Dijital radyografik görüntüleme sistemlerinde görüntü kalitesi metriklerinin incelenmesi ve metriklerin hesaplanması için yazılım geliştirilmesi

Abstract

Dijital sistemler son yıllarda radyolojik incelemelerde sıklıkla kullanılmaya başlanmıştır. Bu sistemlerin avantajlarından biri, dijital ortamda görüntü işleme yapılabilir olması ve buna bağlı olarak görüntü kalitesi ve sistem performansının nicel olarak hesaplanabilmesidir. Bu amaca yönelik olarak bu metriklerin hem görüntü üzerinde hem de frekans uzayında hesaplanması mümkündür. Geçtiğimiz yıllarda bu amaçla Nükleer Bilimler Enstitü bünyesinde NBEGKY adında modüler bir yazılım geliştirilmiştir (Üncü 2013). Bu tez çalışmasında, görüntü kalitesi, dedektör performansı ve gürültü karakteristiğinin hesaplanmasına yönelik olarak yeni algoritmalar gerçekleştirilmiştir ve araçlar hazırlanmıştır. Bu algoritmaları sistemlerin doğrusal doz yanıtına sahip olduğunu varsaymaktadır. Öncelikle doğrusal olmayan sistemler için düzeltme yapan STPTool geliştirilerek doz yanıtı ile ilgili katsayıları hesaplanmıştır. Görüntü kalitesi metriklerinden Modülasyon Transfer Fonksiyonu (modulation transfer function, MTF) hesaplamasında önceki yazılımda kullanılan IEC yöntemine ek olarak yeni bir yöntem eklenmiş ve iki yöntem kıyaslanmıştır. Yöntem parametrelerinin kontrol edilebileceği ve hesaplamaların yapıldığı bir MTFTool geliştirilmiştir. Görüntüdeki gürültünün frekans uzayında hesaplanması için NNPS Tool aracı hazırlanmıştır. Normalize Gürültü Güç Spektrumunun (normalized noise power spectrum, NNPS) hesaplanmasında kullanılan parametrelerin spektrum üzerindeki etkileri incelenmiştir. Geliştirilen araçlar farklı yazılımlar ile kıyaslanmıştır. Dedeksiyon Kuantum Verimliliği (detection quantum effieciency, DQE) ve etkin dedeksiyon kuantum verimliliği (eDQE) gibi dedektör ve sistem performansı metriklerinin hesaplanması için DQE/eDQETool aracı geliştirilmiştir. Saçılım kesrinin hesaplanması için BeamStopEvaluator aracı oluşturulmuş ve fantom değerlendirilmesi modülüne eklenmiştir. Yeni hazırlanan modüllerin yanı sıra yazılımın arayüzü de yeniden tasarlanmıştır. Son olarak geliştirilen yazılımın kullanım kılavuzu yazılmıştır.

In recent years, digital systems has been used frequently in radiological examinations. One advantage of these systems is the possibility of using digital image processing tools, and accordingly, calculation of image quality and system performance quantitatively. It is possible to calculate these metrics both on the image itself and on its frequency domain representation. For this purpose, a software was developed within our Institute of Nuclear Sciences in the past with certain capabilities (Üncü 2013). In this study, new algorithms were implemented and new tools were developed to evaluate the image quality, detector performance and noise characteristics. These algorithms assume that the system dose response is to be linear. For nonlinear systems, dose response is characterized and coefficients were calculated using the STPTool developed within the thesis work. In addition to the IEC method used in the former software, a new method has been added to calculate one of image quality metrics, namely the Modulation Transfer Function (MTF) and two methods were compared. To calculate and control the parameters used in algortihms, MTFTool has been developed. NNPS Tool is designed to calculate the noise in frequency space. Parameters used that effect in calculation of Normalized Noise Power Spectrum (NNPS) were examined. Developed tools has been compared with different softwares. For calculating detector performance, detection quantum efficiency (DQE) and for determining the overall system performance, effective detection quantum efficiency (eDQE) were used. DQE/eDQETool was developed to calculate these metrics. For finding the scatter fraction, Beam Stop Evaluator was developed and added to the phantom evaluation module. In addition to new modules, software interface was redesigned. Finally, the software developed manual was prepared.