Sayısal radyolojik görüntüleme sistemleri için görüntü işleme ve değerlendirme araçlarının ve kullanıcı arayüzünün geliştirilmesi
Implementation of image processing and quality assessment tools for digital radiological imaging systems and development of a user interface
Yazar: YİĞİT ALİ ÜNCÜ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÖZLEM BİRGÜL
Ankara Üniversitesi / Nükleer Bilimler Enstitüsü / Medikal Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Geçmiş yıllarda, hem enstitüdeki sistemler kullanılarak hem de çeşitli hastanelerde bulunan farklı dijital görüntüleme sistemleri için görüntü kalitesi testleri yapılmıştır. Bu testlerde, çeşitli hazır paket programlar kullanılmaktadır. Bu programların, algoritmalarının uygulama detayları bilinmemekte ve algoritma parametrelerinin değiştirilmesi konusunda çeşitli kısıtlamaları mevcuttur. Ayrıca son yıllarda sıklıkla kullanılmaya başlayan yeni metrikler bu programlarda mevcut değildir. Belli ölçütleri hesaplayabilmek için farklı yazılımların kullanılması zorunluluğu, bu programların çıkışlarının karşılaştırılması isteği, çıktılar arası uyumsuzluk, değerlendirme sürecinin uzaması gibi etkenlerden dolayı Enstitü bünyesindeki çalışmalarda kullanılmak üzere görüntü işleme ve görüntü kalitesinin değerlendirmesi için bütünleşik bir araç ihtiyacı ortaya çıkmıştır.
Bu çalışmada, sayısal görüntüleme sistemlerinden alınan görüntülerde kalite kontrol testleri ve görüntü işleme uygulama algoritmaları gerçekleştirilerek, yine tez kapsamında hazırlanmış bir kullanıcı arayüzü ile birleştirilerek bir yazılım geliştirilmiştir. Görüntü işleme modülünde, görüntü üzerinde yapılan bazı sayısal hesaplama ve sayısal radyolojik görüntüleme sistemlerinde sıklıkla kullanılan filtreler kullanılmıştır.
Görüntüleme kalitesinin sayısal değerlendirilmesi, görsel değerlendirmeye göre daha objektif sonuçlar verdiğinden tez kapsamında sayısal değerlendirmeler üzerinde durulmuştur. Görüntü kalitesinin sayısal hesaplamalarından önce sinyal transfer fonksiyonu düzeltmesi yapılmıştır. Kenar görüntüleme metodu kullanımında açı hesaplamaları yapılmıştır. Farklı ilgi alan seçimlerinde (ROI) kenar dağılım fonksiyonlarının (ESF) nasıl değiştiği gözlemlenmiş, farklı türev seçimlerinin çizgisel dağılım fonksiyonu (LSF) ve modülasyon transfer fonksiyonu (MTF) üzerine etkisi ve ince gruplama işleminin ESF, LSF, MTF üzerine etkileri incelenmiştir. Gürültü güç dağılımı (NPS) hesaplamaları yapılmış ayrıca farklı ilgi alanı ve alt ilgi alanları boyutlarında NPS değişimleri incelenmiş, dedeksiyon kuantum etkinliği (DQE) hesaplamaları farklı frekans aralıklarında yapılmıştır. Bütün bu yöntemleri kullanıcıya sunmak için MATLAB programı kullanılarak tasarlanan ve gerçekleştirilen arayüz, modüler yapısı sayesinde ileride doğacak ihtiyaçlar doğrultusunda geliştirilebilir bir yapıdadır.

Anahtar Kelimeler: Radyolojik görüntüleme sistemleri, görüntü kalitesi değerlendirme, modülasyon transfer fonksiyonu, gürültü güç dağılımı, dedeksiyon kuantum etkinliği, görüntü işleme, MATLAB, kullanıcı arayüzü

Abstract:
In recent years, image quality tests were conducted using digital imaging systems both at our institute and at various hospitals. Various software packages are used in these studies. Implementation details of the algorithms of these packages are not known in detail and there are many restrictions on changing the parameters of the algorithms. Moreover, some new metrics that are introduced in recent years, are not available in these programs. Due to the necessity of using different programs for different metrics, the difficulty of comparing outputs of many programs, compatibility issues between outputs and prolonged evaluation times, an integrated image processing and image quality evaluation tool need was emerged.    
In this study, quality control and image processing algorithms were developed, implemented and tested using images acquired various radiological imaging systems and these algorithms were integrated with a user interface which was also developed within thesis work. In the image processing module, numerical calculations some of the commonly used filters for digital radiographic imaging systems are implemented.
Quantific evaluation of imaging quality is more objective than visual evaluation and therefore, we focused on this type of analysis within the thesis work. All calculations were made after signal transfer function correction. Slanted edge method was selected for he calculation of modulation transfer function (MTF). Effect of different region-of-interest (ROI) seletion on edge spread function (ESF), use of different differentiation methods for line spread function (LSF), and effect of different rebinning sizes on ESF, LSF and MTF were investigated. Noise power spectrum (NPS) was calculated using different ROIs and number of subregions and results were compared. Detective quantum efficiency (DQE) was calculated using different frequency resolutions. All these methods were combined within a user interface prepared using MATLAB and this software is designed in an expandable manner to accomodate new needs and modules.
Key words: Radiological imaging system, evaluation of image quality, modulation transfer function, noise power spectrum, dedective quantum efficieny, image processing, MATLAB, user interface