圖像數(shù)據(jù)SPSS 分析不同模體對CT 圖像質(zhì)控的影響

黃海曉，鮑靈燕

（杭州市下沙醫(yī)院，浙江杭州 310018）

0 引言

隨著CT 檢查技術(shù)的日漸成熟，CT 檢查已成為最常用的放射診斷手段之一。CT 設(shè)備成像質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到臨床診斷，為保證臨床質(zhì)量和科研數(shù)據(jù)的有效性，CT 設(shè)備必須處于完好的運(yùn)行狀態(tài)[1]。然而在整個CT 的使用過程中，其各項(xiàng)性能如空間分辨率、CT 值等會發(fā)生一定的偏移或者退化[2]。設(shè)備日常質(zhì)量控制能夠通過檢測圖像數(shù)據(jù)反映設(shè)備的性能變化，發(fā)現(xiàn)設(shè)備是否工作在正常狀態(tài)。圖像噪聲、均勻性是評價CT 設(shè)備成像質(zhì)量的基礎(chǔ)指標(biāo)，是CT 設(shè)備日常質(zhì)量控制中的一項(xiàng)重要工作。同時物質(zhì)CT 值的檢測也是圖像的質(zhì)量的一項(xiàng)基本參數(shù)[3]。CT設(shè)備掃描所得的圖像質(zhì)量受很多因素的影響[4]。由于CT 的影像質(zhì)量測試主要依賴檢測物理模體，使用不同CT 模體做質(zhì)量控制，會有不同結(jié)果。

相關(guān)研究人員已經(jīng)針對這一問題做出了相應(yīng)的成果。楊揚(yáng)，劉海寬，卓維海[5]總結(jié)分析常規(guī)CT 劑量模體、加長CT 劑量模體，常規(guī)影像質(zhì)量模體等5 種醫(yī)用CT 檢測模體演進(jìn)與發(fā)展方向。張白霖等[6]設(shè)置不同掃描參數(shù)，掃描兩種模體，提取了影像組學(xué)特征并評估特征可再現(xiàn)性。卜羽等[7]將統(tǒng)計學(xué)方法及統(tǒng)計過程控制，應(yīng)用于CT 圖像均勻性數(shù)據(jù)的質(zhì)量管理中，有效提高了CT 圖像質(zhì)量。黃開發(fā)等[8]采用Catphan 500 模體對CT 部分質(zhì)量控制檢測過程進(jìn)行詳細(xì)的示范與闡述。

CT 檢測模體是是實(shí)施CT 日常質(zhì)量控制的重要工具，目前通常配備的主要是標(biāo)準(zhǔn)水模體，部分醫(yī)院配備了專業(yè)的性能模體如Catphan 500 或更新型號的Catphan 700 模體。無論使用何種模體，我們的目的都是保證系統(tǒng)工作在正常狀態(tài)，圖像質(zhì)量的穩(wěn)定可靠。但目前并沒有相關(guān)研究探究水模體和Catphan 700 對CT 圖像質(zhì)量在質(zhì)控中的差異，以及使用以上兩種不同模體對均勻性、噪聲水平和CT 值檢測結(jié)果的影響。

為此，本文提出基于多組圖像均勻性、噪聲水平及CT 值檢測的不同模體掃描差異分析，并通過實(shí)驗(yàn)測試的方法對水模體和Catphan 700 的CT 掃描圖像做質(zhì)量控制，對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析驗(yàn)證。期望通過本文的研究，促進(jìn)不同模體在CT 日常質(zhì)控中更合理的使用，以提高質(zhì)量控制水平，提升醫(yī)療診斷中CT 圖像質(zhì)量。

具體方法是：收集水模體組和Catphan 組CT 掃描圖像，計算其均勻性、噪聲水平及CT 值，運(yùn)用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用t 檢驗(yàn)分析。統(tǒng)計結(jié)果表明，掃描水模體組圖像和掃描Catphan 700 模體的CTP 712 模塊所得兩組圖像，在均勻性、噪聲水平以及CT 值的檢測上均存在統(tǒng)計差異。水模體組掃描圖像的均勻性為（2.20±0.16）HU，Catphan 700 模體組掃描圖像的為（3.07±0.39）HU。水模體組噪聲水平為（0.347 6±0.003 6）HU，Catphan 700 模體組噪聲水平為（0.301±0.004 8）HU。水模體組掃CT 值（-2.20±0.202）HU，Catphan 700 模體組掃描圖像的CT 值為（11.85±0.244）HU。結(jié)論是：Catphan 700 模體的掃描圖像在噪聲水平檢測結(jié)果上優(yōu)于掃描水模體組圖像，而均勻性檢測結(jié)果上水模體組掃描圖像更優(yōu)。CT 值的檢測兩組模體差異大，建議采用水膜體。

1 材料及方法

1.1 設(shè)備及模體

明峰公司ScintCare 778HonorX 射線計算機(jī)體層攝影設(shè)備、美國模體實(shí)驗(yàn)室Catphan 700 型模體、CT 廠家配備的標(biāo)準(zhǔn)水模體（直徑20 cm），CT 設(shè)備自帶圖像處理軟件SPSS 25.0。

Catphan 700 模體包含有CTP682、CTP714、CTP515、CTP721、CTP723 及CTP712 等6 個模塊，可用于測量均勻性、噪聲、CT 值、層厚、CT 值線性、高對比度分辨率、低對比度分辨率等數(shù)據(jù)（圖1）。

圖1 測試用Catphan 700 型模體

1.2 研究方法

1.2.1 CT 圖像的收集方法

將模體置于照射視野中心，用最大層厚10 mm 的標(biāo)準(zhǔn)頭部掃描條件掃描模體，其周圍不應(yīng)有影像射線束的物質(zhì)[2]。

掃描方式選擇為軸掃方式，選擇最大層厚的10 mm，重建視野設(shè)定為250 mm，重建核選為HEAD-STND。設(shè)定CT 掃描條件為管電壓120 kV 和管電流220 mA，此時設(shè)備顯示的容積CTDI 值為39.26 mGy。

在CT 開機(jī)完成預(yù)熱后，按照上述設(shè)置開展第一組檢測，測試模體為CT 廠家配備的標(biāo)準(zhǔn)水模體，每組10 幅圖像。測試模體選擇為Catphan 700，開展第二組檢測，掃描Catphan 700 模體CTP712 模塊，每組10 幅圖像。

1.2.2 圖像噪聲水平、均勻性及CT 值的檢測

圖像噪聲水平檢測需要在所掃描的每幅圖像里取中心測量區(qū)為模體直徑的40%，用CT 自帶軟件手動勾畫圓形ROI（感興趣區(qū)），測量其CT 值的標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）。

圖像均勻性檢測，在所掃描的每幅圖像里選取5 個測量區(qū)（圖2），分別在圖像中心和上下左右距圖像邊緣10 mm 處，用CT自帶軟件設(shè)置ROI（感興趣區(qū)），感興趣區(qū)域的直徑約為測量器件圖像的直徑的10%，測量其CT 值[2]。CT 檢測值需在所掃描圖像中選取一個約100 mm2的測量區(qū)，記錄其CT 值。

圖2 CT 均勻性檢測界面

1.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計學(xué)分析

1.3.1 CT 圖像均勻性和噪聲水平的數(shù)據(jù)處理

以中心感興趣區(qū)域的平均CTc 值與邊緣各感興趣區(qū)域的CTp 值之間的最大差別來表示均勻性，用式（1）表示：

式中，U 表示均勻性，單位HU。

CT 圖像噪聲水平數(shù)據(jù)處理如下，噪聲水平用式（2）計算：

式中，H 為噪聲水平，k=1000 HU。

1.3.2 CT 圖像均勻性統(tǒng)計學(xué)分析

CT 圖像均勻性檢測數(shù)據(jù)使用SPSS 25.0 進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)方法處理數(shù)據(jù)。為處理不同模體掃描得到的2 組圖像的均勻性數(shù)據(jù)，首先需要檢測數(shù)據(jù)的正態(tài)性和方差齊性。將2 組均勻性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)錄入SPSS，正態(tài)性方面，采用的是兩樣本正態(tài)性檢驗(yàn)方法，經(jīng)SW（夏皮洛-威爾克）檢驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 兩組圖像的均勻性數(shù)據(jù)SPSS 正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)采用的是隨機(jī)化分組設(shè)計，符合獨(dú)立性要求，兩組圖像均勻性數(shù)據(jù)用SPSS 25.0 運(yùn)行t 檢驗(yàn)同時選擇萊文方差齊性檢驗(yàn)。萊文方差等同性檢驗(yàn)的結(jié)果顯示，均勻性U（HU）方差齊性檢驗(yàn)顯著性P＜0.001，方差不齊。均勻性t 檢驗(yàn)SPSS 運(yùn)行結(jié)果（包括萊文方差結(jié)果及5% 置信區(qū)間等）見表2。因方差不齊，選擇不假定等方差行的數(shù)據(jù)結(jié)果，整理結(jié)果見表3。水模體組掃描圖像的均勻性為（2.20±0.16）HU，Catphan 700 模體組掃描圖像的均勻性為（3.07±0.39）HU。兩組圖像總體均勻性均數(shù)存在著統(tǒng)計差異，差值-0.87，95%CI 置信區(qū)間為-1.16～-0.58，t=-6.55，P＜0.001。

表2 兩組模體掃描圖像的均勻性數(shù)據(jù)t 檢驗(yàn)SPSS 輸出

表3 兩組模體掃描圖像的均勻性數(shù)據(jù)統(tǒng)計

1.3.3 CT 圖像噪聲水平統(tǒng)計學(xué)分析

將數(shù)據(jù)錄入SPSS，首先檢測圖像噪聲水平數(shù)據(jù)的正態(tài)性，采用的是兩樣本正態(tài)性檢驗(yàn)方法，經(jīng)SW（夏皮洛-威爾克）檢驗(yàn)，水模體組掃描圖像的噪聲水平數(shù)據(jù)P=0.302，Catphan 700 模體組掃描圖像的噪聲水平數(shù)據(jù)P=0.853，P＞0.05，沒有統(tǒng)計學(xué)意義，兩組數(shù)據(jù)正態(tài)性均符合。兩組圖像噪聲水平數(shù)據(jù)用SPSS 25.0運(yùn)行t 檢驗(yàn)并勾選方差齊性檢驗(yàn)，見表4。萊文方差等同性P=0.470，方差齊性，選擇假定等方差行數(shù)據(jù)，結(jié)合描述性統(tǒng)計整理為表5。水模體組掃描圖像噪聲水平為（0.3476±0.003 6）HU。Catphan 700 模體組掃描圖像的噪聲水平為（0.301±0.004 8）HU。兩組圖像總體噪聲水平均數(shù)存在著統(tǒng)計差異，差值為0.047 HU，95%CI 置信區(qū)間為0.043～0.051，t=-24.68，P＜0.001。

表4 兩組圖像的噪聲水平數(shù)據(jù)SPSS 的t 檢驗(yàn)輸出

表5 兩組模體掃描圖像的噪聲水平數(shù)據(jù)統(tǒng)計

1.3.4 CT 值統(tǒng)計學(xué)分析

將數(shù)據(jù)錄入SPSS，經(jīng)SW（夏皮洛-威爾克）檢驗(yàn)，水模體組CT 值數(shù)據(jù)檢測結(jié)果都存在統(tǒng)計學(xué)差異。所有測得的均勻性數(shù)據(jù)和噪聲水平數(shù)據(jù)也都能符合JJG 961—2017 的要求，Catphan 700 模體掃描圖像在噪聲水平檢測結(jié)果上更優(yōu)秀，但水模體在均勻性水平上更優(yōu)秀。

同時發(fā)現(xiàn)CT 值檢查使用Catphan 模體存在問題，測試值均超出水的CT 值（0±4）HU 的要求，查閱模體說明書發(fā)現(xiàn)CTp 712掃描圖像的CT 值數(shù)據(jù)P=0.912，Catphan 700 模體組掃描圖像的CT 值數(shù)據(jù)P=0.073，P＞0.05，沒有統(tǒng)計學(xué)意義。萊文方差等同性P=0.645，P＞0.05，方差齊性，選擇假定等方差行數(shù)據(jù)，結(jié)合描述性統(tǒng)計結(jié)果后整理為表6。水模體組掃描圖像CT 值（-2.20±0.202）HU。Catphan 700 模體組掃描圖像的CT 值為（11.85±0.244）HU。兩組圖像總體CT 值均數(shù)存在著統(tǒng)計差異，差值-14.05 HU，95%CI置信區(qū)間為-14.26～-13.83，t=-140.14，P ＜0.001。

表6 兩組模體掃描圖像的CT 值數(shù)據(jù)統(tǒng)計

1.4 結(jié)論

掃描水模體組圖像和掃描Catphan 700 模體的CTP 712模塊所得兩組圖像，在均勻性、噪聲水平以及CT 值的檢測上均存在統(tǒng)計差異。不同模體掃描的兩組圖像均勻性平均值差值為-0.87 HU，噪聲水平平均值差值0.047，CT 值平均值差值為-14.05 HU。Catphan 700 模體的掃描圖像在噪聲水平檢測結(jié)果上優(yōu)于掃描水模體組圖像，而均勻性檢測結(jié)果上比掃描水模體組圖像更差，在CT 值的檢測上則差異巨大。

2 討論

CTP 712 為Catphan 上獨(dú)特的圖像均勻性模組，該模組用于測量圖像到空間均勻性，平均CT 值和噪聲值。通常我們使用標(biāo)準(zhǔn)水模體去做CT 設(shè)備圖像的均勻性和噪聲水平等檢測，但Catphan 也設(shè)計了專門的測試模塊，用于解決均勻性、噪聲值等常規(guī)檢測。

通過分組對比發(fā)現(xiàn),兩組不同模體的均勻性和噪聲水平和模塊使用的材料CT 值通常為5～18 HU，作為水的替代物是不合適到，會導(dǎo)致結(jié)果異常和超出限值，測量水的CT 值還是應(yīng)該使用標(biāo)準(zhǔn)水模體，測量Catphan 模體的CT 值僅能作為一個CT值測試的補(bǔ)充。

綜上，噪聲水平的檢測Catphan 模體掃描數(shù)據(jù)更好，均勻性水平水模體掃描數(shù)據(jù)更好，水的CT 值建議使用水膜體。

3 結(jié)束語

CT 掃描技術(shù)作為一種常規(guī)檢查手段，為臨床提供了豐富、直觀的影像學(xué)資料，越來越受到醫(yī)生的重視，CT 的成像質(zhì)量的優(yōu)劣對于最終診療結(jié)果的精確與否具有巨大的影響，而日常的圖像質(zhì)量控制也越顯得重要。本文提出基于多組圖像均勻性、噪聲水平及CT 值數(shù)據(jù)分析，找到使用水模體和Catphan 700 的CT 掃描圖像的差異，通過圖像數(shù)據(jù)的變化差異，獲得不同模體掃描的差別及優(yōu)劣勢，為日常質(zhì)控模體的選擇提供了有力的建議，大大提高了質(zhì)控的效率。通過本文，也希望可以為相關(guān)單位的CT 設(shè)備質(zhì)量控制及管理工作提供有價值的參考。