何子福 張敏剛 魏文強(qiáng) 白亞妮 余厚軍

數(shù)字X射線攝影受檢者接受劑量對(duì)圖像質(zhì)量的影響研究

何子福①*張敏剛②魏文強(qiáng)③白亞妮①余厚軍①

目的：計(jì)算單次數(shù)字X射線攝影(DR)曝光過(guò)程中受檢者接收到的輻射劑量，在不影響圖像質(zhì)量的前提下應(yīng)用最小的輻射劑量獲取滿足臨床診斷需求的攝影參數(shù)。方法：根據(jù)歐盟指導(dǎo)建議書(shū)指出入射劑量可以通過(guò)熱釋光劑量計(jì)法與劑量面積法獲取，出射劑量可以根據(jù)DR自身的反饋值反推出劑量值，在入射劑量與出射劑量計(jì)算的基礎(chǔ)上可計(jì)算出單次DR過(guò)程中受檢者所接收到的劑量，應(yīng)用優(yōu)化劑量對(duì)受檢者進(jìn)行DR，觀察其圖像質(zhì)量變化。結(jié)果：通過(guò)優(yōu)化后的輻射劑量能夠滿足臨床診斷的需求，優(yōu)化后的攝影參數(shù)使圖像質(zhì)量能夠滿足臨床診斷需求。結(jié)論：應(yīng)用優(yōu)化后的DR參數(shù)所產(chǎn)生的攝影圖像，經(jīng)閱片檢查能夠滿足臨床診斷需求，可避免誤診的發(fā)生。

數(shù)字X射線攝影(DR)；輻射劑量；入射體表劑量；出射體表計(jì)量；計(jì)算；圖像質(zhì)量

何子福,男,(1979- ),碩士，主管技師。第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院放射科，從事放射技術(shù)工作。

國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)(International Commission on Radiological Protection，ICRP)93號(hào)出版物認(rèn)為，重視數(shù)字X射線攝影(digit radiography，DR)受檢者的輻射防護(hù)，DR最終的圖像質(zhì)量是由圖像后處理決定，曝光量的高低決定的是影像的噪聲水平。噪聲與劑量的平方根成反比關(guān)系，即過(guò)多的使用曝光劑量只能在有限的范圍內(nèi)降低噪聲水平[1-3]。因此，在數(shù)字?jǐn)z影中控制噪聲水平是首要問(wèn)題，而過(guò)分追求低劑量降低曝光劑量，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致噪聲增加，降低圖像質(zhì)量，從而影響診斷結(jié)果；或者為了獲取高質(zhì)量的影像圖像，過(guò)高的增加曝光劑量，其結(jié)果增加了輻射劑量，以上兩種方式均不可取。X射線在人體中能夠誘導(dǎo)非靶效應(yīng)、旁效應(yīng)[4]、遠(yuǎn)隔效應(yīng)[5-9]以及基因組不穩(wěn)定效應(yīng)[10-11]。在DR中充分發(fā)揮數(shù)字?jǐn)z影的優(yōu)勢(shì)，使圖像質(zhì)量與輻射劑量在攝影中平衡。

1 優(yōu)化DR條件的參數(shù)選取

1.1 儀器設(shè)備

試驗(yàn)中選用DRX-Ascend型DR(銳柯Carestream)；該設(shè)備選用曝光指數(shù)(exposure index，EI)值作為反饋值，EI值反映探測(cè)器感光量的多少，間接反映了影像質(zhì)量和患者所受到的輻射劑量，EI具有可重復(fù)性，可表征影像噪聲水平，在相同的攝影條件下可以認(rèn)為在選取不同的攝影部位下EI值高的部位，探測(cè)器吸收到的劑量值多于EI值低的部位[12]。

1.2 DR參數(shù)

進(jìn)入數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)后，針對(duì)曝光參數(shù)在不借助影像學(xué)的情況下曝光劑量過(guò)度會(huì)導(dǎo)致圖像“發(fā)黑、而曝光劑量不足則導(dǎo)致圖像“發(fā)白”的現(xiàn)象進(jìn)行判定，借助于數(shù)字?jǐn)z影的反饋值在不同的設(shè)備中其表示各不相同，試驗(yàn)中選取相同的管電壓為60 kV，相同的管電流量(10 mAs)，對(duì)相同的被攝物體，具有不同的攝影體位記錄EI值的變化；膝關(guān)節(jié)攝影EI值最高為2396，小兒胸部EI值最低為2189，在后續(xù)試驗(yàn)中選取膝關(guān)節(jié)為攝影條件(見(jiàn)表1)。

表1 相同曝光參數(shù)下不同攝影部位的EI值

2 入射體表劑量與出射體表劑量計(jì)算方法

2.1 入射體表劑量計(jì)算

(1)歐盟指導(dǎo)建議書(shū)[13]中指出，可以通過(guò)兩種方式獲取入射體表劑量：①應(yīng)用熱釋光劑量計(jì)(thermo luminescent dosimeters，TLD)；②通過(guò)測(cè)量X射線球管曝光系數(shù)在電離室的值；試驗(yàn)中選用后種方法進(jìn)行研究，試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D1所示。

圖1 X 射線穿透有機(jī)玻璃示意圖

(2)受檢者接受到的輻射劑量等于入射體表劑量(entrance surface dose，ESD)與出射體表劑量的差值[14]。ESD水平的計(jì)算為公式1：

式中DAP為劑量面積乘積；W為寬；H為高；FDD為焦屏距；FSD為焦皮距；BSF為散射系數(shù)。

(3)應(yīng)用劑量面積儀測(cè)量準(zhǔn)直器出口劑量，試驗(yàn)過(guò)程中將劑量面積儀固定在準(zhǔn)直器的正下方，測(cè)量光源到探測(cè)器距離和受檢物表面的距離，可根據(jù)公式(1)計(jì)算出ESD；根據(jù)ESD值與劑量?jī)x檢測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果是否對(duì)選定的設(shè)備適用。

(4)試驗(yàn)中選用60 kV、70 kV、80 kV、90 kV、100 kV、110 kV和120 kV不同條件的管電壓下進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)中光源到達(dá)有機(jī)玻璃表面的距離為85 cm；光源至探測(cè)器的距離為100 cm；照射野為22 cm×22 cm；散射系數(shù)為1.35。測(cè)試過(guò)程中應(yīng)用Dosegurad100型劑量面積儀進(jìn)行測(cè)量，將型號(hào)為70157電離室安裝在準(zhǔn)直器出口下方，曝光結(jié)束后讀取劑量面積儀的讀數(shù)，按下劑量面積儀的復(fù)位按鈕，等待復(fù)位到初始狀態(tài)后調(diào)整設(shè)備的曝光參數(shù)重新曝光；重復(fù)以上步驟等待劑量面積儀檢測(cè)完畢后直接將PMX-Ⅲ劑量?jī)x固態(tài)傳感器水平放置與有機(jī)玻璃上表面，設(shè)置曝光參數(shù)，參數(shù)的設(shè)置值與劑量面積儀的首次曝光參數(shù)相同，并對(duì)劑量值進(jìn)行記錄，等待DR球管完全冷卻后進(jìn)行第二次曝光，曝光參數(shù)與第二次劑量面積儀曝光參數(shù)相同，重復(fù)以上步驟直至完成所有的曝光參數(shù)，試驗(yàn)完成后能夠得到表面入射劑量(見(jiàn)表2)。

表2 表面入射劑量表

2.2 出射體表劑量計(jì)算

(1)出射劑量的計(jì)算為公式2[15]：

出射劑量經(jīng)過(guò)誤差修正后能夠得到公式3[15]：

式中表示探測(cè)器接受的能量與探測(cè)器表面空氣比釋動(dòng)能的變化，表示診查床表面的劑量與探測(cè)器表面劑量的變化；試驗(yàn)完成后能夠得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(見(jiàn)表3)。

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理能夠得到公式4：

式中μ(U)表示在不同管電壓下X射線穿透診查床與濾線柵的變化情況(見(jiàn)表4)。

表3 不同管電壓測(cè)量值與計(jì)算值

表4 不同管電壓下比例系數(shù)

(2)通過(guò)表4中不同管電壓下比例系數(shù)可得到的值；根據(jù)公式(4)可通過(guò)反饋的EI值計(jì)算出人體的X射線劑量；應(yīng)用劑量面積儀能夠測(cè)得ESD，通過(guò)計(jì)算可獲得在每次不同照射劑量下人體的吸收劑量＝ESDXSD，并能夠獲得一次曝光患者體內(nèi)所接受到的劑量。

(3)實(shí)驗(yàn)中選用2～3個(gè)月大的小豬為研究對(duì)象，通過(guò)查閱資料1～3歲兒童的腰圍和臀圍的計(jì)算方法為：腰圍＝身高×0.43、臀圍＝身高×0.542男性1～3歲、身高為73.4～94 cm兒童的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換公式可以獲得男性標(biāo)準(zhǔn)臀圍為39.78～50.95 cm，本研究中選擇的實(shí)驗(yàn)小豬臀圍為46 cm，相當(dāng)于2歲多的兒童，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物以骨骼的發(fā)育作為對(duì)比條件。

(4)實(shí)驗(yàn)中采用DR設(shè)備為DRX-Ascend型DR，使用前應(yīng)用劑量?jī)x對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，照射野22 cm×22 cm，焦屏距為100 cm。將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物水平放置與檢查床上，選取攝影條件為膝關(guān)節(jié)部位攝影，攝影部位為小豬髖關(guān)節(jié)，將小豬的髖關(guān)節(jié)放置于照射野中心位置，對(duì)小豬使用麻藥后將其固定在診查床上，固定的方式為平躺式，將腿部拉直無(wú)打彎狀存在。由于對(duì)小豬麻醉未進(jìn)行深度麻醉，因此在曝光過(guò)程中小豬會(huì)出現(xiàn)抽搐現(xiàn)象，每次試驗(yàn)時(shí)間不易過(guò)長(zhǎng)，若使用劑量過(guò)大可能會(huì)造成腎衰竭。實(shí)驗(yàn)中兩次曝光的時(shí)間大于球管的冷卻時(shí)間，保證上次攝影對(duì)于本次攝影結(jié)果不產(chǎn)生任何影響。若兩次曝光時(shí)間間隔過(guò)小，會(huì)由于前次曝光后球管未完全冷卻導(dǎo)致第二次曝光劑量偏大的現(xiàn)象，選用管電壓自高而低的順序向下調(diào)整，管電流從高向低的順序進(jìn)行曝光；曝光過(guò)程中固定管電壓，調(diào)整管電流，降低管電壓后重新固定，管電流從高到低逐次降低，觀察DR的返回值EI值的兩次變化：①首次曝光后會(huì)伴隨DR成像圖像一起顯示的初始EI值；②經(jīng)過(guò)圖像處理后的EI值，實(shí)驗(yàn)中需獲取的原始圖像信息，因此選用初始EI值作為記錄對(duì)象進(jìn)行記錄。

3 結(jié)果

3.1 各種條件下的入射體表劑量

通過(guò)計(jì)算劑量面積儀在60 kV時(shí)到達(dá)探測(cè)器的劑量是0.5602和測(cè)量值0.5397，誤差為3.8﹪；70 kV時(shí)計(jì)算值為0.7079、實(shí)測(cè)值為0.6829，誤差為3.6﹪；同理，80 kV時(shí)計(jì)算值為0.8903，實(shí)測(cè)值為0.8524，誤差為4.4﹪；90 kV時(shí)計(jì)算值為1.0641，實(shí)測(cè)值為1.0360，誤差為0.27﹪；100 kV時(shí)計(jì)算值為1.2447，實(shí)測(cè)值為1.2505，誤差為0.46﹪；110 kV時(shí)計(jì)算值為1.4195，實(shí)測(cè)值為1.4535，誤差為2.3﹪；120 kV時(shí)計(jì)算值為1.5986，實(shí)測(cè)值為1.6625，誤差為3.8﹪(見(jiàn)表5)。

表5 各種條件下的入射體表劑量

表5顯示，應(yīng)用劑量面積儀能夠在誤差最大為80 kV時(shí)誤差為4.4﹪，最小誤差在90 kV時(shí)誤差為0.27﹪，試驗(yàn)過(guò)程中由于劑量面積儀安裝與傳感器放置位置都會(huì)引入誤差，其計(jì)算結(jié)果最大誤差為4.4﹪，因此可以選用該計(jì)算方法計(jì)算入射體表劑量。

3.2 優(yōu)化劑量前后的圖像對(duì)比

試驗(yàn)中選用的管電壓，管電流的初值來(lái)源于成人照射髖關(guān)節(jié)時(shí)設(shè)備的設(shè)定值與經(jīng)驗(yàn)豐富的臨床技師的經(jīng)驗(yàn)值，在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)初始EI值＜1800時(shí)，首次成像圖像噪點(diǎn)比較多，經(jīng)過(guò)圖像后處理算法后，圖像的清晰度提高，圖像表面噪點(diǎn)消失。選取3歲的雙側(cè)髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的女患兒，其攝影圖像為未優(yōu)化劑量圖像及優(yōu)化劑量后的圖像，如圖2所示。

圖2 女患兒優(yōu)化劑量前后對(duì)比圖

應(yīng)用確定的攝影參數(shù)對(duì)受檢患兒進(jìn)行攝影，選取膝關(guān)節(jié)的攝影條件，根據(jù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)選取管電壓為60 kV,管電流量為8 mAs的設(shè)定參數(shù)進(jìn)行攝影，對(duì)攝影后的圖像由科室兩名主管技師及兩名副主任醫(yī)師閱片觀察，經(jīng)觀察優(yōu)化劑量后的圖像能夠滿足臨床診斷的需求。選取3歲雙側(cè)髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良男患兒，其攝影圖像為未優(yōu)化劑量圖像及優(yōu)化劑量后的圖像，如圖3所示。

圖3 男患兒優(yōu)化劑量前后對(duì)比圖

4 結(jié)論

本研究的最終目的是在不影響圖像質(zhì)量的前提下獲取最優(yōu)的劑量，因此選取的條件為首次成像未加圖像處理算法前的成像無(wú)噪點(diǎn)、清晰度高的圖像成像條件；本研究最終選取的最優(yōu)成像條件的攝影部位為膝關(guān)節(jié)，曝光劑量參數(shù)的選取管電壓為60 kV時(shí)的EI值＞1800作為攝影條件，對(duì)于某些肥胖兒童防止過(guò)低的追求劑量而影響最終的成像質(zhì)量。在確保能夠滿足臨床診斷的前提下適度降低劑量，針對(duì)不同受檢者確定其具體攝影部位后，在條件允許的情況下盡量采用低劑量成像。

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Study on the effect of the dose of digital X ray radiography on the image quality/

HE Zifu, ZHANG Min-gang, WEI Wen-qiang, et al//
China Medical Equipment,2017,14(4):36-39.

Objective: To calculate the accepted radiation dose of subjects in one exposure process of digital X ray radiography (DR), and to obtain the parameters to satisfy clinical diagnosis demand by using the minimum radiation dose under without affecting image quality. Methods: According to EU directive proposal, the entrance radiation dose could be obtained by thermoluminescent detector and dose area method, and the exit dose could be derived from the feedback data of DR. The accepted dose of subjects in one exposure process of DR could be calculated based on the calculation of entrance and exit dose. Finally, the optimal dose was applied on subjects in DR and the change of image quality was observed. Results: The optimized radiation doses was able to meet the demand of clinical diagnosis, and the image quality also could meet the demand of clinical diagnosis by using optimized photographic parameters. Conclusion: Photographic images produced by the optimized DR parameters are proved through inspected image can meet the demands of clinical diagnosis, and it can avoid misdiagnosis.

Digital X-ray radiography; Radiation dose; Entrance surface dose of body; Exit surface dose of body; Calculation Image quality

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.04.008

1672-8270(2017)04-0036-04

R817.4

A

2016-07-11

①第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院放射科 陜西 西安 710032

②第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院器材設(shè)備科 陜西 西安 710032

③第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院實(shí)驗(yàn)外科 陜西 西安 710032

*通訊作者：hezf@163.com

[First-author’s address] Radiology Department, Xijing Hospital, The Fourth Military Medical University, Xian 710032, China.