图像数据SPSS 分析不同模体对CT 图像质控的影响

黄海晓，鲍灵燕

（杭州市下沙医院，浙江杭州 310018）

0 引言

随着CT 检查技术的日渐成熟，CT 检查已成为最常用的放射诊断手段之一。CT 设备成像质量的优劣直接影响到临床诊断，为保证临床质量和科研数据的有效性，CT 设备必须处于完好的运行状态[1]。然而在整个CT 的使用过程中，其各项性能如空间分辨率、CT 值等会发生一定的偏移或者退化[2]。设备日常质量控制能够通过检测图像数据反映设备的性能变化，发现设备是否工作在正常状态。图像噪声、均匀性是评价CT 设备成像质量的基础指标，是CT 设备日常质量控制中的一项重要工作。同时物质CT 值的检测也是图像的质量的一项基本参数[3]。CT设备扫描所得的图像质量受很多因素的影响[4]。由于CT 的影像质量测试主要依赖检测物理模体，使用不同CT 模体做质量控制，会有不同结果。

相关研究人员已经针对这一问题做出了相应的成果。杨扬，刘海宽，卓维海[5]总结分析常规CT 剂量模体、加长CT 剂量模体，常规影像质量模体等5 种医用CT 检测模体演进与发展方向。张白霖等[6]设置不同扫描参数，扫描两种模体，提取了影像组学特征并评估特征可再现性。卜羽等[7]将统计学方法及统计过程控制，应用于CT 图像均匀性数据的质量管理中，有效提高了CT 图像质量。黄开发等[8]采用Catphan 500 模体对CT 部分质量控制检测过程进行详细的示范与阐述。

CT 检测模体是是实施CT 日常质量控制的重要工具，目前通常配备的主要是标准水模体，部分医院配备了专业的性能模体如Catphan 500 或更新型号的Catphan 700 模体。无论使用何种模体，我们的目的都是保证系统工作在正常状态，图像质量的稳定可靠。但目前并没有相关研究探究水模体和Catphan 700 对CT 图像质量在质控中的差异，以及使用以上两种不同模体对均匀性、噪声水平和CT 值检测结果的影响。

为此，本文提出基于多组图像均匀性、噪声水平及CT 值检测的不同模体扫描差异分析，并通过实验测试的方法对水模体和Catphan 700 的CT 扫描图像做质量控制，对结果进行统计学分析验证。期望通过本文的研究，促进不同模体在CT 日常质控中更合理的使用，以提高质量控制水平，提升医疗诊断中CT 图像质量。

具体方法是：收集水模体组和Catphan 组CT 扫描图像，计算其均匀性、噪声水平及CT 值，运用SPSS 25.0 软件进行数据处理，采用t 检验分析。统计结果表明，扫描水模体组图像和扫描Catphan 700 模体的CTP 712 模块所得两组图像，在均匀性、噪声水平以及CT 值的检测上均存在统计差异。水模体组扫描图像的均匀性为（2.20±0.16）HU，Catphan 700 模体组扫描图像的为（3.07±0.39）HU。水模体组噪声水平为（0.347 6±0.003 6）HU，Catphan 700 模体组噪声水平为（0.301±0.004 8）HU。水模体组扫CT 值（-2.20±0.202）HU，Catphan 700 模体组扫描图像的CT 值为（11.85±0.244）HU。结论是：Catphan 700 模体的扫描图像在噪声水平检测结果上优于扫描水模体组图像，而均匀性检测结果上水模体组扫描图像更优。CT 值的检测两组模体差异大，建议采用水膜体。

1 材料及方法

1.1 设备及模体

明峰公司ScintCare 778HonorX 射线计算机体层摄影设备、美国模体实验室Catphan 700 型模体、CT 厂家配备的标准水模体（直径20 cm），CT 设备自带图像处理软件SPSS 25.0。

Catphan 700 模体包含有CTP682、CTP714、CTP515、CTP721、CTP723 及CTP712 等6 个模块，可用于测量均匀性、噪声、CT 值、层厚、CT 值线性、高对比度分辨率、低对比度分辨率等数据（图1）。

图1 测试用Catphan 700 型模体

1.2 研究方法

1.2.1 CT 图像的收集方法

将模体置于照射视野中心，用最大层厚10 mm 的标准头部扫描条件扫描模体，其周围不应有影像射线束的物质[2]。

扫描方式选择为轴扫方式，选择最大层厚的10 mm，重建视野设定为250 mm，重建核选为HEAD-STND。设定CT 扫描条件为管电压120 kV 和管电流220 mA，此时设备显示的容积CTDI 值为39.26 mGy。

在CT 开机完成预热后，按照上述设置开展第一组检测，测试模体为CT 厂家配备的标准水模体，每组10 幅图像。测试模体选择为Catphan 700，开展第二组检测，扫描Catphan 700 模体CTP712 模块，每组10 幅图像。

1.2.2 图像噪声水平、均匀性及CT 值的检测

图像噪声水平检测需要在所扫描的每幅图像里取中心测量区为模体直径的40%，用CT 自带软件手动勾画圆形ROI（感兴趣区），测量其CT 值的标准偏差（SD）。

图像均匀性检测，在所扫描的每幅图像里选取5 个测量区（图2），分别在图像中心和上下左右距图像边缘10 mm 处，用CT自带软件设置ROI（感兴趣区），感兴趣区域的直径约为测量器件图像的直径的10%，测量其CT 值[2]。CT 检测值需在所扫描图像中选取一个约100 mm2的测量区，记录其CT 值。

图2 CT 均匀性检测界面

1.3 数据处理及统计学分析

1.3.1 CT 图像均匀性和噪声水平的数据处理

以中心感兴趣区域的平均CTc 值与边缘各感兴趣区域的CTp 值之间的最大差别来表示均匀性，用式（1）表示：

式中，U 表示均匀性，单位HU。

CT 图像噪声水平数据处理如下，噪声水平用式（2）计算：

式中，H 为噪声水平，k=1000 HU。

1.3.2 CT 图像均匀性统计学分析

CT 图像均匀性检测数据使用SPSS 25.0 进行统计学方法处理数据。为处理不同模体扫描得到的2 组图像的均匀性数据，首先需要检测数据的正态性和方差齐性。将2 组均匀性数据数据录入SPSS，正态性方面，采用的是两样本正态性检验方法，经SW（夏皮洛-威尔克）检验，结果见表1。

表1 两组图像的均匀性数据SPSS 正态性检验结果

本次实验采用的是随机化分组设计，符合独立性要求，两组图像均匀性数据用SPSS 25.0 运行t 检验同时选择莱文方差齐性检验。莱文方差等同性检验的结果显示，均匀性U（HU）方差齐性检验显著性P＜0.001，方差不齐。均匀性t 检验SPSS 运行结果（包括莱文方差结果及5% 置信区间等）见表2。因方差不齐，选择不假定等方差行的数据结果，整理结果见表3。水模体组扫描图像的均匀性为（2.20±0.16）HU，Catphan 700 模体组扫描图像的均匀性为（3.07±0.39）HU。两组图像总体均匀性均数存在着统计差异，差值-0.87，95%CI 置信区间为-1.16～-0.58，t=-6.55，P＜0.001。

表2 两组模体扫描图像的均匀性数据t 检验SPSS 输出

表3 两组模体扫描图像的均匀性数据统计

1.3.3 CT 图像噪声水平统计学分析

将数据录入SPSS，首先检测图像噪声水平数据的正态性，采用的是两样本正态性检验方法，经SW（夏皮洛-威尔克）检验，水模体组扫描图像的噪声水平数据P=0.302，Catphan 700 模体组扫描图像的噪声水平数据P=0.853，P＞0.05，没有统计学意义，两组数据正态性均符合。两组图像噪声水平数据用SPSS 25.0运行t 检验并勾选方差齐性检验，见表4。莱文方差等同性P=0.470，方差齐性，选择假定等方差行数据，结合描述性统计整理为表5。水模体组扫描图像噪声水平为（0.3476±0.003 6）HU。Catphan 700 模体组扫描图像的噪声水平为（0.301±0.004 8）HU。两组图像总体噪声水平均数存在着统计差异，差值为0.047 HU，95%CI 置信区间为0.043～0.051，t=-24.68，P＜0.001。

表4 两组图像的噪声水平数据SPSS 的t 检验输出

表5 两组模体扫描图像的噪声水平数据统计

1.3.4 CT 值统计学分析

将数据录入SPSS，经SW（夏皮洛-威尔克）检验，水模体组CT 值数据检测结果都存在统计学差异。所有测得的均匀性数据和噪声水平数据也都能符合JJG 961—2017 的要求，Catphan 700 模体扫描图像在噪声水平检测结果上更优秀，但水模体在均匀性水平上更优秀。

同时发现CT 值检查使用Catphan 模体存在问题，测试值均超出水的CT 值（0±4）HU 的要求，查阅模体说明书发现CTp 712扫描图像的CT 值数据P=0.912，Catphan 700 模体组扫描图像的CT 值数据P=0.073，P＞0.05，没有统计学意义。莱文方差等同性P=0.645，P＞0.05，方差齐性，选择假定等方差行数据，结合描述性统计结果后整理为表6。水模体组扫描图像CT 值（-2.20±0.202）HU。Catphan 700 模体组扫描图像的CT 值为（11.85±0.244）HU。两组图像总体CT 值均数存在着统计差异，差值-14.05 HU，95%CI置信区间为-14.26～-13.83，t=-140.14，P ＜0.001。

表6 两组模体扫描图像的CT 值数据统计

1.4 结论

扫描水模体组图像和扫描Catphan 700 模体的CTP 712模块所得两组图像，在均匀性、噪声水平以及CT 值的检测上均存在统计差异。不同模体扫描的两组图像均匀性平均值差值为-0.87 HU，噪声水平平均值差值0.047，CT 值平均值差值为-14.05 HU。Catphan 700 模体的扫描图像在噪声水平检测结果上优于扫描水模体组图像，而均匀性检测结果上比扫描水模体组图像更差，在CT 值的检测上则差异巨大。

2 讨论

CTP 712 为Catphan 上独特的图像均匀性模组，该模组用于测量图像到空间均匀性，平均CT 值和噪声值。通常我们使用标准水模体去做CT 设备图像的均匀性和噪声水平等检测，但Catphan 也设计了专门的测试模块，用于解决均匀性、噪声值等常规检测。

通过分组对比发现,两组不同模体的均匀性和噪声水平和模块使用的材料CT 值通常为5～18 HU，作为水的替代物是不合适到，会导致结果异常和超出限值，测量水的CT 值还是应该使用标准水模体，测量Catphan 模体的CT 值仅能作为一个CT值测试的补充。

综上，噪声水平的检测Catphan 模体扫描数据更好，均匀性水平水模体扫描数据更好，水的CT 值建议使用水膜体。

3 结束语

CT 扫描技术作为一种常规检查手段，为临床提供了丰富、直观的影像学资料，越来越受到医生的重视，CT 的成像质量的优劣对于最终诊疗结果的精确与否具有巨大的影响，而日常的图像质量控制也越显得重要。本文提出基于多组图像均匀性、噪声水平及CT 值数据分析，找到使用水模体和Catphan 700 的CT 扫描图像的差异，通过图像数据的变化差异，获得不同模体扫描的差别及优劣势，为日常质控模体的选择提供了有力的建议，大大提高了质控的效率。通过本文，也希望可以为相关单位的CT 设备质量控制及管理工作提供有价值的参考。