圖像數據SPSS 分析不同模體對CT 圖像質控的影響

黃海曉，鮑靈燕

（杭州市下沙醫院，浙江杭州 310018）

0 引言

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

相關研究人員已經針對這一問題做出了相應的成果。楊揚，劉海寬，卓維海[5]總結分析常規CT 劑量模體、加長CT 劑量模體，常規影像質量模體等5 種醫用CT 檢測模體演進與發展方向。張白霖等[6]設置不同掃描參數，掃描兩種模體，提取了影像組學特征并評估特征可再現性。卜羽等[7]將統計學方法及統計過程控制，應用于CT 圖像均勻性數據的質量管理中，有效提高了CT 圖像質量。黃開發等[8]采用Catphan 500 模體對CT 部分質量控制檢測過程進行詳細的示范與闡述。

CT 檢測模體是是實施CT 日常質量控制的重要工具，目前通常配備的主要是標準水模體，部分醫院配備了專業的性能模體如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工作在正常狀態，圖像質量的穩定可靠。但目前并沒有相關研究探究水模體和Catphan 700 對CT 圖像質量在質控中的差異，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，并通過實驗測試的方法對水模體和Catphan 700 的CT 掃描圖像做質量控制，對結果進行統計學分析驗證。期望通過本文的研究，促進不同模體在CT 日常質控中更合理的使用，以提高質量控制水平，提升醫療診斷中CT 圖像質量。

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，運用SPSS 25.0 軟件進行數據處理，采用t 檢驗分析。統計結果表明，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。結論是：Catphan 700 模體的掃描圖像在噪聲水平檢測結果上優于掃描水模體組圖像，而均勻性檢測結果上水模體組掃描圖像更優。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 設備及模體

明峰公司ScintCare 778HonorX 射線計算機體層攝影設備、美國模體實驗室Catphan 700 型模體、CT 廠家配備的標準水模體（直徑20 cm），CT 設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據（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 的標準頭部掃描條件掃描模體，其周圍不應有影像射線束的物質[2]。

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

在CT 開機完成預熱后，按照上述設置開展第一組檢測，測試模體為CT 廠家配備的標準水模體，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為模體直徑的40%，用CT 自帶軟件手動勾畫圓形ROI（感興趣區），測量其CT 值的標準偏差（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（圖2），分別在圖像中心和上下左右距圖像邊緣10 mm 處，用CT自帶軟件設置ROI（感興趣區），感興趣區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，記錄其CT 值。

圖2 CT 均勻性檢測界面

1.3 數據處理及統計學分析

1.3.1 CT 圖像均勻性和噪聲水平的數據處理

以中心感興趣區域的平均CTc 值與邊緣各感興趣區域的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 圖像噪聲水平數據處理如下，噪聲水平用式（2）計算：

式中，H 為噪聲水平，k=1000 HU。

1.3.2 CT 圖像均勻性統計學分析

CT 圖像均勻性檢測數據使用SPSS 25.0 進行統計學方法處理數據。為處理不同模體掃描得到的2 組圖像的均勻性數據，首先需要檢測數據的正態性和方差齊性。將2 組均勻性數據數據錄入SPSS，正態性方面，采用的是兩樣本正態性檢驗方法，經SW（夏皮洛-威爾克）檢驗，結果見表1。

表1 兩組圖像的均勻性數據SPSS 正態性檢驗結果

本次實驗采用的是隨機化分組設計，符合獨立性要求，兩組圖像均勻性數據用SPSS 25.0 運行t 檢驗同時選擇萊文方差齊性檢驗。萊文方差等同性檢驗的結果顯示，均勻性U（HU）方差齊性檢驗顯著性P＜0.001，方差不齊。均勻性t 檢驗SPSS 運行結果（包括萊文方差結果及5% 置信區間等）見表2。因方差不齊，選擇不假定等方差行的數據結果，整理結果見表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存在著統計差異，差值-0.87，95%CI 置信區間為-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據t 檢驗SPSS 輸出

表3 兩組模體掃描圖像的均勻性數據統計

1.3.3 CT 圖像噪聲水平統計學分析

將數據錄入SPSS，首先檢測圖像噪聲水平數據的正態性，采用的是兩樣本正態性檢驗方法，經SW（夏皮洛-威爾克）檢驗，水模體組掃描圖像的噪聲水平數據P=0.302，Catphan 700 模體組掃描圖像的噪聲水平數據P=0.853，P＞0.05，沒有統計學意義，兩組數據正態性均符合。兩組圖像噪聲水平數據用SPSS 25.0運行t 檢驗并勾選方差齊性檢驗，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據，結合描述性統計整理為表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存在著統計差異，差值為0.047 HU，95%CI 置信區間為0.043～0.051，t=-24.68，P＜0.001。

表4 兩組圖像的噪聲水平數據SPSS 的t 檢驗輸出

表5 兩組模體掃描圖像的噪聲水平數據統計

1.3.4 CT 值統計學分析

將數據錄入SPSS，經SW（夏皮洛-威爾克）檢驗，水模體組CT 值數據檢測結果都存在統計學差異。所有測得的均勻性數據和噪聲水平數據也都能符合JJG 961—2017 的要求，Catphan 700 模體掃描圖像在噪聲水平檢測結果上更優秀，但水模體在均勻性水平上更優秀。

同時發現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，查閱模體說明書發現CTp 712掃描圖像的CT 值數據P=0.912，Catphan 700 模體組掃描圖像的CT 值數據P=0.073，P＞0.05，沒有統計學意義。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據，結合描述性統計結果后整理為表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 值均數存在著統計差異，差值-14.05 HU，95%CI置信區間為-14.26～-13.83，t=-140.14，P ＜0.001。

表6 兩組模體掃描圖像的CT 值數據統計

1.4 結論

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果上優于掃描水模體組圖像，而均勻性檢測結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。通常我們使用標準水模體去做CT 設備圖像的均勻性和噪聲水平等檢測，但Catphan 也設計了專門的測試模塊，用于解決均勻性、噪聲值等常規檢測。

通過分組對比發現,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，會導致結果異常和超出限值，測量水的CT 值還是應該使用標準水模體，測量Catphan 模體的CT 值僅能作為一個CT值測試的補充。

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

3 結束語

CT 掃描技術作為一種常規檢查手段，為臨床提供了豐富、直觀的影像學資料，越來越受到醫生的重視，CT 的成像質量的優劣對于最終診療結果的精確與否具有巨大的影響，而日常的圖像質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 值數據分析，找到使用水模體和Catphan 700 的CT 掃描圖像的差異，通過圖像數據的變化差異，獲得不同模體掃描的差別及優劣勢，為日常質控模體的選擇提供了有力的建議，大大提高了質控的效率。通過本文，也希望可以為相關單位的CT 設備質量控制及管理工作提供有價值的參考。