医学图像质量评价和质量保证是随着医学影像新设备、新技术的应用而不断发展的。而医学影像技术的发展有赖于相关领域科学研究的发展。20世纪80年代，日本富士公司推出了存储荧光体方式的计算机X线摄影(CR)系统，并率先进入临床应用，从而解决了常规X线摄影数字化问题。1997年以后，直接数字X线摄影(DR)设备亦相继问世，为医学影像学全面实现图像的数字化奠定了基础。现代各种医学影像的成像原理虽各不相同，但它们的成像方式均为数据重组，表明现代医学影像已进入图像信息的数字化时代。成像系统的质量检测与评价方法多种多样，具体到数字成像系统又有许多特点，不能照搬以前评价模拟成像的具体方法，而应紧密结合计算机知识和数字图像的基本特点。现对数字成像系统质量评价方法的研究进展综述如下。

一、数字图像传统的客观及主观评价方法

随着数字成像系统的发展和普及，传统上对模拟成像进行评价的指标，包括客观评价中的调制传递函数（MTF：反映系统固有空间分辨率）和噪声功率谱（NPS：反映噪声水平）、主观评价中的受试者操作特性曲线解析法（ROC曲线：代表检出的信息量），自然也运用到了数字成像的评价中。特别是NPS和MTF，以前在计算时需要对影像密度进行量化，而现在对于数字图像无需这一步，故在应用时更为合适。

MTF一直作为线性移不变成像系统空间分辨率特性的计量标准。在计算预采样MTF时，其方法有矩形波测试卡法、狭缝法、边刃法等。应用矩形波测试卡完成的测试，数据是离散的，拟合的MTF曲线过于粗糙，且无法得知实际的截止频率。狭缝法较为精确，用于数字成像系统的测试也已成熟。其不足之处是在像素值的线扩散函数（LSF）标准化时，要进行截尾处理，会产生截去误差，结果在低频区计算的MTF值偏高。边刃法则不存在以上的问题。Buhr等认为用边刃法测量DR预采样的MTF能更好地显示高频区内容，故应视为理想方法。他们利用多个边缘扩散函数（ESF）求均值的办法来消除边刃图像上噪声的影响，从而提高了预采样MTF的精度。但边刃测量器的制作精度和选材要求都比较高，纯度要达到99.95%。直线加速器作为放疗工具得到普遍采用后，不少学者注意到高能X线成像时的分辨率问题。由于直线加速器的头侧散射和高能X线的背景散射，兆伏级X线摄影时MTF的实验测试是一项极为困难的工作。采用狭缝法时对狭缝的材料、尺寸和密度都有很高的要求。Sawant等用19 cm厚的钨片设计了一种新颖便携的狭缝，可安装在直线加速器台架的侧缝上，从而测量6～25 MV X线照射下的平板成像器的预采样MTF。这种成像器用于直线加速器放射治疗肿瘤时摄片定位。

随着成像板（IP）和平板探测器（FPD）性能的改进，它们的X线转换效率越来越高，同时患者辐射剂量要求进一步降低，人们对数字摄影期望的曝光量越来越小，随之而来的是量子斑点的增加，这些直接影响图像中低对比物体的可视性。故评价数字图像时，专家们越来越重视影像的噪声水平。在放射数字影像中，噪声可有以下几个来源：初级量子噪声，次级量子噪声，泊松过量噪声，结构噪声，附加电子噪声及混叠噪声。这些噪声都有各自的分析和量化方法。数字成像系统结构复杂，最终影响医师进行诊断的噪声是系统各个成像环节所产生的噪声共同作用的结果。Williams等从测量数字乳腺探测器的噪声中总结出的测试数字NPS方法，考虑了采样长条区大小、像素均值、混叠效应等各种因素的影响，计算过程虽然复杂，但内容完整，精确度较高。传统的CR是以光激发荧光体技术结合飞点读出器为基础的数字成像系统，目前出现了针状结晶荧光体联合线扫描技术和IP的双面荧光读取技术，这2种新技术极大地改善了CR的性能，可以作为CR的换代产品。Mackenzie等研究了Agfa生产的2代CR的噪声源水平，发现除混叠噪声和主扫描方向上的电子噪声外，针状结晶荧光体联合线扫描读取的新CR系统的其他噪声源水平，都低于光激发荧光体技术结合飞点读取的传统CR系统。他们又通过分析CR的噪声源，认为此种数字系统仍有改良空间。

进行成像设备物理学性能评价，不但可以进行图像质量优劣的判断，而且为深入了解决定成像性能的因素提供基础，并为系统优化设计提供思路。如针对目前的双能成像新技术（dual-energy imaging, DE），有报道通过测试与叠加的解剖结构有关的NPS和量子检出效率（DQE）等参数，产生一般化的噪声等价量子数（GNEQ），并导出可探测性指数作为目标函数，用以优化DE图像重组、低能与高能图像之间的剂量分配、低kVp与高kVp的选择等。还有人用反馈的DE成像性能和图像质量来优化图像采集技术。这是图像质量评价的另一积极作用。

ROC曲线法作为主观评价法由来已久，早在1973年以Metz等为首的芝加哥大学研究小组，从心理和主观上开展了图像质量评价工作，制成ROC曲线，这种评价法具有一定的计量客观性，在影像研究工作者中产生了极大的影响。在进行具体临床实践时应用广泛，既可验证设备的实际性能，又可评判观察者的水平。其中，应用ALVIM统计学体模进行5值判别，操作简便，非常实用。ROC解析比较早期应用到数字图像时，主要用于评价对间质性肺炎，以及肺内小结节等病变的探测能力。后来逐渐扩大到了乳腺、消化道、骨骼及造影检查的领域中。ROC曲线解析目前已具备完整的科学理论依据，成为影像检查技术和诊断方法对照研究的标准方法。几乎所有的影像学领域、PACS、计算机辅助诊断系统及神经网络都在应用ROC曲线解析法来进行主观评价研究。

另一个同属心理物理学测试的方法是对比度细节分析（CD分析）。通常使用对比度细节体模来进行测试。在这个体模里有15行×15列，共225个正方形，每个正方形内的目标直径大小从0.3到8.0 mm，相邻目标细节对比变化极其缓慢，某一目标和其相邻目标的深度比为2^-1/3。目标的深度和对比度之间的线性关系由目标引起的微小衰减变化来体现，每三个目标梯度，其深度和对比度都减至初始值的一半。应用这种体模可对低对比度下图像细节的可见度进行量化，并提供对比度-细节曲线、低对比度分辨力、空间分辨力等影像信息。

二、数字图像主观方法和客观方法结合的综合评价

图像质量评价时，为使影像检查的物理参数和成像技术条件符合放射诊断的具体要求，有必要将主观方法和客观方法有机地结合起来，进行定量分析，这样得到的图像质量综合评价结果更具说服力。

测试数字成像系统的MTF、WS和ROC曲线的方法经历了一个完善发展的过程。作为纲领性文件，国际放射线设备和测量委员会在其54号文件中系统地介绍了包括MTF、NPS、ROC等所有这些物理量在屏/片(F/S)系统中的计算方法。随着各种数字成像设备的出现，它们与F/S系统的性能差异受到关注。1991年，Sanada等全面比较了一种CR和一种F/S的成像特性，他们采用了双影像技术，以保证2种系统具有相同的摄影条件，测试对比了二者的MTF、WS（即NPS），并应用TRG体模进行主观评价。2001年，左藤昌見等从图像质量评价及受检者接受的射线剂量方面综合考虑，来探讨适宜的射线照射量，其中应用的标准就是和中速F/S系统有相同噪声水平的曝光量。在这一前提下，测试了FCR5000型CR和CXDI型FPD的MTF、WS和ROC，实际上是将CR、DR与F/S进行比较。近年来，不同数字成像设备之间的图像质量比较也在进行，而且方法日益完善和细致。Liu等进行的非晶硒平板探测器和AC-3 CR系统在胸部成像时的性能比较测试，不但考虑了线质、线量、滤过等对图像质量的影响，还进行了标准化处理。数字影像除了像传统读片模式那样，在观片灯上阅读输出的胶片影像外，还可通过显示器进行诊断，这就产生了软阅读。显示器是软阅读的关键工具，显示器的好坏直接影响医师对影像上病灶的诊断率。对于CT、MRI等，除普通放射线图像外的其他医学数字图像，目前通用的微机显示系统就可以完整地表达其信息量。而一些普通X线检查，如胸部Ｘ线片、乳腺Ｘ线片图像，几何精度要求为２Ｋ以上，灰阶分辨率为1024～4096级，则需要有高清晰度显示器来显示。有两大类常用的显示器：阴极射线管型（CRT）和液晶型（LCD），它们在性能和技术上都有较大不同。数字影像的系统评价应该包括作为影像输出终端的显示器的评价。

自2000年至2006年，Samei等和Borasi等成立2个工作组致力于3种FPD系统的评价。一个工作组以物理图像质量评价参数（MTF、NPS、DQE）为基础，另一个则测试物理的和心理物理的（CD分析）图像质量评价参数。从总体上定性地说，两者的评价结果是一致的，但由于实验条件和评价方法的差异，很难将它们进行定量比较。理想的情况应该是，成像系统的完整性能评价应包括在相同的标准条件下物理的和心理物理的两方面的评价。

三、与临床和社会效益相结合的功能评价

政府部门和某些国际组织在制定成像设备的验收评价和质量控制标准时，除了要应用具体物理指标外，更多地要考虑实际临床效用，即进行与临床相结合的综合评价。1998年，美国医学物理师协会第10工作组（American Association of Physicists in Medicine Task Group 10，AAPM TG10）提供了一套用于CR系统验收检测和质量控制的完整的标准化测试草案。但对其噪声和空间分辨率的评价主要使用的是心理学方法，没有反映出其空间频率特性。患者的辐射剂量也应作为一个考虑因素。目前需要建立一种规范化、标准化的质量评价方法对数字X线成像设备进行评价，并在此基础上实现图像质量评价的自动化。

质量评价还应注重整体效益。数字成像系统最初的投资要比传统的模拟成像系统大的多，但随着工作量的增加，其相对收益会越来越高。这是因为，应用数字成像系统维护费用低，效率高。对于不同的数字成像系统来说，DR在性能上和工作速度上都优于传统CR系统。但CR具备价格上的优势。同时能与现已存在的X线设备和工作模式配合使用。CR在进行床边摄影时也有优势。这些特点在临床综合评价中都应予以考虑。在数字成像中，图像的后处理已成为联系成像状况和胶片文件的一个中心环节，图像的最优化应该包括图像后处理技术和辐射剂量的不同选择。为此，Busch等提出，为新的数字放射学制定标准时应遵循以下原则：（1）高图像质量（包括空间分辨率、对比度探测能力、动态范围），（2）低辐射剂量（即对X线量子具备较高的敏感性），（3）方便快速处理（即具备较高的检查频率），（4）和现有摄影室及检查流程相配套，（5）合理的价格/效益比率。Månsson^[32]更直接地说明了数字放射学的两个主要步骤：（1）数据采集和图像生成，（2）图像处理和图像显示。他还把影像质量评价方法分成三类：（1）物理学评价，（2）心理学评价，⒊诊断者功能评价。英国放射学会制定的放射学质量评价6级标准则为：（1）技术水平，（2）诊断水平，（3）诊断效果，（4）治疗效果，（5）患者结局，（6）资源利用的最优化（最佳利用率）。最佳利用率为最高的一级，其有两方面的含义，从患者的角度，是怎样由最小的花费来获得最好的服务；从医院的角度就是尽量提高效益-支出比。由此可以体会到，完备的图像质量评价应该是技术先进性，影像诊断准确性，进而社会效益最佳的综合。

综上所述，图像质量评价工作是一个系统工程，不仅要进行主观和客观的评价，还要进行综合评价；不仅要有对模型（如体模、测试卡、狭缝等）评价，还应落实到对临床实际病案的评价。特别是后者，应该作为对成像系统评价的最终目的。临床评价结果是成像设备软件和硬件、投照技术、后处理技术等综合运作的结果，每一个环节的质量下降或整个系统匹配不好，都会反映到临床评价上。

开展数字成像系统图像质量评价工作，有利于提高图像质量，提高疾病的诊断率，减少患者的辐射剂量，优化成像参数，合理选择不同的成像设备，规范成像设备市场，进而提高效率，改善医疗服务质量，取得积极的社会效益。