基于不同評價標(biāo)準(zhǔn)的圖像質(zhì)量*與肺部病灶檢出率的相關(guān)性研究

楊德武 張曉麗 邱 準(zhǔn) 武 力 張 靜

隨著醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的發(fā)展和性能的不斷提高，醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量作為臨床診療工作效果的重要影響因素，越來越受到放射科技術(shù)人員和診斷醫(yī)師的重視。在放射科日常評片工作中，應(yīng)用的圖像質(zhì)量評價體系主要包括解剖學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)兩個方面，兩種標(biāo)準(zhǔn)在評價主體、內(nèi)容和方法上都有不同的側(cè)重，分別屬于主觀評價和客觀評價范疇[1]。本研究以胸部X射線體模為實驗對象，通過不同攝影條件下數(shù)字X射線攝影(digit radiography，DR)圖像質(zhì)量與病灶檢出率的相關(guān)性研究，探討不同評價標(biāo)準(zhǔn)在評估醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量中的應(yīng)用價值，為實現(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像的臨床價值最大化提供借鑒經(jīng)驗[2]。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與材料

采用MRAD-D50S型DR系統(tǒng)設(shè)備(日本東芝公司)；PH-2B型X射線體模(日本京都科學(xué))。

1.2 DR檢查方法

采用MRAD-D50S型DR系統(tǒng)，對胸部X射線體模進(jìn)行影像采集，攝影條件分別設(shè)置為高千伏攝影(125 kV)和普通攝影(75 kV)兩種類型。DR攝影參數(shù)：管電壓為125 kV和75 kV，曝光條件依次選擇20 mAs、15 mAs、10 mAs、8 mAs、5 mAs和1 mAs，共12種不同攝影條件[3]。選擇5 mm、10 mm和15 mm的3類大小不等近軟組織密度病灶共90個，模體內(nèi)病灶設(shè)置區(qū)域分別為肺內(nèi)側(cè)的上肺野、中下肺野及肺外側(cè)區(qū)。

1.3 圖像數(shù)據(jù)采集

根據(jù)攝影條件、病灶類型及感興趣區(qū)域等情況的差異性，共需采集108幅圖像。依據(jù)解剖學(xué)標(biāo)準(zhǔn)分析結(jié)果為A組數(shù)據(jù)，物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)分析結(jié)果為B組數(shù)據(jù)，病灶檢出率的分析結(jié)果為C組數(shù)據(jù)。其中，病灶大小為5 mm、10 mm和15 mm的3種圖像各36幅，每組包括管電壓為125 kV和75 kV的圖像各6幅，即曝光條件不同的采集結(jié)果。

1.4 圖像質(zhì)量分析方法

(1)按照解剖學(xué)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圖像質(zhì)量的主觀評價[4]。由5位具有影像診斷經(jīng)驗的專家采用三級分類法進(jìn)行盲法打分：①3分，影像中的肺紋理、氣管和鄰近的支氣管、肋骨紋理等解剖結(jié)構(gòu)可見且邊緣清晰；②2分，解剖結(jié)構(gòu)可見；③1分，解剖結(jié)構(gòu)隱約可見。取平均值后作為圖像的主觀評價結(jié)果，獲取108幅圖像的A組分析數(shù)據(jù)。

(2)按照物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圖像質(zhì)量的客觀評價?？紤]到影像密度、對比度、銳利度、噪聲等不同指標(biāo)對圖像質(zhì)量的影響程度和相關(guān)性[5-6]采用圖像典型解剖結(jié)構(gòu)的對比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)作為客觀評價的參考指標(biāo)，其CNR的計算為公式1：

式中信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)定義為感興趣區(qū)域信號與噪聲之比，即光學(xué)密度平均值與標(biāo)準(zhǔn)差之比。SNRi為第i個解剖結(jié)構(gòu)的SNR，i取1～5分別為骨組織、肺組織、膈肌、心臟和肌肉等，SNR空白為圖像中空白區(qū)域的SNR。通過CNR值測算，獲取108張圖像的B組分析數(shù)據(jù)。

(3)肺部病灶檢出率分析是根據(jù)攝影條件、病灶大小及感興趣區(qū)域的不同，模體內(nèi)隨機設(shè)置30個大小相同的模擬病灶，攝影后圖像由2位有影像診斷經(jīng)驗的專家進(jìn)行盲法診斷分析，記錄可觀察到的病灶數(shù)量[7-8]。通過可觀察到病灶數(shù)量的平均值除以總數(shù)量30得到每幅圖像的病灶檢出率，獲取108幅圖像的C組分析數(shù)據(jù)。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 19.0軟件對A組、B組及C組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，方法采用Spearman相關(guān)性分析，以P＜0.05時相關(guān)性有統(tǒng)計學(xué)意義，P＜0.01時相關(guān)性顯著。

2 結(jié)果

2.1 數(shù)據(jù)采集結(jié)果

根據(jù)課題研究的設(shè)計方案，獲取具有差異性病灶的胸部X射線體模圖像108張，以病灶大小依次為15 mm、10 mm及5 mm的病灶為例，常規(guī)攝影(管電壓75 kV，曝光條件10 mAs)圖像如圖1所示。

圖1 差異性病灶的影像采集結(jié)果示圖

2.2 圖像質(zhì)量分析結(jié)果

根據(jù)解剖學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，對圖像數(shù)據(jù)分別進(jìn)行主觀評價和客觀評價?？陀^評價結(jié)果與主觀評價結(jié)果存在正相關(guān)關(guān)系，主觀打分值越高，圖像的CNR比越大。采用Spearman相關(guān)性分析對A組和B組數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性檢驗，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(r=0.915，P＜0.01)，表明客觀評價和主觀評價方法在圖像質(zhì)量評價中相關(guān)性顯著，可以從解剖學(xué)和物理學(xué)的不同角度客觀地開展圖像質(zhì)量評價工作。評價結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同評價標(biāo)準(zhǔn)的圖像質(zhì)量分析數(shù)據(jù)散點圖

2.3 相關(guān)性分析結(jié)果

根據(jù)病灶的大小對檢出率的影響，按照3種不同病灶大小分別進(jìn)行圖像質(zhì)量與肺病灶檢出率的相關(guān)性分析。不同尺寸病灶圖像的相關(guān)性存在一定差異，雖然圖像質(zhì)量與病灶檢出率的相關(guān)性均為顯著(P＜0.01)，但15 mm和10 mm病灶圖像的相關(guān)系數(shù)r值均＞0.8；5 mm病灶圖像的相關(guān)系數(shù)r＜0.8，相關(guān)關(guān)系并不密切(見表1)。

表1 圖像質(zhì)量與肺病灶檢出率的相關(guān)性分析結(jié)果

結(jié)果表明，一定尺寸的病灶檢出率受到圖像質(zhì)量的影響，圖像質(zhì)量越高，病灶檢出率越高。同時表明，病灶檢出率也受到病灶大小的影響，病灶尺寸越小，病灶檢出率越低，相關(guān)系數(shù)r值越低。

3 討論

醫(yī)學(xué)圖像的質(zhì)量評價過程應(yīng)以診斷學(xué)要求為重要依據(jù)，結(jié)合物理參數(shù)的測量進(jìn)行綜合評估，以此指導(dǎo)放射科開展日常的臨床檢測工作[9-10]。作為圖像質(zhì)量評價的兩大標(biāo)準(zhǔn)，解剖學(xué)標(biāo)準(zhǔn)是從醫(yī)學(xué)圖像中解剖結(jié)構(gòu)的可見程度為研究內(nèi)容，評估臨床診斷需要的形態(tài)學(xué)信息內(nèi)容，因此會受到評價主體的臨床經(jīng)驗、知識結(jié)構(gòu)等因素影響；物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于圖像本身的數(shù)據(jù)信息分析，從物理學(xué)角度評價圖像中各像素的灰度分布、區(qū)域間差異性和干擾信息，由于測算過程復(fù)雜，因此不利于臨床中的實際應(yīng)用。

本研究根據(jù)解剖學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圖像的綜合評價，其中，物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)中的CNR既考慮組織的信號程度(組織可見度)，同時也考慮噪聲程度(邊緣清晰度)，與解剖學(xué)標(biāo)準(zhǔn)保持一致。為保證實驗數(shù)據(jù)的可重復(fù)性，避免輻射傷害的影響，本研究采用胸部X射線模型進(jìn)行圖像采集，在不同攝影條件下獲取108張圖像，其分析結(jié)果顯示，依據(jù)解剖學(xué)和物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的圖像質(zhì)量評價結(jié)果為相關(guān)性顯著，符合臨床工作中圖像質(zhì)量評價工作的要求[11-12]。同時，本研究的肺部病灶檢出率與病灶大小成正相關(guān)，即病灶越大，檢出率越高，且圖像質(zhì)量與肺部病灶檢出率的相關(guān)性顯著。

圖像質(zhì)量受到設(shè)備品牌性能、檢查技術(shù)、患者情況及工作環(huán)境等諸多因素的影響，臨床工作中應(yīng)在充分考慮患者輻射劑量的情況下，改進(jìn)工作中的不足，不斷提高臨床工作質(zhì)量和服務(wù)水平[13-14]。