基于Matlab实现CT值线性与对比度标度自动测量的研究*

孟 奥 赵庆军 徐 桓 毛 岩

为满足临床应用需求，各医院不断引进先进大型医疗设备，医疗质量得到了很大的提升。但在大型医疗设备为临床诊断带来便利的同时，其质量问题也应得到更多重视，不合格设备的使用时刻影响着医疗安全[1-2]。目前，我国已有较完善的检测规范、成熟的检测方法以及先进的检测设备，可以保证大部分X射线计算机断层成像(computed tomography，CT)设备的应用质量[3]。在CT应用质量检测工作中，由于其数量多、分布广，且检测流程采取“扫描体模—测量图像”的方式对设备各性能参数进行人工测量，导致检测耗时长、客观性差，不能及时反馈设备的应用质量检测结果[4-5]。基于此，本研究针对CT应用质量检测工作现状，将常规人工测量转换为计算机自动测量，旨在保证CT检测结果的客观公正性，最大限度克服常规检测中不可避免的人为误差，保证检测结果的权威性和准确性，提高检测效率[6-7]。

1 CT值定义与受检设备测试

1.1 CT值定义

CT值，在《医用诊断螺旋计算机断层摄影装置(CT)X射线辐射源》(JJG1026-2007)中的标准定义为：像素物质对X射线衰减的定量表现[8]。物质CT值计算为公式1：

式中μ为衰减系数。

由公式1可知，衰减系数大的组织，CT值也大；衰减系数小的组织，CT值也小。组织衰减系数与CT值之间的关系又称为CT值线性[9]。对比度标度是在66 keV下的衰减系数，即标准衰减系数计算得到的用来定量评判CT值线性的指标[10]。

1.2 受检设备

受检设备为CT设备共5台，其中4台型号分别为Optima CT660、Light Speed VCT、Light Speed VCT及Discovery CT750(美国GE公司)；1台型号为Brilliance Big Bore的CT设备(荷兰飞利浦)。

1.3 测试体模

选用Catphan 500型(美国体膜实验室Phantom Laboratory)性能体模CTP401模块。

1.4 检测标准

检测标准为：①X射线计算机体层摄影设备通用技术条件(YY/T0310-2015)[11]；②医用诊断螺旋计算机断层摄影装备(CT)X射线辐射源(JJG1026-2007)[12]；③X射线计算机断层扫描系统应用质量检测与评审规范；④对比度检测要求：(1.9±0.1)×10-4×1/cm·HU。

2 检测方法

2.1 常规检测

扫描体模CTP401模块并获取图像，在4种目标物质特氟龙(Teflon)、空气(Air)、低密度聚乙烯(LDPE)及丙烯酸(Acrylic)所在的位置选取感兴趣区域(region of interest，ROI)，测量各目标物质的CT均值，并将相应结果带入公式2中计算出对比度标度。

对比度=1/(SLOPE({Teflon，Air，LDPE，Acryl ic}，{0.374，0，0.177，0.219})) (2)式中Teflon、Air、LDPE以及Acrylic为各目标物质的CT均值。

2.2 自动检测

2.2.1 检测原理

自动测量原理依托于原有常规测量方法，借助Matlab系统，大致确定各目标物质的圆心后以合适的半径在目标物质处圈定ROI，并借助圆域测量的方法测量目标物质的CT值，根据计算公式自动计算并显示结果。基于上述思想编写CT值线性与对比度标度自动测量程序，克服了ROI大小和位置不定量的困难，从而实现自动测量。

2.2.2 检测算法具体步骤

(1)确认扫描图像中无明显的类似于雪花状和条纹状的伪影，是一幅合格图像。

(2)选取调用Catphan 500型体模CTP401模块扫描图像，编写迭代法计算阈值对图像进行图像二值化，执行形态操作得到图像区域边缘后细化后计算圆心坐标[13-14]。

(3)4种目标物质分别位于图像的上、下、左、右位置，已知圆心坐标，则可大致判断出目标物质距离圆心的距离。

(4)已知图像圆心坐标，且目标物质分别位于图像的12点、3点、6点及9点方向，所以可得到目标物质的大致圆心位置，并以6像素为半径确定ROI圆域。

(5)求取圆域中所有像素的灰度均值，医学数字成像及通信(digital imaging and communication of medicine， DICOM)图像信息中Rescale Slope和Rescale Intercept可实现像素灰度值与CT值之间的转换，Hu=pixel×Rescale Slope+Rescale Intercept，得到各目标物质的CT均值。

(6)将结果带入公式2中计算并显示对比度标度。

3 实验结果分析

(1)体模CT扫描参数为：矩阵512×512；视野(field of view，FOV)25 cm，层厚10 mm；自动测量ROI位置，如图1所示；获得自动测量结果界面，如图2所示。

图1 CT扫描体模图像

图2 自动检测结果显示界面图

(2)将常规检测和自动检测两种测量方式进行数据汇总，对获得的两组数据进行相关性分析，计算得到在显著水平＜0.01情况下的Pearson相关系数为0.991，表明两组数据有显著相关关系，自动测量法可完全取代常规测量法[15-16]。根据对比测量标准，设备2手动方法得到的结果为不合格，而自动测量方法得到的结果也不合格，与常规测量法结果一致，间接表明了自动测量法的可行性。然而，两种方法也存在细微差异，原因可能为手动测量的ROI大小和位置均具有不确定性，存在不可避免的误差，而自动测量ROI大小和位置均是固定的，在一定范围内减少了操作带来的误差，其结果见表1。

表1 CT值线性与对比度标度常规及自动测量结果

(3)CT值线性与对比度标度是CT机质量测量中一个十分重要的性能评价指标，但目前常规测量方法存在的主要问题为：①ROI位置是根据测量人员主观意愿决定；②ROI面积无规范确定，面积过大过小会导致细节被忽略或噪声偏大，影响最后的结果。

4 结语

自动测量的创新之处在于确定了ROI的位置，确保每个ROI有相同的大小，省去手动测量复杂的计算和巨大的数据量，提高了测量效率。总之，自动测量方法完全行得通，可以应用于CT质量检测中。