《X射线计算机体层摄影设备图像质量评价方法 第1部分 调制传递函数（MTF）》征求意见稿

ICS11.040.50C43YY中华人民共和国医药行业标准YY/T XXXXXXXXXX射线计算机体层摄影设备图像质量评价方法 第1部分 调制传递函数（MTF）ThemethodofevaluationforComputedTomographyImageQualityPart 1 Modulation Transfer Function（MTF）点击此处添加与国际标准一致性程度的标识(征求意见稿)XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施国家药品监督管理局发布XX/T XXXXXXXXX目次目次I前言IIX射线计算机体层摄影设备图像质量评价方法第1部分调制传递函数（MTF）11范围12规范性引用文件13术语和定义13.1定义13.1.1CT运行条件13.1.2CT扫描装置23.1.3感兴趣区域 region of interest （ROI）23.1.4空间分辨率 Spatial Resolution23.1.5点扩散函数 Point Spread Function （PSF）23.2要求的程度24试验概述34.1体模、试验设备34.2几何位置34.3试验条件35试验方法45.1试验步骤45.1.1XY平面的空间分辨率45.1.2Z轴的空间分辨率45.2MTF计算原理45.3MTF的计算方法55.3.1XY平面MTF的计算方法55.3.2Z轴MTF的计算方法66结果表达66.1XY平面MTF结果表达66.2Z轴MTF结果表达7附录A （资料性附录）参考文献8前言空间分辨率，又称高对比度分辨率是CT系统图像性能的重要指标，也是CT销售市场的重要竞争指标；早期该指标的测试主要通过目测高对比度线对或小孔的主观测试方法。主观的评估方法受限于人眼的观察能力，无法准确描述CT性能。因此，MTF频率域曲线客观评估方案被各大厂商用来进行CT评估。现有标准（如YY 0310）空间分辨率测试项的测试方法描述为：用MTF方法对空间分辨率进行检测，但目前缺少对MTF测试方法的详尽准确的描述。使得业内不同厂商在评价空间分辨率测试项时做法是存在差异，各厂商获得的空间分辨率的测试结果可比性较差。此方法性标准是基于上述提出的现状，以规范行业内CT性能指标调制传递函数的测试手段和评价标准为目的提出的。该检测方法标准的实施必将使得CT行业内空间分辨率的客观评估标准统一和标准化。8X射线计算机体层摄影设备图像质量评价方法 第1部分 调制传递函数（MTF）1 范围本标准规定了X射线计算机体层摄影设备的图像空间分辨率的调制传递函数试验方法。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。IEC60788 医用电气设备 定义术语汇编GB9706.18 医用电气设备第2部分：X射线计算机体层摄影设备安全专用要求GB/T 19042.5X射线计算机体层摄影设备成像性能验收试验ISO 9334 光学及光学仪器光学传递函数定义与数学关系3 术语和定义3.1 定义考虑到本部分的目的，IEC 60788中确定的以及下列术语和定义适用于本部分，当定义之间有歧义时，优先考虑本定义。3.1.1 CT运行条件所有主导CT扫描装置运行的可选参数，包括例如标称体层切片厚度、CT螺旋系数、滤过、峰值X射线管电压以及X射线管电流和加载时间或电流时间积。GB 9706.18: 2006，定义2.1023.1.2 CT扫描装置对不同角度的X射线辐射传输数据进行计算机重建，生成人体的横截面图像，从而用于医学诊断的X射线系统。该普通型装置可能包括信号分析和显示设备、患者支架、支持部件和附件。GB 9706.18: 2006，定义2.1013.1.3 感兴趣区域 regionofinterest（ROI）某一时刻在图像上划出的特别感兴趣的图像的局部部分。GB/T 19042.53.1.4 空间分辨率 SpatialResolution当物体和背景衰减值的差远大于噪声时，计算机体层摄影设备在显示图像中能分辨出不同物体的能力。GB/T 19042.53.1.5 点扩散函数 PointSpreadFunction（PSF）点光源影像辐照度的归一化分布。ISO 93343.2 要求的程度本部分中的助动词：- “应”（shall）表示服从某一项要求是必要的。- “宜”（should）表示服从某一项要求是极力推荐的但并非强制性的。- “可”（may）表示为了符合本部分，服从某一项要求是允许以特殊的方式去完成的。以下词语具有的意义：- “特定的”（specific）当与参数或条件一同使用时：指一个特殊的值或标准化布置，通常是指那些在IEC标准或法律中所要求的；见IEC 60788，rm-74-01。- “规定的”（specified）当与参数或条件一同使用时：通常在随机文件中指出的或所考虑目的下而选择的值或布置；见IEC 60788，rm-74-02。- “设计用于”（designed for）当在标准中用于描述设备、器件、零部件或布置特性时：指产品预定的和通常明显的应用目的或用途。4 试验概述4.1 体模、试验设备推荐使用符合美国医学物理学家协会（AAPM）标准的CT体模；说明：美国医学物理学家协会（AAPM）第1号技术报告标准为用于CT扫描仪性能评价和质量保证的模体。客观评价XY平面的空间分辨率MTF，推荐使用合适尺寸的金属丝。其中，金属丝的材质密度不低于铝，金属丝直径不大于0.3mm。客观评价Z轴的空间分辨率MTF，推荐使用合适尺寸的金属薄盘。其中，薄盘的材质密度不低于铝，薄盘的厚度不大于0.1mm。4.2 几何位置模体轴线应平行于Z轴。在进行XY平面的空间分辨率评价试验时，模体应当在置于距离扫描中心3010 mm位置时进行MTF测量。在进行Z轴的空间分辨率评价试验时，模体应当在置于距离扫描中心位置时进行MTF测量。4.3 试验条件应在下述条件下进行试验：厂商在随机文件中披露空间分辨率测试指标对应的的CT运行条件（含扫描参数和重建参数）。使用随机文件所描述的CT运行条件进行扫描，选择典型的成人头部、成人体部（若适用）、儿童头部（若适用）和儿童体部（若适用）的CT运行条件，以及可获得最高空间分辨率的CT运行条件。说明：在试验时，采用数据参数表格形式进行CT运行条件的记录。5 试验方法5.1 试验步骤5.1.1 XY平面的空间分辨率将检测模体置于扫描视野的中心，模体圆柱轴线与扫描层面垂直。使用如4.3所述的CT运行条件对包含金属丝的模体部分进行扫描并重建图像。5.1.2 Z轴的空间分辨率将检测模体置于扫描视野的中心，模体圆柱轴线与扫描层面垂直。使用如4.3所述的CT运行条件对包含金属薄盘的模体部分进行扫描并重建图像。说明：推荐使用螺旋扫描模式。5.2 MTF计算原理系统的空间分辨率通常用调制传递函数（Modulation Transfer Function,MTF）来表征，MTF反映了系统对不同频率成分的响应。MTF通常通过测量系统的点扩散函数（Point Spread Function, PSF）来获得，点扩散函数可视作系统的冲激响应，通过引入一个空间上的冲激信号作为输入，测量系统输出的频率成分。对于CT成像系统，输入的冲激信号可由一个在待测空间上尺寸足够小、密度与背景差别足够大的物体来提供，例如待测空间为XY平面时，可用垂直于XY平面的金属丝来提供冲激输入。5.3 MTF的计算方法系统的MTF可以通过计算其PSF的傅里叶变换的幅值得到。5.3.1 XY平面MTF的计算方法按照5.1.1的方法，可以得到一系列包含金属丝的重建图像，基于重建的DICOM图像进行分析：1）在图像中，以金属丝中心为中心，提取ROI得到二维的PSF；2）将二维PSF以金属丝中心为原点，进行360的极坐标变换，沿角度方向取平均获得一维PSF；3）将一维PSF减去背景得到修正后的PSF；4）将修正后的PSF进行傅里叶变换，获取幅值得到一维的MTF，并按直流幅度进行归一化，得到归一化的MTF曲线；5）通过归一化的MTF曲线可得到若干幅度对应的频率值。常用的MTF 10%和MTF 50%分别代表归一化MTF曲线上幅值为0.1和0.5处对应的频率值。归一化的MTF曲线说明1：在提取的ROI区域内，应只包含金属丝及均匀背景，无其它物体。说明2：在MTF计算过程中，也可以先对二维PSF进行二维傅里叶变换得到二维的MTF，再进行极坐标变换并沿角度方向取平均得到一维MTF曲线。说明3：MTF 0%通常是通过拟合的方法得到，随拟合方法不同结果波动较大，并且对于临床没有直接的意义，因此本标准不推荐采用MTF 0%来进行空间分辨率的评价。5.3.2 Z轴MTF的计算方法按照5.1.2的方法，可以得到一系列包含金属薄盘的重建图像。1）在图像序列中，以金属薄盘中心为中心，在金属薄盘范围内提取ROI，获取序列中每张图像同坐标区域ROI的像素均值，组合在一起可以得到Z方向的一维PSF；2）将一维PSF减去背景得到修正后的PSF；3）将修正后的PSF进行傅里叶变换，获取幅值得到一维的MTF，并按直流幅度进行归一化，得到归一化的MTF曲线；4）通过归一化的MTF曲线可得到若干幅度对应的频率值。6 结果表达在表述MTF时，下面参数需要说明：测量MTF的方法，如果与本部分建议的测量方法不同，请详细说明；6.1 XY平面MTF结果表达XY平面MTF的测量结果应使用数据表格的形式表达（如下表所示）：参数列表单位参数值扫描参数管电压kV管电流mA电流时间积mAs旋转速度s前准直形状过滤器类型前准直开缝宽度mm螺距（如适用）CTDI模型尺寸cmCTDIvolmGy特殊扫描模式（如适用）比如飞焦点，梳状过滤器等球管焦点大小重建参数重建视野mm重建矩阵大小重建模式，比如，是否采用滤波反投影重建图像厚度mm重建图像层间隔mm重建卷积核测试项目标称值(lp/cm)测量值(lp/cm)XY平面MTFMTF 10% ：MTF 50% ：6.2 Z轴MTF结果表达Z轴MTF的测量结果应使用数据表格的形式表达（如下表所示）：参数列表单位参数值扫描参数管电压kV管电流mA电流时间积mAs旋转速度s前准直形状过滤器类型前准直开缝宽度mm螺距（如适用）CTDI模型尺寸cmCTDIvolmGy特殊扫描模式（如适用）比如飞焦点，梳状过滤器等球管焦点大小重建参数重建视野mm重建矩阵大小重建模式，比如，是否采用滤波反投影重建图像厚度mm重建图像层间隔mm重建卷积核测试项目标称值(lp/cm)测量值(lp/cm)Z轴MTFMTF 10% ：MTF 50% ：说明1：影响MTF的因素有很多，其中起关键影响的参数包括球管焦点大小、前准直宽度、重建卷积核、重建层厚（比如对Z轴MTF影响较大）、重建视野和重建矩阵，以及特殊扫描模式（比如飞焦点，梳状过滤器等）。因此，这些参数在评测MTF时应予以记录。说明2：球管焦点大小，来源于IEC60336。附录A （资料性附录）参考文献1 AAPM Report No.1, Phantoms for performance evaluation and quality assurance of CT scanners：American Association of Physicists in Medicine (AAPM) Report No.1, 1977 (see http:/www.aapm.org/pubs/reports/rpt_01.pdf)2 Introduction to the optical transfer function, by C. Williams and O. Becklund, 1989, John Wiley & Sons, New York.3 Optics and optical Instruments Accuracy of optical transfer function(OTF) measurement, Draft International Standard ISO/DIS 11421.4 IEC 60336, Medical electrical equipment X-ray tube assemblies for medical diagnosis Characteristics of focal spots._