基于模体的乳腺X线摄影质量控制中SNR变异系数的分析 中国癌症杂志    2025, 35 (8): 784-791.   DOI: 10.19401/j.cnki.1007-3639.2025.08.007

图1 SNR的检测模体及测量ROI的位置示意图

正文中引用本图/表的段落

背景与目的：在乳腺X线摄影质量控制中，信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）是指图像中有用的信号强度与背景噪声的比值，是衡量图像质量好坏的重要指标之一。变异系数是描述SNR一致性和可重复性的常用指标。本研究通过分析不同厂家的3台乳腺X线摄影设备在不同曝光模式下的二维图像和X线断层摄影（tomography，Tomo）图像（简称断层图像）中SNR变异系数的变化情况，旨在评估乳腺X线摄影设备性能的稳定性和可重复性。方法： 选用乳腺X线摄影质量控制专用的聚甲基丙烯酸甲酯模体（polymethylmethacrylate phantom，PMMA），分别在全数字化乳腺X线摄影（full-field digital mammography，FFDM）、低剂量乳腺X线摄影和数字乳腺断层摄影（digital breast tomosynthesis，DBT）3种曝光模式下行PMMA厚度从20~80 mm，实际压迫厚度等效于乳腺平均密度的压迫厚度21~103 mm的自动曝光检测。计算不同乳腺X线摄影设备在不同曝光模式、不同压迫厚度时二维图像和断层图像中SNR的变异系数变化情况。结果： 在FFDM、低剂量乳腺X线摄影、DBT曝光模式下，等效于乳腺平均密度的压迫厚度21~103 mm时，分析乳腺X线摄影设备1、2、3在不同曝光模式下二维图像的SNR变异系数间的差异，仅DBT曝光模式下不同设备间的二维图像差异有统计学意义（P=0.003），设备1、2、3中二维图像的SNR变异系数分别为0.188%~0.720%、0.368%~1.073%和0.402%~1.662%。FFDM和低剂量曝光模式下设备1、2、3中二维图像的SNR变异系数差异均无统计学意义（P=0.060）。在DBT曝光模式时不同乳腺X线摄影设备的断层第一张投影图和0°投影图的SNR变异系数变化范围在设备1（2种角度）、2、3中差异均无统计学意义（P=0.373，P=0.742，P=0.225，P=0.693）。结论： 不同乳腺X线摄影设备、不同曝光模式时二维图像和断层图像的SNR变异系数变化范围各不相同，没有固定和标准的数值，但都在乳腺X线摄影设备质量控制要求范围内。在FFDM和低剂量曝光模式时乳腺X线摄影设备二维图像的稳定性、可重复性更好；在DBT曝光模式时断层第一张投影图和0°投影图的变异系数值差异无统计学意义，均显示设备的稳定性良好。

SNR的测试和CoV的计算方法参照《欧洲乳腺癌筛查和诊断质量保证指南》[6]和《国际标准规范手册》[7]，注意采用均匀模体进行测试后，先做SNR检测，为了确定这个指标，需要选择一个感兴趣区域（region of interest，ROI），在本研究中选取摄影平台中央距胸壁侧6 cm左右处位置作为ROI进行计算，要注意ROI内必须是均匀的，实际使用的模体及测量位置见图1（图内红框区为ROI）。具体操作如下：将标准测试模体平放在摄影平台上；使用AEC模式并记录曝光设置；测量第1张图中ROI的像素灰度平均值和标准偏差。执行以上步骤4次，计算4个测量结果的平均值。计算SNR时，用每幅图像的ROI内像素灰度值的平均值表示信号，用每幅图像的ROI内像素灰度值的标准偏差表示噪声。计算CoV时，用四幅图像的4个SNR的标准偏差与其平均值的比值。CoV的计算公式为：

运用团队自主研发的MATLAB 2022b数据处理软件编写所需程序，将所有图像原始数据导入该程序，软件会根据要求自动进行数据处理。该MATLAB程序可以批量在不同型号系统所产生的多种成像模式图像的相同位置选取ROI区域，读取对应ROI区域内像素的灰度值，并计算相应的均值、标准差等数据，再进一步基于上述数据计算每款型号系统的SNR、CNR。将FFDM、低剂量乳腺X线摄影和DBT不同模式下行等效平均密度乳腺的实际压迫厚度21~103 mm曝光，获得的数据进行二维图像和断层图像的SNR的CoV的分析和计算。其中1台乳腺机因在压迫厚度103 mm时无法自动曝光而未能进行此压迫厚度的曝光。另外，对所有数据采用GraphPad Prism 10.1.0进行统计学分析，3组之间的比较首先进行正态性检验（Shapiro-Wilk检验）和方差齐性检验（Levene检验）。当数据满足正态分布且方差齐性时，采用单因素方差分析进行组间比较；若数据不符合正态分布或方差齐性假设，则采用Kruskal-Wallis H检验进行分析。前述总体比较之后，3组间的两两比较采用Tukey-Kramer方法控制总体Ⅰ类错误膨胀。两组间比较采用t检验进行比较。采用双侧检验，P<0.05为差异有统计学意义。

在等效于乳腺平均密度的压迫厚度21~103 mm范围内，不同乳腺X线摄影设备在DBT曝光模式下断层第1张投影图和0°投影图SNR的CoV变化范围见表3，其中设备1小角度的CoV为0.422%~2.277%和0.432%~1.869%，差异无统计学意义（P=0.373）。设备1大角度的CoV为0.237%~1.814%和0.442%~1.474%，差异无统计学意义（P=0.742）。设备2的CoV为0.149%~1.187%和0.539%~1.010%，差异无统计学意义（P=0.225）。设备3的CoV为0.113%~1.329%和0.673%~1.298%，差异无统计学意义（P=0.693）。P值是不同乳腺X线摄影设备在DBT曝光模式下断层第1张投影图和0°投影图的SNR的CoV两两比较的结果。在DBT曝光模式下断层第1张投影图和0°投影图的CoV变化差异无统计学意义（P>0.05，图4）。

本研究结果显示，在DBT曝光模式下乳腺X线摄影设备1、2、3二维图像SNR的CoV差异有统计学意义（P=0.003）。主要是设备1和设备3的CoV差异有统计学意义。可能是因为本身设备1在不同曝光模式时的CoV值均较小，造成和设备3的CoV差异变大；设备3在DBT曝光模式下的mAs比FFDM曝光模式低，对应的DBT曝光模式的CoV值高于FFDM曝光模式，造成差值进一步变大。本研究结果表明，不同乳腺X线摄影设备在不同曝光模式下，二维图像的CoV变化范围各不相同，并没有固定和标准的数值。在FFDM和低剂量乳腺X线摄影曝光模式时设备二维图像的稳定性、可重复性更好；在DBT曝光模式时断层第1张投影图和0°投影图的CoV值差异无统计学意义（P>0.05），均显示设备的稳定性良好。本研究结果均符合乳腺X线摄影质量控制手册要求的CoV的测量标准即CoV<10%[6-7]。乳腺X线摄影中SNR的CoV评估可确保X线设备在不同时间点产生的图像SNR保持一致。

本文的其它图/表

• 表1 PMMA的厚度和等效于乳腺平均密度的压迫厚度相对应的数值表
  
• 表2 3台乳腺X线摄影设备在3种曝光模式下二维图像SNR的CoV
  
• 图2 设备和数据的纳入及排除标准流程图
  
• 图3 3台乳腺X线摄影设备、3种曝光模式下二维图像SNR的CoV值统计结果
  
• 表3 不同乳腺X线摄影设备在DBT曝光模式下断层第一张投影图和0°投影图SNR的CoV
  
• 图4 不同乳腺X线摄影设备在DBT曝光模式下断层第一张投影图和0°投影图SNR的CoV值统计结果图示