不同读片方式下数字医学影像显示一致性研究

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 ［摘要］  目的  通过对临床大量硬读片和软读片诊断结果的分析，说明PACS系统在读片上的优越性以及不同读片方式之间的统计一致性，为诊断效果分析及放射科数字影像诊断的质量控制提供合乎统计规律的科学依据。方法  基于我院拥有的大量X线胶片数据，在保证取样随机性的前提下，选择合适的胶片取样数目（6000例）；在保证医生判读一致性的条件下，获取医生在不同读片方式下的诊断结果（阳性，阴性，可疑阳性）；利用Kappa方法对医生判读结果进行统计分析。结果  软读片方式杜绝了可疑阳性诊断结果的出现；软读片、专业灰度显示器及图像处理技术都可以提高诊断结果的阳性率；从Kappa值分析的角度，胶片与普显、胶片与专显、图像处理前后的普显、图像处理前后的专显之间有着几乎一致的诊断结果。 结论  软读片除了有易于保存与处理等优点外，我院现在采用的专业灰度显示器及对诊断影像进行图像处理有助于阳性率的提升。Kappa值的分析结果说明了我院现有诊断方式的可行性。

    ［关键词］  Kappa值；一致性分析；软读片；X线胶片

      Study on agreement about digital medical imaging displaying in different reading methods

    CUI Li，LV Donghui，ZHOU Lijiang，et al.Radiology Department of Shanghai Baoshan Central Hospital,Shanghai 201900,China

    ［Abstract］  Objective  By analyzing a large quantities of diagnostic results of reading Xray films and reading Xray pictures,it is easy to show that PACS system has advantages in reading pictures and statistical agreement exists among the different reading methods.The method has been proposed for analyzing the diagnostic results and controlling the qualities of digital medical images in radiological department in statistical meaning. Methods  6000 cases have been selected from the Xray films in our hospital based on the random sampling criterion and the diagnostic results (positive,suspected positive,negative) in different reading methods have been obtained by doctors.Kappa values have been computed according to doctors diagnostic results.   Results  Soft reading method,which avoids the appearances of suspected positive diagnosis results,special displays and imaging processing technology improve the positive rate of the diagnosis results.There are almost the same diagnosis results between films and common displays,films and special displays,common displays by image processing or not,special displays by image processing or not in the view of Kappa analysis.Conclusion  Soft reading pictures are easy to store and process.Special displays and diagnostic imaging processing in our hospital help improve the positive rates.The statistical results based on Kappa values prove the feasibility of existing diagnostic methods in our hospital.

    ［Key words］  Kappa value;agreement analysis;soft reading pictures;Xray films

    随着医学影像技术的发展，医院购置了越来越多的医学影像设备，比如CT、MR、CR、DR等。如何最大限度地发挥这些设备的使用效率以及获得良好的诊断效果，一直是工程技术人员与临床医生所关注的问题。而PACS系统的应用将传统的灯箱+胶片的医院影像操作模式进化为计算机和高速网络构成的数字平台。本文主要研究我院建立的PACS系统在医生读片方式改变前后影像诊断结果之间的一致性。通过对大量硬拷贝和软拷贝诊断结果的统计分析，说明PACS系统的优越性以及读片方式转换的合理性。

    1  资料与方法

    1.1  一般资料  2003年8月4日~2004年9月29日以7天为间隔进行等间隔取样，获取6000例X线胶片的医生的诊断结果。再获取这些胶片的软拷贝，使之在普通显示器及专业灰度显示器上显示以供医生诊断。将这些软拷贝经图像处理后，再在普通显示器及专业灰度显示器上显示以供医生诊断。诊断结果分为阳性、阴性、可疑阳性三类。

    1.2  研究方法

    1.2.1  合适的X线胶片取样数目的确定  我院从2003年8月起，每天有200多张X线胶片的诊断病例，因而具有X线胶片的病例数以十万计。如何在如此众多的病例中确定合适的取样数目及取样方式十分重要。取样数目定为6000例，这样可以以99.73％可靠度保证对总体比例的误差在2％以内。此处总体是指我院的所有的具有X线胶片的病例。总体比例是指总体中的阳性率。取样数目6000是按下面计算公式得出的：

    n=t2×p×(1-p)   (Δp)2（1）

    其中t为正态分布统计量,p为假设阳性率,Δp为误差。设p=0.5,由要求知Δp=0.02,在99.73％可靠度下,查表得t=3。由公式（1）不难算出n=5625。即取样数目至少为5625，为确保达到目标，取样数目确定为6000。

    根据当时课题的计划，我们的取样日期为2003年8月4日~2004年9月29日。以7天为间隔进行等间隔取样，这样可保证取样的随机性。如8月4日；8月11日；8月18日；8月25日……

    为保证取样不局限于同一类X线胶片，笔者通过对8月份不同种类的X线胶片的组成比例分析，确定了每天取样100例，具体组成是胸片51例、四肢22例、脊柱7例、其他20例。当天的100例尽量在当天按时间先后取；若不够，请在紧接的下一个工作日取；若还不够，就在当天的前一个工作日取，但时间顺序是由后向前。

    1.2.2  医生不同读片方式下诊断结果的客观性保证  取样病例确定后，如何保证医生读片时诊断结果的客观性也需要认真对待，因为这也是保证该研究项目研究结果正确性的重要环节。具体的对医生读片的要求为：(1)保证读片的一致性，即由读X线胶片的同一医生进行普通显示器（简称普显）、专业灰度显示器（简称专显）及经图像处理后的普显、专显的读片；(2)保证医生读片的独立性，即医生在读片时不会在不同的读片方式之间相互影响。为达到此项要求，规定必要的医生读片间隔。现选择医生6名，每人读片总数1000例。每人需要4种新的读片方式：处理前普显、处理后普显、处理前专显、处理后专显。不同读片方式的读片时间至少间隔15天。

    1.2.3  一致性分析的Kappa方法  在临床实验的质量控制中，常常需要评价测量方法的一致性［1，2］。例如，对同一病例的X线片，要求放射医师结果的一致性，即确保不同放射医师的读片结果是相同的；同样，对同一医师，他在研究开始和结束时的读片结果也应该是相似的。Kappa统计量是Cohen 1960年提出的一种校正机遇之后衡量两种检测方法一致性的指标［3］，Kappa值是评价测量符合程度的常用指标，是实际符合率与最大可能符合率之比。Kappa值的计算公式为：

    K（Kappa）=Pa-Pe   1-Pe(2)

    其中Pa=实际观察一致数   总观察一致数，   

    Pe=期望一致数   总观察一致数.

    U=K   Sk~N(0,1),(3)

    Sk=Pa(1-Pa)   N(1-Pe)2（4）

    式（2）、（3）、（4）中Pa称为观察的一致率，Pe为期望的一致率，它们分别由一致性统计表中左上角到右下角的主对角线上的观察频数和按独立性假设推算的理论频数算得。U为正态统计量，N为总观察例数。Sk为K的标准误差。K除以Sk即构造出U统计量，进而可对一致性进行假设检验。

    K值不同，则一致性强度不同。Fleiss提出的三级分法［4］具体判断方法如下：0.1~0.39，一致性符合较差；0.4~0.74，一般符合；0.75~1.00，几乎一致。

    2  结果

    根据以上的实验设计，选择6名医生对6000张X线片在不同的显示方式下进行了读片实验，具体结果见表1。 表1  不同医生在不同读片方式下的诊断结果统计 下面使用Kappa方法从几个方面来说明不同读片方式下医学影像诊断一致性的分析。

    2.1  X线胶片与处理前普显之间的一致性分析  见表2。表2  X线胶片与处理前普显的一致性统计由表2可知，Pa=0.9892，Pe=0.5025，从而有 K（Kappa）=Pa-Pe   1-Pe=0.9783设H0:K=0,即两种方法的一致性是由偶然误差造成的。H1:K≠0,即两种方法的一致性是确实存在的，取α=0.05，此时U0.05/2=1.96。由 Sk=Pa(1-Pa)   N(1-Pe)2=0.0027 得U=K/Sk=362.83>U0.05/2,拒绝H0，认为两种方法的一致性是确实存在的。

    2.2  X线胶片与处理前专显之间的一致性分析  见表3。 表3  X线胶片与处理前专显的一致性统计由表3可计算得知，Kappa=0.9534，U=244.46>U0.05/2,拒绝H0，认为两种方法的一致性是确实存在的。

    2.3  处理前普显与处理后普显的一致性比较  见表4。表4  处理前普显与处理后普显的一致性分由表4可计算得知，Kappa=0.9678，U=293.27>U0.05/2,拒绝H0，认为两种方法的一致性是确实存在的。

    2.4  处理前专显与处理后专显的一致性比较  见表5。表5  处理前专显与处理后专显的一致性比较由表5可计算得知，Kappa=0.9914，U=583.18>U0.05/2,拒绝H0，认为两种方法的一致性是确实存在的。

    3  讨论

    3.1  软读片及专业灰度显示器对医学影像诊断的意义  经过大量的临床医学数字影像的诊断实验，笔者得出了表1的实验结果，从中不难得出以下结论：（1）只有胶片诊断时有可疑阳性的存在，而其他四种软拷贝的诊断结果均无可疑阳性存在。这说明了软拷贝消除了诊断的模棱两可性；

    （2）由图像处理前的普显的阳性结果数（3213张）小于图像处理后的普显的阳性结果数（3223张），及图像处理前的专显的阳性结果数（3224张）小于图像处理后的普显的阳性结果数（3230张），说明了经过图像处理后的数字医学影像更有利于疾病的诊断；

    （3）由图像处理前的普显的阳性结果数（3213张）小于图像处理前的专显的阳性结果数（3224张），及图像处理后的普显的阳性结果数（3223张）小于图像处理后的普显的阳性结果数（3230张），说明了专业灰度显示器的使用有利于疾病的诊断。总之，表1说明了以软拷贝读片比硬拷贝读片对医生医学影像诊断的优越性及图像处理和专业灰度显示器的有效性。

    3.2  Kappa值分析的研究现状与作用 

    对于由不同方法所获得的测量数据或诊断结果的一致性分析一直是人们关注的课题之一［5］。雷芳等［6］研究了不同医生不同时间读取Digora牙片结果的一致性，得出了同一医生多次读取结果自身的一致性高于不同医生的读片结果。胡惠义等［7］用Kappa值及阳性级别判定对抗酸杆菌痰涂片的省级镜检结果与地（市）、县级镜检结果的一致性进行了分析。楚治群等［8］利用检验对新生儿缺氧缺血性脑病临床与头颅CT分度的一致性进行了分析，发现临床分度与CT分度在不同类型病人之间存在的一致性差异。周艺彪等［9］利用不同B超指标之间的诊断一致性系数Kappa值来说明了不同B超指标诊断日本血吸虫病患病的一致性程度。而将Kappa的一致性分析方法用于不同读片方式下对于医学影像的诊断结果的一致性分析，目前还未见相关报道。本文基于大量的不同读片方式下的医学影像的诊断结果，对各种读片方式之间的诊断结果的差异性进行了系统的统计分析。从表2~5可以看出，胶片与普显、胶片与专显，图像处理前后的普显、图像处理前后的专显之间有着几乎一致的诊断结果。这说明一方面总的阳性率有所提升，另一方面，诊断结果之间从统计意义上讲差异无显著性。进而说明专业灰度显示器及图像处理方法用于医学影像诊断的可行性。

    ［参考文献］

    1      郑如,胡清友.统计学.上海:立信会计出版社,1998，222-225.

    2  胡良平.检验医学科研设计与统计分析.北京:人民军医出版社,2004,185-187.

    3  Cohen J.The evaluation of diagnostic tests.Biometrics,1960,6:399-412.

    4  方积乾，陆盈.现代医学统计学.北京:人民卫生出版社,2005,228-230.

    5  Kraemer HC,Periyakoil VS,Noda A.Agreement statistics:kappa coefficients in medical research,Tutorials in Biostatistics In: Statistical Methods in Clinical Studies,Edited by R.B.DAgostino,2004 John Wiley & Sons,Ltd.

    6  雷芳，黄莉，徐劲军.200例Digora牙片读片结果的一致性分析，广东牙病防治，2000,8(3):184-185.

    7  胡惠明，王国杰，刘仁明.抗酸杆菌痰涂片镜检结果判定的一致性分析.中国防痨杂志，2001,23（1）:70.

    8  楚治群，李禄全，周玲，等.新生儿缺氧缺血性脑病临床与头颅CT分度一致性分析.临床儿科杂志，2003,21（10）：658-659.

    9  周艺彪，赵根明，欧阳善文，等.腹部超声显像指标诊断血吸虫病患病的一致性分析.中国寄生虫学与寄生虫病杂志，2005,23（4）：217-220.

  *基金项目：上海市宝山区科委基金资助项目（课题编号：04-E-5）

    作者单位： 1 201900 上海，上海市宝山区中心医院放射科

    2 上海，上海大学通信与信息工程学院

　(编辑：宋  青)