) под сигналом имеется в виду полное число падающих квантов, то в новом определении КЭД (2) под сигналом подразумевается амплитуда сигнала, то есть отличие его от фона. Пусть, например, сигнал во входной области имеет вид

image007.gif,                                                          (3)

где image008.gif– среднее значение сигнала (число квантов на единицу длины), image009.gif– амплитуда модуляции с определенной пространственной частотой image010.gif, а image011.gif – случайный шум с нулевым средним. Тогда в определение (2) в качестве входного сигнала входит величина image009.gif [3]. В то же время, если сигнал имеет форму (3), то в определение (1) подставляется величина image012.gif, где image013.gif – размер детектора. Также неоднозначно обстоит дело и с шумами. В (2) подставляются функции, определяющие спектральные свойства функции image011.gif, а в (1) – дисперсия величины image012.gif.

Для экспериментального измерения КЭД на определенной частоте наиболее удобной является формула следующего вида [9]:

image014.gif,                                                (4)

в которой предполагается, что кванты в исходном потоке не коррелированны, image015.gif – среднее число исходных квантов, падающих на один экранный пиксель. При использовании соотношения (4) необходимо в конечном изображении определить амплитуду модуляции image016.gif, а также найти шумы и их спектральную плотность на заданной частоте image017.gif. Очевидно, такой метод экспериментального определения КЭД достаточно громоздок, так как требует создания тест-объектов с заданной частотой. В связи с этим, в качестве параметра, который приводится как один из технических параметров выпускаемых приборов, используется величина квантовой эффективности детектирования на нулевой частоте image018.gif. Обсудим преимущества и недостатки этого параметра в следующем разделе.

 

4. Квантовая эффективность детектирования при нулевой частоте

Определение image019.gif, казалось бы, должно следовать из соотношения (4), в котором следует положить image020.gif. Однако, при этом сразу же возникает проблема задания входного сигнала, то есть исходного контраста. Так как строгое равенство image020.gif соответствует равномерному распределению исходного сигнала, то image021.gif, входящее в (4), равно нулю. С другой стороны, амплитуда выходного сигнала также равняется нулю. В таких случаях величина image022.gif определяется как предел, к которому при уменьшении частоты стремятся экспериментально измеренные значения image023.gif, при условии, что такой предел существует. Неудобства такого метода экспериментального определения КЭД очевидны.

В качестве альтернативы можно использовать соотношение (4), предположив наличие линейной связи между image015.gif и image024.gif. Тогда для image019.gif можно предложить следующее соотношение

image025.gif.                                                            (5)

В этом соотношении, в отличие от (4), входит не отношение image026.gif изменений полных интенсивностей, а отношение самих полных интенсивностей image027.gif, как это было при определении квантовой эффективности одиночного детектора. Заметим, что это возможно только в случае линейной связи между выходным и входным сигналами при любых величинах входного сигнала. Однако в реальных системах возможны отклонения отклика от линейного закона. Поэтому, соотношение (5), как и метод определения квантовой эффективности одиночного детектора могут давать неверные сведения о возможности передачи контраста системой визуализации.

Предположим, что мы имеем дело с идеально линейной системой. Тогда вся сложность сводится к вычислению величины спектральной плотности шума на частоте равной нулю. Только в наиболее простом случае «белого» шума в итоговом изображении, когда спектральная плотность не зависит от частоты, величину image028.gif можно было бы определять таким соотношением:

image029.gif,                                                                           (6)

где image030.gif – дисперсия сигнала, измеренная по снимку обычным образом. Безусловно, такой метод достаточно  прост, однако он обладает несколькими недостатками.

1.     Любая корреляция между пикселями приводит к тому, что image030.gif, представляющая собой среднюю спектральную плотность шума, становится меньше image028.gif. Поэтому использование image030.gif вместо image028.gif в соотношении (5) приводит к завышенным значениям квантовой эффективности детектирования системы. Рассмотрим подробнее эту ситуацию.

Пусть на каком-нибудь из этапов визуализации происходит усреднение между соседними пикселями, то есть низкочастотная фильтрация (вплоть до замены значений сигнала во всех пикселях image015.gif на среднее по изображению image032.gif). Тогда, естественно, шум в выходом изображении, будет или вообще отсутствовать, или определятся только последующими ступенями преобразования сигнала. При этом КЭД будет неправдоподобно велика, а вывод о высоком качестве такого прибора ни в коей мере не будет соответствовать действительности. Дело в том, что обсуждаемый метод измерения КЭД на нулевой частоте, не имея во входном изображении никакого контрастного сигнала, не в состоянии выявить указанный недостаток системы визуализации.

2.     Предположим, что шум действительно «белый». В этом случае дисперсия image030.gif, измеренная на одном снимке равна дисперсии, вычисленной по множеству сигналов, полученных от одного, отдельно взятого пикселя при большом количестве экспозиций. Но, тогда, найденная по (5) image019.gif, является квантовой эффективностью детектирования одного пикселя, как отдельно взятого прибора. Однако, в реальных системах визуализации к рассмотренным выше процессам, ухудшающим свойства системы, добавляются такие процессы, как шумы считывания сигнала в ячейках ПЗС, темновые токи и заряды [6], шумы усилительного тракта, шумы оцифровки и т.п. Эти процессы приводят к тому, что квантовая эффективность детектирования меняется в зависимости от числа исходных квантов. Естественно, при заданной плотности потока падающих квантов КЭД отдельного элементарного детектора будет гораздо меньше КЭД всего детектора в целом. Действительно, если мы оцениваем сигнал при нулевой частоте принятый всей совокупностью пикселей, то вклад, например, шумов считывания уменьшается в меру количества пикселей. Поэтому возможна ситуация, когда шумы отдельных пикселей очень большие, но система обладает хорошими качествами по отображению однородных объектов большого размера. Таким образом, КЭД отдельного элементарного детектора может давать информацию о КЭД всего прибора только в случае большой дозы, попадающей на этот элементарный детектор.

3.     Еще одной проблемой, возникающей при попытке оценить КЭД всей системе на нулевой частоте, зная КЭД элементарного детектора, является то, что нулевая частота для одного пикселя не является таковой для всего прибора (хотя обратное верно). На самом деле сигнал любой формы, поданный на весь детектор, для каждого отдельного пикселя является сигналом нулевой частоты, так как элементарный детектор не в состоянии вообще отображать никакие пространственные частоты, кроме нулевой. В этом случае КЭД отдельных элементарных детекторов будет одной и той же, вне зависимости от формы сигнала поданного на весь детектор. КЭД всего прибора, конечно же будет зависеть от формы сигнала, в частности от его частоты.

Таким образом, приведенные методы измерения КЭД на нулевой частоте обладают рядом недостатков. Чтобы измерить КЭД с помощью создания радиационного контраста во входном изображении потребуются многократные эксперименты с уменьшающимся значением частоты. А измерения КЭД при однородной засветке экрана вообще могут дать результаты, не соответствующие реальному качеству системы визуализации. Более того, квантовая эффективность детектирования на нулевой частоте является неадекватной характеристикой качества системы визуализации, так как она не определяет ни способность системы передавать контраст, ни разрешение системы.

В связи с этим целесообразным кажется другое обобщение величины image033.gif на нулевые частоты, а именно такое, которое несло бы информацию о каком-нибудь объекте конечного контраста. В следующей статье предлагается использовать понятие КЭД не на конкретной частоте, а при наличии объекта конечного размера. Такое определение будет близко хорошо известной величине порогового контраста, которая характеризует способность системы визуализации различать объекты конечного размера и контраста.

 

 

5. Заключение

В работе проведен критический анализ понятия квантовой эффективности детектирования. Обсуждаются различные методы определения квантовой эффективности детектирования. В частности, рассматривается метод определения КЭД всего прибора в целом, способы нахождения квантовой эффективности детектирования при конечной пространственной частоте (4). Особое внимание уделяется понятию квантовой эффективности детектирования на нулевой частоте (5). Обсуждаются трудности, возникающие при определении этого параметра, а также его недостатки, как параметра, характеризующего качество систем визуализации рентгеновского излучения.

 

Литература

1.   Rose A.// J. Soc. Motion Pict. Eng. – 1946. – V. 47. – P. 273.

2.   Jones R.C. // J. Opt. Soc.Am. – 1956. – V. 49. – P. 645 – 653.

3.   H.Gfirtner // В сб. Quality Assurance and Patient Radiation Protection in Diagnostic Radiology. – Berlin. – 1996.

4.   Cunningham I.A. // В сб. The Expanding Role of Medical Physics in Diagnostic Imaging. – Madison, Wisconsin. – 1997. – P. 231 – 263.

5.   Бутслов М.М., Степанов Б.М., Фанченко С.Д. Электронно-оптические преобразователи и их применение в научных исследованиях. – М. – 1978.

6.   Моргун О.Н., Немченко К.Э. //

7.   Государственный стандарт Российской федерации «Характеристики электронно-оптических усилителей рентгеновского изображения». – М. – 2000.

8.   Rabbani M., Shaw R., Van Metter R. // J.Opt.Soc.Am.–1987.–V. A4. – P. 895 – 901.

9.   Shaw R. // J. Photogr. Sc. – 1963. – V. 11. – P. 19 – 204.

1.     Введение

Прогресс в компьютерной технике и ее широкое внедрение в различных областях лучевой диагностики привел к тому, что цифровые рентгеновские аппараты повсеместно устанавливаются в клиниках и завоевывают доверие практикующих врачей. Если еще пять лет назад, в основном, обсуждались преимущества и недостатки цифровой рентгенологии по сравнению с обычной пленочной, то теперь возникает вопрос о сравнении между собой различных цифровых устройств. К стандартным методам сравнения различных аппаратов является определение их разрешающей способности, а также определение порогового контраста, то есть способности приборов различать малоконтрастные объекты заданного размера.

Еще один, широко используемый метод сравнения систем визуализации – это сравнение квантовых эффективностей детектирования (КЭД), которые несут информацию о дополнительных шумах, вносимых в сигнал на всех этапах преобразования сигнала. Этот параметр (КЭД) обладает большим количеством достоинств. Он объективно определяется из экспериментов, учитывает вклад каждой ступени преобразования сигнала, и, поэтому, позволяет количественно сравнивать между собой различные схемы визуализации рентгеновского излучения, как на стадии проектирования, так и серийно выпускаемых приборов. Основным неудобством при использовании параметра КЭД является сложность его экспериментального определения, а также неоднозначность и несоответствие друг другу различных определений КЭД. В предлагаемой работе обсуждаются достоинства и недостатки различных определений КЭД.

 

2. Определение квантовой эффективности детектирования

Любая система визуализации, как и любая система преобразования сигнала из одной формы в другую, ухудшает качество сигнала, то есть приводит к уменьшению отношения сигнал/шум. Для количественной оценки эффективности различных детектирующих устройств, начиная от глаза человека и заканчивая телевизионными трубками, в работах [1], [2] была впервые введена величина, которая получила название «квантовая эффективность детектирования» (КЭД) (detective quantum efficiency – DQE). Это название было связано с ее физической сутью – она определялась относительной величиной зарегистрированных детектором квантов исходного излучения. Затем было проведено естественное обобщение такого определения на любые сложные устройства, даже такие, которые содержат на некоторых этапах преобразования информации аналоговые сигналы. Теперь в качестве КЭД, как меры качества преобразования информации, используют следующее определение [1], [3] – [6]:

image001.gif,                                                (1)

где image002.gif и image003.gif – отношения сигнал/шум на выходе и входе, соответственно.

При таком определении величина image004.gif может характеризовать всю систему визуализации в целом. Дело в том, что каждый этап преобразования падающего рентгеновского излучения – поглощение в люминофоре, генерация квантов видимого диапазона, их поглощение в детекторах света (например, в ПЗС) и т.д. – вносит дополнительные шумы в общий сигнал. В этом случае КЭД прибора представляется в виде произведения величин image005.gif, характеризующих каждый из этапов в отдельности [4].

Согласно определению (1) для измерения квантовой эффективности детектирования необходимо знать полное число исходных квантов, а также измерить полученный сигнал и его дисперсию. Определение последней величины зачастую вызывает определенные трудности.

Наиболее естественной, по-видимому, является методика измерения КЭД одиночного детектора. В этой методике явным образом реализуют случайный процесс, соответствующий падающему потоку фотонов. Для этого достаточно провести необходимое количество экспозиций при одинаковых условиях [7].

В каждой из экспозиции определяют полное число падающих квантов и полный сигнал, принятый детектором. Далее, по полученным наборам чисел, вычисляют соответствующие средние и дисперсии, которые затем подставляют в определение (1) и окончательно вычисляют квантовую эффективность детектирования системы. Такой метод нахождения КЭД является, по-видимому, прямым методом измерения в полном соответствии с определением КЭД, использованном, в частности, в [7] и [5].

Безусловно, такой метод является самодостаточным, то есть однозначно определенная величина (1) измеряется четко отработанным методом. Однако, здесь, все равно, возникает несколько вопросов. Во-первых, трудности с созданием высокостабильных источников рентгена поднимают вопрос о возможности определения квантовой эффективности детектирования по одному снимку. Во-вторых, остается неясным, можно ли с помощью, определенной таким образом квантовой эффективности детектирования судить о способности системы отображать рентгеновское изображение в случае, когда на нем есть детали разного контраста и разного размера.

 

3. Квантовая эффективность детектирования при заданной пространственной частоте

Для того, чтобы КЭД могла характеризовать и пространственное разрешение прибора определение (1) обобщают на случай заданной пространственной частоты. В этом случае квантовую эффективность детектирования определяют в следующем виде [4], [8]:

image006.gif.                                            (2)

Это выражение кажется простым обобщением определения (1) на случай конечной частоты. Однако, соотношение (2) кардинально отличается от (1). Если в (1) под сигналом имеется в виду полное число падающих квантов, то в новом определении КЭД (2) под сигналом подразумевается амплитуда сигнала, то есть отличие его от фона. Пусть, например, сигнал во входной области имеет вид

image007.gif,                                                          (3)

где image008.gif– среднее значение сигнала (число квантов на единицу длины), image009.gif– амплитуда модуляции с определенной пространственной частотой image010.gif, а image011.gif – случайный шум с нулевым средним. Тогда в определение (2) в качестве входного сигнала входит величина image009.gif [3]. В то же время, если сигнал имеет форму (3), то в определение (1) подставляется величина image012.gif, где image013.gif – размер детектора. Также неоднозначно обстоит дело и с шумами. В (2) подставляются функции, определяющие спектральные свойства функции image011.gif, а в (1) – дисперсия величины image012.gif.

Для экспериментального измерения КЭД на определенной частоте наиболее удобной является формула следующего вида [9]:

image014.gif,                                                (4)

в которой предполагается, что кванты в исходном потоке не коррелированны, image015.gif – среднее число исходных квантов, падающих на один экранный пиксель. При использовании соотношения (4) необходимо в конечном изображении определить амплитуду модуляции image016.gif, а также найти шумы и их спектральную плотность на заданной частоте image017.gif. Очевидно, такой метод экспериментального определения КЭД достаточно громоздок, так как требует создания тест-объектов с заданной частотой. В связи с этим, в качестве параметра, который приводится как один из технических параметров выпускаемых приборов, используется величина квантовой эффективности детектирования на нулевой частоте image018.gif. Обсудим преимущества и недостатки этого параметра в следующем разделе.

 

4. Квантовая эффективность детектирования при нулевой частоте

Определение image019.gif, казалось бы, должно следовать из соотношения (4), в котором следует положить image020.gif. Однако, при этом сразу же возникает проблема задания входного сигнала, то есть исходного контраста. Так как строгое равенство image020.gif соответствует равномерному распределению исходного сигнала, то image021.gif, входящее в (4), равно нулю. С другой стороны, амплитуда выходного сигнала также равняется нулю. В таких случаях величина image022.gif определяется как предел, к которому при уменьшении частоты стремятся экспериментально измеренные значения image023.gif, при условии, что такой предел существует. Неудобства такого метода экспериментального определения КЭД очевидны.

В качестве альтернативы можно использовать соотношение (4), предположив наличие линейной связи между image015.gif и image024.gif. Тогда для image019.gif можно предложить следующее соотношение

image025.gif.                                                            (5)

В этом соотношении, в отличие от (4), входит не отношение image026.gif изменений полных интенсивностей, а отношение самих полных интенсивностей image027.gif, как это было при определении квантовой эффективности одиночного детектора. Заметим, что это возможно только в случае линейной связи между выходным и входным сигналами при любых величинах входного сигнала. Однако в реальных системах возможны отклонения отклика от линейного закона. Поэтому, соотношение (5), как и метод определения квантовой эффективности одиночного детектора могут давать неверные сведения о возможности передачи контраста системой визуализации.

Предположим, что мы имеем дело с идеально линейной системой. Тогда вся сложность сводится к вычислению величины спектральной плотности шума на частоте равной нулю. Только в наиболее простом случае «белого» шума в итоговом изображении, когда спектральная плотность не зависит от частоты, величину image028.gif можно было бы определять таким соотношением:

image029.gif,                                                                           (6)

где image030.gif – дисперсия сигнала, измеренная по снимку обычным образом. Безусловно, такой метод достаточно  прост, однако он обладает несколькими недостатками.

1.     Любая корреляция между пикселями приводит к тому, что image030.gif, представляющая собой среднюю спектральную плотность шума, становится меньше image028.gif. Поэтому использование image030.gif вместо image028.gif в соотношении (5) приводит к завышенным значениям квантовой эффективности детектирования системы. Рассмотрим подробнее эту ситуацию.

Пусть на каком-нибудь из этапов визуализации происходит усреднение между соседними пикселями, то есть низкочастотная фильтрация (вплоть до замены значений сигнала во всех пикселях image015.gif на среднее по изображению image032.gif). Тогда, естественно, шум в выходом изображении, будет или вообще отсутствовать, или определятся только последующими ступенями преобразования сигнала. При этом КЭД будет неправдоподобно велика, а вывод о высоком качестве такого прибора ни в коей мере не будет соответствовать действительности. Дело в том, что обсуждаемый метод измерения КЭД на нулевой частоте, не имея во входном изображении никакого контрастного сигнала, не в состоянии выявить указанный недостаток системы визуализации.

2.     Предположим, что шум действительно «белый». В этом случае дисперсия image030.gif, измеренная на одном снимке равна дисперсии, вычисленной по множеству сигналов, полученных от одного, отдельно взятого пикселя при большом количестве экспозиций. Но, тогда, найденная по (5) image019.gif, является квантовой эффективностью детектирования одного пикселя, как отдельно взятого прибора. Однако, в реальных системах визуализации к рассмотренным выше процессам, ухудшающим свойства системы, добавляются такие процессы, как шумы считывания сигнала в ячейках ПЗС, темновые токи и заряды [6], шумы усилительного тракта, шумы оцифровки и т.п. Эти процессы приводят к тому, что квантовая эффективность детектирования меняется в зависимости от числа исходных квантов. Естественно, при заданной плотности потока падающих квантов КЭД отдельного элементарного детектора будет гораздо меньше КЭД всего детектора в целом. Действительно, если мы оцениваем сигнал при нулевой частоте принятый всей совокупностью пикселей, то вклад, например, шумов считывания уменьшается в меру количества пикселей. Поэтому возможна ситуация, когда шумы отдельных пикселей очень большие, но система обладает хорошими качествами по отображению однородных объектов большого размера. Таким образом, КЭД отдельного элементарного детектора может давать информацию о КЭД всего прибора только в случае большой дозы, попадающей на этот элементарный детектор.

3.     Еще одной проблемой, возникающей при попытке оценить КЭД всей системе на нулевой частоте, зная КЭД элементарного детектора, является то, что нулевая частота для одного пикселя не является таковой для всего прибора (хотя обратное верно). На самом деле сигнал любой формы, поданный на весь детектор, для каждого отдельного пикселя является сигналом нулевой частоты, так как элементарный детектор не в состоянии вообще отображать никакие пространственные частоты, кроме нулевой. В этом случае КЭД отдельных элементарных детекторов будет одной и той же, вне зависимости от формы сигнала поданного на весь детектор. КЭД всего прибора, конечно же будет зависеть от формы сигнала, в частности от его частоты.

Таким образом, приведенные методы измерения КЭД на нулевой частоте обладают рядом недостатков. Чтобы измерить КЭД с помощью создания радиационного контраста во входном изображении потребуются многократные эксперименты с уменьшающимся значением частоты. А измерения КЭД при однородной засветке экрана вообще могут дать результаты, не соответствующие реальному качеству системы визуализации. Более того, квантовая эффективность детектирования на нулевой частоте является неадекватной характеристикой качества системы визуализации, так как она не определяет ни способность системы передавать контраст, ни разрешение системы.

В связи с этим целесообразным кажется другое обобщение величины image033.gif на нулевые частоты, а именно такое, которое несло бы информацию о каком-нибудь объекте конечного контраста. В следующей статье предлагается использовать понятие КЭД не на конкретной частоте, а при наличии объекта конечного размера. Такое определение будет близко хорошо известной величине порогового контраста, которая характеризует способность системы визуализации различать объекты конечного размера и контраста.

 

 

5. Заключение

В работе проведен критический анализ понятия квантовой эффективности детектирования. Обсуждаются различные методы определения квантовой эффективности детектирования. В частности, рассматривается метод определения КЭД всего прибора в целом, способы нахождения квантовой эффективности детектирования при конечной пространственной частоте (4). Особое внимание уделяется понятию квантовой эффективности детектирования на нулевой частоте (5). Обсуждаются трудности, возникающие при определении этого параметра, а также его недостатки, как параметра, характеризующего качество систем визуализации рентгеновского излучения.

 

Литература

1.   Rose A.// J. Soc. Motion Pict. Eng. – 1946. – V. 47. – P. 273.

2.   Jones R.C. // J. Opt. Soc.Am. – 1956. – V. 49. – P. 645 – 653.

3.   H.Gfirtner // В сб. Quality Assurance and Patient Radiation Protection in Diagnostic Radiology. – Berlin. – 1996.

4.   Cunningham I.A. // В сб. The Expanding Role of Medical Physics in Diagnostic Imaging. – Madison, Wisconsin. – 1997. – P. 231 – 263.

5.   Бутслов М.М., Степанов Б.М., Фанченко С.Д. Электронно-оптические преобразователи и их применение в научных исследованиях. – М. – 1978.

6.   Моргун О.Н., Немченко К.Э. //

7.   Государственный стандарт Российской федерации «Характеристики электронно-оптических усилителей рентгеновского изображения». – М. – 2000.

8.   Rabbani M., Shaw R., Van Metter R. // J.Opt.Soc.Am.–1987.–V. A4. – P. 895 – 901.

9.   Shaw R. // J. Photogr. Sc. – 1963. – V. 11. – P. 19 – 204.


Все статьи