曲良勇，苑翠紅

上海中冶醫(yī)院　放射科，上?！?00941

濾過對數(shù)字化胸部X射線攝影圖像質(zhì)量和輻射劑量的影響

曲良勇，苑翠紅

上海中冶醫(yī)院放射科，上海200941

診斷用X 射線是由波長不同的混合射線構(gòu)成，其中波長較長的低能射線不能穿過人體用于成像，這部分射線被人體皮膚、組織器官吸收，對身體造成一定輻射傷害[1-3]。濾過可有效濾除這部分低能X 射線。X線機的濾過分為固有濾過和附加濾過，固有濾過是指X 線機本身的濾過，包括X 線管的管壁、絕緣油層、窗口的濾過板。附加濾過是指X 線管出口到被檢體之間所附加的濾過板。本文通過在縮光器窗口附加不同濾過，研究不同濾過條件下，mA s、射線劑量對數(shù)字圖像質(zhì)量的影響，為優(yōu)化攝片條件，減少患者所受輻射劑量提供理論基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1材料

1.1.1數(shù)字化X射線機

使用北京新東方1000型X射線機，有效探測器區(qū)域為17inch×17i nch；像素矩陣為3121×3121；像素尺寸為143μm；動態(tài)采集寬度為14bit；焦點大小為0.6mm(小焦)/1.2mm(大焦)；濾線柵柵比為10:1。

1.1.2濾過材料

選用厚度為1、1.5、2、2.5、3mm的鋁和厚度為1mm的銅。

1.1.3檢測儀器

多功能無損X射線檢測儀，瑞典奧利克公司生產(chǎn)，型號為巴拉庫達系統(tǒng)，用于X射線設(shè)備的質(zhì)量控制檢測。

1.1.4體模

對比度－細節(jié)體模，荷蘭ARTINIS公司生產(chǎn)、型號CDRAD2.0，可用檢測數(shù)字X射線機的圖像質(zhì)量。

1.1.5劑量面積乘積儀

劑量面積乘積儀選用瑞典奧利克公司生產(chǎn)，型號Doseguard100。劑量面積乘積儀放置于多葉準直器的下方，用于測試輻射劑量與面積之積（DAP）。

1.2實驗方法

1.2.1X射線機的質(zhì)量控制檢測

用巴拉庫達系統(tǒng)對X射線機進行檢測，主要指標包括管電壓指示偏離、曝光時間指示偏離、輸出量重復(fù)性、輸出量線性、有用線束半值層、有用線束垂直度偏離、光野與照射野偏離。所有指標均滿足國家標準要求后，再開展進一步實驗研究。

1.2.2不同濾過對圖像質(zhì)量的影響

將劑量面積乘積儀固定于X射線機出束口處，用8cm厚度的有機玻璃模擬成人肺部平均厚度[4]，CDRAD2.0體模置于有機玻璃之間，放在檢查床上，并置照射野中央，調(diào)節(jié)焦臺距為100cm，照射野面積為30cm×30cm，在劑量面積乘積儀與縮光器之間分別放置1、1.5、2、2.5、3mmA l；1mmAl+1mmCu、1.5mmAl+1mmCu、2mmAl+1mmCu、2.5mmA l+1mmCu、3mmAl+1mmCu。每更換濾過曝光一次，并記錄曝光參數(shù)和劑量數(shù)據(jù)。

1.2.3不同kV條件下濾過對圖像質(zhì)量的影響

分別在70、90、110、130kV條件下，在劑量面積乘積儀與縮光器之間放置上述所有濾過，每更換濾過曝光一次，并記錄曝光參數(shù)和劑量數(shù)據(jù)。其他設(shè)置同上。

1.2.4圖像質(zhì)量和輻射劑量分析方法

對比度——細節(jié)體模((contrast detail phantom，CDRAD2.0)是美國核協(xié)會推薦使用檢測數(shù)字X線攝影系統(tǒng)成像質(zhì)量的標準測量體模。CDRAD2.0體模為265mm×265mm×10mm的丙烯酸平板，上面具有多個不同深度和直徑的洞孔。每列洞孔的直徑按指數(shù)規(guī)律從8～0.3mm變化，每行洞孔的直徑同樣按指數(shù)規(guī)律從8～0.3mm變化。在每個方格里，除了最上面的3行，中間有1個洞孔，在1個角上也隨機排列著1個洞孔。觀察者必須確定洞孔位于哪個角。由此，可將能看到的最小洞孔和其數(shù)值描繪下來，并據(jù)此計算圖像質(zhì)量因子（IQF，Image quality figure）。IQF定義為體模上能看到的最小洞孔的深度與直徑乘積的總和，即。式中Ci和Di,th分別為第i列體模影像可分辯的最小洞孔直徑及最小洞孔深度。為便于數(shù)據(jù)分析，通常以圖像質(zhì)量因子反數(shù)值（IQFinv，mage Quality Figure Inverse）表示，其計算方式為。IQFinv數(shù)值越大，則說明在模體影像上同一直徑下可探測的最小孔徑深度越淺。在同一深度下可探測的孔徑質(zhì)量越小，即圖像質(zhì)量越好。為了消除觀察者個人視覺等因素對圖像質(zhì)量評判的影響，本研究關(guān)于圖像質(zhì)量分析采用體模自帶的分析軟件自動獲得圖像的IQFinv。輻射劑量大小的評判采用劑量面積乘積儀測試，在面積不變條件下，劑量面積乘積儀讀數(shù)越大說明輻射劑量越高。

1.3統(tǒng)計學(xué)處理

所有數(shù)據(jù)錄入EXCEL表格，并用SPSS13.0軟件進行濾過厚度與mAs、DAP和IQFinv間的相關(guān)性分析。

2　結(jié)果

2.1不同濾過條件的管電流變化

管電壓不變條件下，管電流隨著濾過增加而升高[5-6]，特別是附加1mm的銅濾過時，管電流升高更加明顯。與無附加濾過相比，70kV條件下，附加1mmAl濾過，mAs上升8.0%，附加3mmAl濾過，mAs上升30.8%，附加3mmAl+1mmCu濾過，mAs上升264.8%；隨著管電壓的升高，mAs隨濾過的增加而升高的幅度明顯縮小。130kV條件下，附加1～3mmAl濾過，mAs沒有升高，附加3mmAl+1mmCu濾過，mAs上升30%；130kV條件下，附加濾過引起管電流的上升幅度明顯＜70kV條件下管電流的上升幅度。不同濾過條件下的mAs變化，見表1。

表1　不同濾過條件下的mA s變化（mAs）

2.2不同濾過條件對輻射劑量的影響

在自動曝光條件下，隨著附加濾過厚度增加，管電流隨之升高，輻射劑量卻明顯降低[7-10]。原子序數(shù)高的銅濾過對降低輻射劑量的作用更加明顯，見表2。

表2數(shù)據(jù)說明隨著濾過板厚度的增加，X線束中的軟射線成分減少，X線束中高能成分相對增加，直接減少了體模表面的劑量。與無附加濾過相比，70kV條件下，附加1mmA l濾過，DAP降低3.4%，附加3mmAl濾過，DAP降低12%，附件3mmAl+1mmC u濾過，DAP降低達95.2%；附加銅濾過時，濾過對降低輻射劑量作用更明顯。

表2　濾過對輻射劑量的影響

2.3不同濾過條件對圖像質(zhì)量的影響

分別以70、90、110、130kV條件下，附加不同濾過，獲得圖像質(zhì)量，見表3。

表3　不同濾過條件下的圖像質(zhì)量

從表3可以看出，隨著附加濾過厚度的增加，IQFinv有降低的趨勢，也就是說圖像質(zhì)量有下降趨勢。但隨著攝片管電壓升高，附加濾過對圖像質(zhì)量的影響不斷減小，管電壓為130kV時，附加濾過對圖像質(zhì)量影響并不明顯。運用于實際工作中，也就是在低管電壓攝片時，附加薄的鋁濾過或不加濾過，以滿足攝片質(zhì)量。而在高管電壓攝片時，可附加厚的鋁濾過或原子序數(shù)高的銅濾過來降低輻射劑量。

2.4濾過與輻射劑量和圖像質(zhì)量的相關(guān)性分析

在相同kV條件下，濾過板厚度與mA s之間呈明顯正相關(guān)（P<0.05），說明隨著濾過板厚度增加mAs也增加，致使機器的負荷增加；濾過板厚度與劑量面積乘積呈負相關(guān)（P<0.05），說明隨著濾過板厚度增加輻射劑量降低。濾過板厚度與IQFinv呈負相關(guān)，但這種相關(guān)性沒有顯著的統(tǒng)計學(xué)意義 （P>0.05），說明附加濾過對圖像質(zhì)量的影響不明顯。相關(guān)性分析，見表4。

表4　濾過與mA s、輻射劑量、圖像質(zhì)量的相關(guān)性

3　討論

3.1mAs隨濾過的增加而升高

濾過吸收軟射線，同時也吸收部分原發(fā)硬射線，致使管球負載大幅增高。低管電壓攝片時，X線束中低能射線占有量比較高，濾除了其中的低能射線。自動曝光控制下，為達到一致的圖像密度，設(shè)備延長了曝光時間，使mA s變大。高管電壓攝片時，X線束中高能射線占有量比較高，能夠濾除的低能射線少，mA s隨濾過的增加而升高的幅度明顯縮小。

3.2附加濾過可明顯降低輻射劑量

本實驗表明，隨著附加濾過板厚度的增加，X線束中的軟射線成分減少，X線束中高能成分相對增加，但X射線機出束口處的劑量面積乘積明顯降低，特別是原子序數(shù)高的濾過對射線的濾過作用更大，可直接導(dǎo)致被檢者體表面的劑量減少，降低被檢者發(fā)生隨機效應(yīng)的風(fēng)險。

3.3附加濾過對圖像質(zhì)量的影響

不同管電壓條件下，附加濾過對圖像質(zhì)量的影響不同。低管電壓條件下攝片（70kV和90kV），附加過厚的濾過或原子序數(shù)較高的濾過，吸收了大量低能射線，也吸收了一部分用于成像的原發(fā)射線，導(dǎo)致成像板獲得的射線少使圖像質(zhì)量降低。線束硬化、康普頓散射增多，濾線柵抗散射的能力不足以吸收掉大量高能散射線而使圖像清晰度下降，降低了圖像質(zhì)量。高管電壓（130kV）條件下攝片，原發(fā)射線多為波長較短的高能射線，能夠穿透附加濾過或原子序數(shù)較高的濾過用于成像，所以附加濾過對圖像質(zhì)量影響不大。

本實驗結(jié)果表明，附加一定厚度濾過板和利用高原子序數(shù)的濾過能降低輻射劑量，但對圖像質(zhì)量的影響不大。在設(shè)備負荷能夠承受的條件下，應(yīng)盡量附加濾過，特別是某些D R設(shè)備本身在縮光器上帶有濾過選項按鈕，操作者應(yīng)積極使用這些濾過功能來降低輻射劑量，盡量使放射線劑量降低至合理的程度，以降低被檢者接收輻射劑量的風(fēng)險。

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本文作者：曲良勇，副主任技師，主要從事醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和醫(yī)學(xué)影像質(zhì)量控制方面研究。

作者郵箱：quliangyon g@126.com

[中圖分類號]R144

[文獻標志碼]A

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.02.011

[文章編號]1674-1633(2014)02-0044-03

收稿日期：2013-07-05修回日期：2013-09-25

Effect of Filter on Image Quality of Digital Chest Radiography and Radiation Dose

QU Liang-yong,YUAN Cui-hong
Department of Radiology, Zhongye Hospital of Shanghai, Shanghai 200941, China

[摘要]目的研究濾過對數(shù)字圖像質(zhì)量和輻射劑量的影響。方法在1、1.5、2、2.5、3mmA l，1mmA l+1mmCu、1.5mmA l+1mmCu、2mmAl+1mmCu、2.5mmAl+1mmCu、3mmAl+1mmCu濾過條件下，分別以70、90、110、130kV進行曝光。用8cm厚度的有機玻璃模擬成人肺部平均厚度，以CDRAD2.0體模評價圖像質(zhì)量，以劑量面積乘積儀測得參數(shù)表示輻射劑量，觀察不同濾過對mAs、圖像質(zhì)量及輻射劑量的影響。結(jié)果在自動曝光條件下攝片，隨著濾過厚度的增加或附加高原子序數(shù)濾過，mAs明顯增加，輻射劑量明顯降低。70kV和90kV攝片時，附加不同濾過對圖像質(zhì)量有一定影響，130kV時，附加濾過對圖像質(zhì)量的影響并不明顯。結(jié)論在保證圖像能夠滿足診斷要求和設(shè)備負荷能夠承受的前提下，適當(dāng)增加附加濾過板厚度和利用高原子序數(shù)的濾過能降低輻射劑量。

[關(guān)鍵詞]X線機；多葉準直器；濾過材料；數(shù)字化X射線攝影；圖像質(zhì)量；輻射劑量

Abstract：ObjectiveTo explore the effect of different fi lter on digital image quality and radiation dose.MethodsUnder the different fi lter by 1mmAl, 1.5mmAl,2mmAl, 2.5mmAl,3mmAl, 1mmAl+1mmCu, 1.5mmAl+1mmCu,2mmAl+1mmCu, 2.5mmAl+1mmCu,3mmAl+1mmCu,70kV,90kV, 110kV and 130kV were exposed respectively. Having a8cmorganic glass simulating average thickness of adult pulmonary tissue, effect of different fi lter on mAs, image quality and radiation dose could be observed through image quality evaluated by CDRAD2.0phantomand radiation dose detected by dosearea product meter.ResultsUnder the automatic exposure mode, with the thicker or higher Z fi ltration, mAs increased signif i cantly, while radiation dose decreased obviously. Under the exposure of70kV and90kV, the different fi lter had evident effects on the image quality, but not under 130kV.ConclusionUnder the premise of calculated image quality and equipment not overload, the appropriate thicker and higher Z fi ltration can reduce radiation dose.

Key words：X-ray device; multileaf collimator; fi ltration material; digital radiography; image quality; radiation dose