基于不同评价标准的图像质量*与肺部病灶检出率的相关性研究

杨德武 张晓丽 邱 准 武 力 张 静

随着医学影像设备的发展和性能的不断提高，医学图像质量作为临床诊疗工作效果的重要影响因素，越来越受到放射科技术人员和诊断医师的重视。在放射科日常评片工作中，应用的图像质量评价体系主要包括解剖学标准和物理学标准两个方面，两种标准在评价主体、内容和方法上都有不同的侧重，分别属于主观评价和客观评价范畴[1]。本研究以胸部X射线体模为实验对象，通过不同摄影条件下数字X射线摄影(digit radiography，DR)图像质量与病灶检出率的相关性研究，探讨不同评价标准在评估医学图像质量中的应用价值，为实现医学图像的临床价值最大化提供借鉴经验[2]。

1 材料与方法

1.1 设备与材料

采用MRAD-D50S型DR系统设备(日本东芝公司)；PH-2B型X射线体模(日本京都科学)。

1.2 DR检查方法

采用MRAD-D50S型DR系统，对胸部X射线体模进行影像采集，摄影条件分别设置为高千伏摄影(125 kV)和普通摄影(75 kV)两种类型。DR摄影参数：管电压为125 kV和75 kV，曝光条件依次选择20 mAs、15 mAs、10 mAs、8 mAs、5 mAs和1 mAs，共12种不同摄影条件[3]。选择5 mm、10 mm和15 mm的3类大小不等近软组织密度病灶共90个，模体内病灶设置区域分别为肺内侧的上肺野、中下肺野及肺外侧区。

1.3 图像数据采集

根据摄影条件、病灶类型及感兴趣区域等情况的差异性，共需采集108幅图像。依据解剖学标准分析结果为A组数据，物理学标准分析结果为B组数据，病灶检出率的分析结果为C组数据。其中，病灶大小为5 mm、10 mm和15 mm的3种图像各36幅，每组包括管电压为125 kV和75 kV的图像各6幅，即曝光条件不同的采集结果。

1.4 图像质量分析方法

(1)按照解剖学标准进行图像质量的主观评价[4]。由5位具有影像诊断经验的专家采用三级分类法进行盲法打分：①3分，影像中的肺纹理、气管和邻近的支气管、肋骨纹理等解剖结构可见且边缘清晰；②2分，解剖结构可见；③1分，解剖结构隐约可见。取平均值后作为图像的主观评价结果，获取108幅图像的A组分析数据。

(2)按照物理学标准进行图像质量的客观评价。考虑到影像密度、对比度、锐利度、噪声等不同指标对图像质量的影响程度和相关性[5-6]采用图像典型解剖结构的对比噪声比(contrast noise ratio，CNR)作为客观评价的参考指标，其CNR的计算为公式1：

式中信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)定义为感兴趣区域信号与噪声之比，即光学密度平均值与标准差之比。SNRi为第i个解剖结构的SNR，i取1～5分别为骨组织、肺组织、膈肌、心脏和肌肉等，SNR空白为图像中空白区域的SNR。通过CNR值测算，获取108张图像的B组分析数据。

(3)肺部病灶检出率分析是根据摄影条件、病灶大小及感兴趣区域的不同，模体内随机设置30个大小相同的模拟病灶，摄影后图像由2位有影像诊断经验的专家进行盲法诊断分析，记录可观察到的病灶数量[7-8]。通过可观察到病灶数量的平均值除以总数量30得到每幅图像的病灶检出率，获取108幅图像的C组分析数据。

1.5 统计学方法

应用SPSS 19.0软件对A组、B组及C组数据进行统计分析，方法采用Spearman相关性分析，以P＜0.05时相关性有统计学意义，P＜0.01时相关性显著。

2 结果

2.1 数据采集结果

根据课题研究的设计方案，获取具有差异性病灶的胸部X射线体模图像108张，以病灶大小依次为15 mm、10 mm及5 mm的病灶为例，常规摄影(管电压75 kV，曝光条件10 mAs)图像如图1所示。

图1 差异性病灶的影像采集结果示图

2.2 图像质量分析结果

根据解剖学标准和物理学标准的内容，对图像数据分别进行主观评价和客观评价。客观评价结果与主观评价结果存在正相关关系，主观打分值越高，图像的CNR比越大。采用Spearman相关性分析对A组和B组数据进行一致性检验，差异具有统计学意义(r=0.915，P＜0.01)，表明客观评价和主观评价方法在图像质量评价中相关性显著，可以从解剖学和物理学的不同角度客观地开展图像质量评价工作。评价结果如图2所示。

图2 不同评价标准的图像质量分析数据散点图

2.3 相关性分析结果

根据病灶的大小对检出率的影响，按照3种不同病灶大小分别进行图像质量与肺病灶检出率的相关性分析。不同尺寸病灶图像的相关性存在一定差异，虽然图像质量与病灶检出率的相关性均为显著(P＜0.01)，但15 mm和10 mm病灶图像的相关系数r值均＞0.8；5 mm病灶图像的相关系数r＜0.8，相关关系并不密切(见表1)。

表1 图像质量与肺病灶检出率的相关性分析结果

结果表明，一定尺寸的病灶检出率受到图像质量的影响，图像质量越高，病灶检出率越高。同时表明，病灶检出率也受到病灶大小的影响，病灶尺寸越小，病灶检出率越低，相关系数r值越低。

3 讨论

医学图像的质量评价过程应以诊断学要求为重要依据，结合物理参数的测量进行综合评估，以此指导放射科开展日常的临床检测工作[9-10]。作为图像质量评价的两大标准，解剖学标准是从医学图像中解剖结构的可见程度为研究内容，评估临床诊断需要的形态学信息内容，因此会受到评价主体的临床经验、知识结构等因素影响；物理学标准侧重于图像本身的数据信息分析，从物理学角度评价图像中各像素的灰度分布、区域间差异性和干扰信息，由于测算过程复杂，因此不利于临床中的实际应用。

本研究根据解剖学标准和物理学标准进行图像的综合评价，其中，物理学标准中的CNR既考虑组织的信号程度(组织可见度)，同时也考虑噪声程度(边缘清晰度)，与解剖学标准保持一致。为保证实验数据的可重复性，避免辐射伤害的影响，本研究采用胸部X射线模型进行图像采集，在不同摄影条件下获取108张图像，其分析结果显示，依据解剖学和物理学标准的图像质量评价结果为相关性显著，符合临床工作中图像质量评价工作的要求[11-12]。同时，本研究的肺部病灶检出率与病灶大小成正相关，即病灶越大，检出率越高，且图像质量与肺部病灶检出率的相关性显著。

图像质量受到设备品牌性能、检查技术、患者情况及工作环境等诸多因素的影响，临床工作中应在充分考虑患者辐射剂量的情况下，改进工作中的不足，不断提高临床工作质量和服务水平[13-14]。