介紹和概述
任何醫學成像方法的一個重要特徵是它能夠顯示人體的解剖細節。這裏使用的細節是指與正常解剖結構和各種病理狀況相關的小結構，特徵和對象。可視化的最小細節在很大程度上取決於成像過程產生的模糊量。所有醫學圖像都有一些模糊。然而，一些方法產生的圖像模糊度明顯低於其他方法，結果是顯示更多細節的圖像。每種成像方法還具有某些相關因素，這些因素可控制模糊量和細節的最終可見度。
在本節中，我們將考慮圖像模糊的一般特徵及其與其他圖像特徵的關係。
模糊
在某種程度上，模糊存在於所有成像過程中，包括視覺，攝影和醫學成像方法。模糊的基本概念如下圖所示。圖像是特定物理對象（例如患者身體）的視覺表示。在理想情況下，對象內的每個小點將由圖像內的小的，明確定義的點表示。實際上，每個物點的“圖像”在圖像內擴散或模糊。
模糊大小
模糊量可以表示爲非常小的對象點的模糊圖像的尺寸。對於乳房X線照相術，模糊值範圍從大約0.15mm到大約15mm，用於使用γ相機成像。
單個對象點的模糊
模糊形狀
小物點的模糊可以具有各種形狀，如下所示。形狀通常取決於模糊的來源。一些X射線系統組件，例如增強屏和圖像增強管，通常產生圓形模糊圖案。產生數字圖像（數字射線照相術和熒光透視法，CT，MRI等）的大多數成像方法產生對應於圖像像素或組織體素的尺寸的方形或3D模糊圖案。成像過程中的運動通常產生細長的模糊圖案。X射線管焦點產生各種模糊形狀。
醫學影像中遇到的模糊形狀
模糊個人資料
除了尺寸和形狀之外，由特定因子產生的模糊具有特定的強度分佈或輪廓。該特徵與點圖像在模糊區域內擴散或分佈的方式有關。兩個模糊分佈模式如下圖所示。通常藉助於強度分佈來說明模糊區域內的圖像強度的實際分佈。一些模糊源將對象點圖像強度均勻地分佈在模糊區域內。這使模糊圖案具有精確的尺寸，如下所示。然而，許多模糊源不能均勻地分佈模糊。常見的例子是增強屏幕和散焦光學系統。共同的分佈模式是在中心附近具有相對高強度的分佈圖案，其強度朝向周邊逐漸減小。如圖所示，這種類型的分佈的輪廓通常是高斯曲線。
等效模糊
高斯模糊模式的全尺寸（直徑）不用於表示模糊量，因爲它會誇大與均勻分佈的模糊相關的模糊。更合適的值是均勻分佈的維度，其將產生與高斯分佈相同的一般圖像質量。這被指定爲等效的模糊值。例如，即使高斯分佈的總維數較大，下面示出的兩個模糊圖案對圖像質量具有相同的一般效果。
模糊分佈模式
細節的可見性
模糊在醫學成像過程中最顯着的影響是它降低了細節（例如小物體和結構）的可見性。在每個成像過程中，模糊都會對可以顯示的細節量（對象小）產生明確的限制。
模糊的直接影響是降低小物體和特徵的對比度，如下所示。實際上，模糊將小物體的圖像傳播到周圍的背景區域。隨着圖像的擴散，對比度和可視性降低。
模糊對圖像對比度的一般影響
特定對象的可見性非常依賴於對象大小和模糊值之間的關係。如果模糊值小於對象的尺寸，則降低的對比度通常不會影響可見性。當模糊量接近對象的尺寸時，模糊處理可以顯着降低對比度。在某些情況下，特別是在小物體已經具有低固有對比度的情況下，模糊會顯着影響可見度。作爲一般規則，可以將模糊值視爲近似細節可見性閾值。在大多數情況下，身體結構遠小於模糊值將不可見。
我們需要強調的基本概念是，作爲成像過程的一部分存在的模糊降低了體內小物體（細節）的對比度和最終可見性。對比度降低的程度取決於模糊量與對象大小之間的關係，如下圖所示。此圖顯示了對象的對比度如何受模糊影響。相對對比度尺度上的最大值（100％）表示在沒有模糊的情況下每個對象的對比度; 這並不意味着所有物體，無論大小，都具有相同數量的固有對比度。在投影X射線成像中，小物體由於其增加的穿透力而傾向於產生比大物體小得多的對比度。
模糊對不同尺寸物體對比度的影響
沒有醫學成像方法產生沒有模糊的圖像; 圖中包括無模糊線作爲參考點。在該特定示例中，僅在低，中和高的相對術語中描述模糊值。
現在讓我們考慮少量模糊對成像過程的影響。較大物體的對比度不受影響。由於模糊而導致的對比度損失隨着對象尺寸（細節）的減小而增加。在細節刻度的某個點上，對比度最終會降低到零，並且不會看到較小的對象。對於產生相對低對比度的對象，即使沒有模糊，也可能在對象尺寸大於模糊產生零對比度的點處發生可見度閾值。可見性閾值與模糊產生零相對對比度的對象大小相關但不一定相等。
隨着成像過程中模糊的增加，所有物體的對比度損失增加，並且可見度閾值向左移動。
不清晰
顯示出許多細節和明顯邊界的圖像通常被描述爲清晰的。模糊的存在會產生不清晰。圖像不清晰，如通常使用的術語，並且模糊指的是相同的一般圖像特徵。然而，在更精確的意義上，圖像不清晰度是模糊的基本過程產生的幾種視覺效果之一。
在圖像的邊界和邊緣處，不清晰性尤其明顯。
在放射線照相的早期，術語半影通常用於描述由X射線管焦點產生的不清晰或模糊。由於其有限的大小，半影主要是由月球產生的不清晰陰影邊界的天文名稱。因爲X射線成像中的許多不同模糊源產生相同的視覺效果並且不是真正的半影，所以應該不鼓勵使用該術語。
解析度
分辨率描述了成像系統區分或分離（即解決）靠近的對象的能力。特定成像過程的分辨能力由模糊量決定。當存在模糊時，各個對象的圖像開始一起運行或模糊，直到不再區分單獨的對象。對於要分辨的對象，它們的間隔距離必須與存在的模糊量成比例地增加。
成像系統的分辨能力或分辨率相對容易測量，並且通常用於評估系統模糊。下圖顯示了一種用於此目的的測試對象; 它由平行的引線條組成，分開的距離等於條帶的寬度。通常的做法是用每單位距離（毫米或釐米）的線對（lp）來描述線寬和間隔距離。一對線由一個引線條和一個相鄰的分隔空間組成。每毫米線對的數量實際上是空間頻率的表達。隨着線變小和靠近在一起，空間頻率（每毫米線對）增加。典型的測試模式包含具有不同空間頻率的區域。
用於測量X射線成像系統分辨率的測試圖案
下圖說明了模糊對分辨率的影響。如果不存在模糊，則可以解析所有線對組。然而，隨着模糊增加，分辨率降低，並且僅可看到具有較大間隔距離的線。
模糊對分辨率的影響
下面的三個數字比較了各種線對組內的對比度如何通過各種模糊水平（無模糊，中等模糊和高模糊）降低。請注意此插圖與上圖中標題爲“用於測量X射線成像系統分辨率的測試圖案”之間的相似性。增加空間頻率對應於增加圖像細節和減小對象大小。類似於以下三個圖中所示的曲線通常被指定爲對比度傳遞函數（CTF）。它們顯示了成像系統在存在模糊的情況下傳輸不同大小的物體的對比度的能力。
模糊與分辨率的一般關係 - 無模糊
模糊與分辨率的一般關係 - 中等模糊
模糊與分辨率的一般關係 - 高模糊
曲線的形狀在某種程度上取決於系統內模糊的主要來源和分佈，如下所示。例如，與焦斑模糊相關聯的典型CTF曲線通常具有對比度變爲零的特定點。這通常稱爲消失頻率，表示系統的分辨率限制或分辨能力。當模糊的主要來源是受體，即增強屏或圖像增強管時，曲線可能不會顯示出明顯的零對比點。必須建立標準來定義最大分辨率點。
限制分辨率
通常的做法是以間距頻率（每毫米線對）指定這種系統的分辨率，在該間距頻率下對比度下降到相對較低的值，通常爲3％。在比較不同系統的分辨率值時，應考慮這種做法。例如，如果製造商任意使用3％的對比度，則其設備的分辨率值將高於使用10％的公司的設備，即使系統相同。
使用這種方法的優點是成像系統或系統組件可以用單個數值來描述，即所謂的限制分辨率。
兩種模糊相關的對比度傳遞函數。實線（___）是運動和焦點模糊的特徵。斷線（_ _ _）通常是受體模糊的特徵。
比較成像模態
下面顯示了各種成像方法遇到的近似模糊和分辨率值，這說明了爲什麼某些成像方法在可視化解剖細節方面要比其他成像方法好得多。
不同成像方法的模糊和分辨率值的比較
調製傳遞函數
調製傳遞函數（MTF）是成像系統或其各個組件的模糊或分辨率特性的圖形描述。在許多方面，MTF類似於下圖所示的CTF。不同之處在於CTF描述了系統對線對進行成像的能力，而MTF描述了其對正弦波形狀或空間頻率進行成像的能力。真實的MTF測試對象具有峯和谷，而不是像CTF測試對象中的線和空格。實際上，MTF很少通過使用這樣的測試對象來確定，但這個想法對於理解MTF的概念很有用。一個峯和谷構成物體的1個循環。這種測試對象的特徵在於其空間頻率，即每毫米長度的週期數（峯和谷）。換句話說，MTF測試對象每毫米具有一定數量的峯值和谷值（週期），而CTF測試對象每毫米具有一定數量的線和空間（線對）。系統對各種空間頻率成像的能力與存在的模糊量有關。
圖像空間頻譜與物體光譜的關係及成像系統的MTF
解剖對象的空間頻率
厚度相對均勻的大對象包含低頻分量。然而，在這種物體的邊緣處，通過厚度的突然變化產生高頻分量。一般而言，給定橫截面形狀的小物體具有比較大物體更高的頻率分量。
在空間頻率域中，人體的解剖結構以及病理和損傷的跡象由寬範圍或頻譜表示。
大物體是低頻物體，小物體包含高頻。
爲了形成物體的不模糊圖像，X射線成像系統必須能夠爲物體中包含的所有空間頻率產生足夠的對比度。如果在成像過程中某些頻率成分丟失，則圖像將不是對象的真實表示。例如，如果圖像中不存在高頻分量，則圖像將模糊。顯示的圖像的空間頻率內容由被成像對象的頻率內容和成像系統的MTF確定。這在上圖中說明。通過將對象內容乘以MTF來找到特定頻率的圖像內容。例如，在上圖中，對象包含0。8（80％），每毫米2個循環的頻率。此頻率的MTF爲0.7。將這兩個量相乘表明圖像在此頻率下僅包含0.56（56％）。陰影區域是由於成像系統的MTF而丟失的對象空間頻譜的一部分。超出系統分辨率限制的對象的任何頻率成分都將完全丟失。實際上，成像系統的MTF可以切除與對象相關聯的較高頻率分量，並且圖像將僅由較低頻率分量組成。由於低頻分量與厚度逐漸變化的大物體相關聯，與銳邊相反，圖像將模糊。將這兩個量相乘表明圖像在此頻率下僅包含0.56（56％）。陰影區域是由於成像系統的MTF而丟失的對象空間頻譜的一部分。超出系統分辨率限制的對象的任何頻率成分都將完全丟失。實際上，成像系統的MTF可以切除與對象相關聯的較高頻率分量，並且圖像將僅由較低頻率分量組成。由於低頻分量與厚度逐漸變化的大物體相關聯，與銳邊相反，圖像將模糊。將這兩個量相乘表明圖像在此頻率下僅包含0.56（56％）。陰影區域是由於成像系統的MTF而丟失的對象空間頻譜的一部分。超出系統分辨率限制的對象的任何頻率成分都將完全丟失。實際上，成像系統的MTF可以切除與對象相關聯的較高頻率分量，並且圖像將僅由較低頻率分量組成。由於低頻分量與厚度逐漸變化的大物體相關聯，與銳邊相反，圖像將模糊。超出系統分辨率限制的對象的任何頻率成分都將完全丟失。實際上，成像系統的MTF可以切除與對象相關聯的較高頻率分量，並且圖像將僅由較低頻率分量組成。由於低頻分量與厚度逐漸變化的大物體相關聯，與銳邊相反，圖像將模糊。超出系統分辨率限制的對象的任何頻率成分都將完全丟失。實際上，成像系統的MTF可以切除與對象相關聯的較高頻率分量，並且圖像將僅由較低頻率分量組成。由於低頻分量與厚度逐漸變化的大物體相關聯，與銳邊相反，圖像將模糊。
複合MTF
CTF沒有的MTF屬性是它們的級聯能力。考慮一種成像系統，其中模糊源是焦點和受體。這些中的每一個的模糊特性可以通過MTF曲線來描述，如下所示。通過將每個頻率處的兩個MTF值相乘來找到整個系統的複合MTF。例如，如果每毫米2個循環，焦斑的MTF爲62％，而對於受體爲72％，整個系統的MTF值爲44％。應該觀察到，系統不能具有高於受體或焦斑的分辨率極限的頻率分量。這相當於說總系統模糊不能小於兩個來源中任何一個的模糊。如果不同模糊源的MTF（焦點，運動或受體）明顯不同，具有最低限制頻率（最大模糊）的那個通常將確定整個系統的MTF。換句話說，如果一個源產生比其他源明顯更大的模糊，則總系統模糊將基本上等於最大模糊值。
複合MTF
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