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統(tǒng)計(jì)學(xué)方法在CT低對(duì)比度分辨力自動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用
作者：余曉鍔，占杰，李萍，李嬋娟【關(guān)鍵詞】 低對(duì)比度分辨力；統(tǒng)計(jì)學(xué)方法；體模;CT
Application of statistical method in automatic measurement of CT low contrast resolution
【Abstract】 AIM: To measure low contrast resolution with statistical method. METHODS: The Catphan phantom and selfprepared experimental phantom were used to measure low contrast resolution based on the analyzing of measurement principle. RESULTS: The result of subjective method was basically consistent with that of the objective method. CONCLUSION: It is feasible to do the automatic measurement for CT low contrast resolution using selfprepared experimental phantom.
【Keywords】 low contrast resolution；statistical method；phantom;CT
【摘要】 目的: 利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法測(cè)量CT低對(duì)比度分辨力. 方法：闡述了測(cè)試原理，采用Catphan體模和自制體模對(duì)CT低對(duì)比度分辨力進(jìn)行了測(cè)量. 結(jié)果:主觀法和客觀法測(cè)試結(jié)果相近. 結(jié)論: 可以用自制體模采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)CT的低對(duì)比度分辨力進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量.
【關(guān)鍵詞】 低對(duì)比度分辨力；統(tǒng)計(jì)學(xué)方法；體模;CT
【中圖號(hào)】 R181.22
0引言
CT機(jī)的低對(duì)比度分辨力（LCR）一般采用標(biāo)準(zhǔn)低分體模來測(cè)量，通過視覺觀察確定其分辨力大小. 這種方法直觀方便，國際上廣為應(yīng)用. 但不足之處在于讀數(shù)不連續(xù)，肉眼觀察主觀性較大. 這種對(duì)圖像的主觀評(píng)價(jià)就像對(duì)偽影的判斷一樣，它不可能精確的表示系統(tǒng)的對(duì)比度分辨力. 而且市場(chǎng)上不同的檢測(cè)體模對(duì)同一系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生不同的評(píng)價(jià)結(jié)果，這是因?yàn)檫@些結(jié)果在一定程度上依賴于能譜和體模材料的溫度，因此需要對(duì)低對(duì)比度測(cè)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化［1-3］. 我們借助統(tǒng)計(jì)學(xué)上的方法來分析均勻?qū)由系臄?shù)據(jù)從而得到低分的結(jié)果，具有的明顯優(yōu)點(diǎn)有：對(duì)體模的要求低，容易實(shí)現(xiàn)，擺放和定位容易，測(cè)量結(jié)果具有客觀性且定量嚴(yán)格.
1材料和方法
1.1材料采用了一種統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，基于的原理是：如果我們?cè)谕瑯拥臈l件下測(cè)量多個(gè)同樣大小的低對(duì)比度物體的值，則這些隨機(jī)變化的值也符合高斯分布. 同樣的，多個(gè)與低對(duì)比度物體同樣大小的感興趣區(qū)域（ROI）上的背景CT值也符合高斯分布，并且與之具有相同的方差（圖1），因?yàn)榈蛯?duì)比度物體和背景是在相同的條件下掃描的，它們是一次掃描的結(jié)果，而且它們之間的衰減系數(shù)的差異非常小，這兩個(gè)分布之間唯一的不同只在于它們的期望值. 如果我們采用兩個(gè)分布之間的中點(diǎn)作為能將低分物質(zhì)從背景中區(qū)別出來的域值，當(dāng)兩個(gè)分布的均值差異為3.29 σμ時(shí)，假陽性為5％（背景分布曲線下超過域值的部分），其中σμ為分布的標(biāo)準(zhǔn)差；同理，假陰性也是5％（低分物體的分布曲線下低于域值的部分）. 當(dāng)然，如果采用更高的置信度，兩組分布的均值必須相差更大. 受檢設(shè)備為GE Lightspeed16；檢測(cè)模塊為CATPHAN體模的低分模塊 CTP528（模塊1）和自制均勻水模（模塊2）.
圖1統(tǒng)計(jì)學(xué)方法測(cè)CT低對(duì)比度分辨力的原理（水模的圖像中心被劃分為若干個(gè)ROI）（略）
1.2方法通過前面的分析，低對(duì)比度分辨力可以通過計(jì)算機(jī)的分析得到，首先要在一定的劑量水平上掃描一個(gè)均勻水模（選擇合適的管電壓，管電流，層厚，掃描時(shí)間等. 表1）. 然后重建體模，將重建圖像的中心區(qū)域分為許多個(gè)小格子，格子的大小與感興趣的低分物體的大小相同，取得每個(gè)格子中的CT均值（例如圖中有49個(gè)均值）. 然后計(jì)算出這些值的標(biāo)準(zhǔn)差σμ，基于我們前面的討論，這些低對(duì)比度物體的對(duì)比度應(yīng)該大于3.29 σμ才能以95％的置信度從背景中被區(qū)分出來. 這種分析方法可以重復(fù)進(jìn)行以檢驗(yàn)不同大小物體的對(duì)比度水平.
表1實(shí)驗(yàn)掃描條件(標(biāo)準(zhǔn)算法)（略）
2結(jié)果
改變層厚，kVp，mAs等參數(shù)測(cè)量模塊，得到圖像，用matlab程序計(jì)算得到結(jié)果. 要分辨與方格大小相同的目標(biāo)物質(zhì)時(shí)，可將所需要的CT值差異換成對(duì)比度，即乘以1‰就可與Catphan比照，如直徑2 mm的目標(biāo)物質(zhì)需要5.5672×1‰，即0.55672%以上的對(duì)比度才能分辨，而直徑3 mm的目標(biāo)物質(zhì)需要0.36817%以上的對(duì)比度才能分辨. 得出的結(jié)果與Catphan的結(jié)果基本吻合（表2）.
表2自制均勻模塊的各直徑大小的目標(biāo)物質(zhì)的低對(duì)比度測(cè)量結(jié)果（略）
3討論
3.1測(cè)試方法分析由于噪聲是影響CT中LCR最直接、最密切相關(guān)的因素，噪聲的增大或減小，必然同時(shí)引起CT中LCR的增大或減小，所以可以借助噪聲來分析CT機(jī)LCR的影響因素，IEC的CT標(biāo)準(zhǔn)就規(guī)定只測(cè)噪聲，不測(cè)低對(duì)比度分辨力. 如果用噪聲來衡量LCR，則只用簡(jiǎn)單的測(cè)量工具就能得到結(jié)果，不會(huì)有人為的誤差，但其不足之處在于不符合低對(duì)比度分辨力的定義，噪聲與低分之間的具體數(shù)據(jù)難以對(duì)應(yīng)起來［3-4］. 傳統(tǒng)的CT低對(duì)比度測(cè)試都是通過掃描標(biāo)準(zhǔn)體模得到的，需要在特定的掃描條件（kVp，mAs，層厚等）和重建算法下進(jìn)行，并且需要多次掃描，通過人眼的
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