陳逸群，陳建平

（蘇州市第九人民醫(yī)院 影像科，江蘇 蘇州 215200）

0 引言

使用光激勵(lì)存儲(chǔ)熒光體成像板的計(jì)算機(jī)X線成像(computer radiography，CR)系統(tǒng)的寬曝光范圍和圖像后處理能力，使床旁CR胸部攝片被廣泛使用，取代了以往使用屏/片組合的模擬X線成像[1]。數(shù)字X線攝片(Digital Radiography，DR)使用有源矩陣、平板X線探測(cè)器，提高了圖像質(zhì)量，越來越多地用于床旁胸部攝片。這種圖像質(zhì)量的提高主要是由于平板DR的量子檢測(cè)效率(detective quantum efficiency，DQE)高于CR。DQE提供了一種指標(biāo)，描述探測(cè)系統(tǒng)將入射X線轉(zhuǎn)換為可用輸出信號(hào)的程度[2]。不管采用何種圖像采集技術(shù)，X線散射都會(huì)影響圖像質(zhì)量。散射降低了采集圖像的可用動(dòng)態(tài)范圍，降低了信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)，這會(huì)更難觀察到組織和異物的細(xì)微變化，尤其是在縱隔的高衰減區(qū)域。傳統(tǒng)的CR攝片對(duì)散射特別敏感，因?yàn)榕c屏/片攝片系統(tǒng)和DR系統(tǒng)不同，CR的X線吸收在診斷性X線散射通常出現(xiàn)的光譜/能量范圍內(nèi)相對(duì)較高[3]。在成人胸部X線攝片中，縱隔和心臟產(chǎn)生的X線散射可以通過防散射濾線柵部分降低[4]。為了補(bǔ)償濾線柵對(duì)一次輻射的伴隨衰減，通常會(huì)增加患者的照射量，但這種做法仍有爭(zhēng)議[5]。盡管許多先前的研究已經(jīng)討論了CR和DR之間的圖像質(zhì)量[6-8]以及CR中使用濾線柵的圖像質(zhì)量問題[9-11]，但是文獻(xiàn)仍然缺乏關(guān)于成人床旁X線攝片中使用DR系統(tǒng)的濾線柵的影響。因此，本研究的目的是評(píng)估兩種不同成像系統(tǒng)在成人床旁胸部X線攝片中的診斷性能，以及在有防散射濾線柵的情況下，使用這些系統(tǒng)采集的圖像中選定的診斷相關(guān)結(jié)構(gòu)的可見度的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2020年1～12月選取在蘇州市第九人民醫(yī)院住院并接受床旁胸部前后位X線攝片的245例患者，其中，男177例，女68例；年齡18～96歲；平均（64.68±18.15）歲。所有床旁胸片均為住院常規(guī)檢查及臨床適應(yīng)證，本研究獲得醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)。

1.2 方法

使用4種不同攝片方式獲得圖像：床旁CR胸部攝片、帶防散射濾線柵床旁CR胸部攝片、床旁DR胸部攝片和帶防散射濾線柵的床旁DR胸部攝片。納入本研究的所有患者在住院期間均使用所有4種技術(shù)進(jìn)行胸部攝片。

1.2.1 床旁X線攝片系統(tǒng)

CR圖像是使用IP成像板采集的(IP Cassette Type DS，F(xiàn)ujifilm，Japan)，IP成像板尺寸35.4cm×43.2cm(14"×17")，圖像矩陣大小3520×4280，像素大小0.100mm。DR圖像是通過無線平板探測(cè)器采集的(MobileDiagnost wDR，Philips，Spain)，無線平板探測(cè)器尺寸35cm×43cm(14"×17")，圖像矩陣大小2330×2846像素，像素大小0.148mm。

1.2.2 圖像采集技術(shù)

本研究所有圖像均在標(biāo)準(zhǔn)化條件下采集，患者處于仰臥位，IP板或無線平板探測(cè)器處于橫向模式，焦點(diǎn)到探測(cè)器的距離保持在150cm。曝光技術(shù)基于以下幾個(gè)方面考慮。首先，患者狀況和床邊攝片定位的變化，使得即使是同一患者的圖像也具有內(nèi)在的變化性，但是所使用CR和DR探測(cè)器的寬曝光寬容度以及進(jìn)行圖像處理的能力在很大程度上減輕了這種變化。其次，DR探測(cè)器和CR探測(cè)器之間的DQE有很大的差異(在零空間頻率下大約是3倍)?？梢岳肈R探測(cè)器的這種DQE優(yōu)勢(shì)，與CR探測(cè)器使用的標(biāo)準(zhǔn)劑量水平下產(chǎn)生的圖像質(zhì)量相比，提高圖像質(zhì)量，或者在降低劑量的同時(shí)，保持與CR探測(cè)器標(biāo)準(zhǔn)劑量下產(chǎn)生的圖像質(zhì)量水平相當(dāng)。此外，DR和CR探測(cè)器之間的DQE差隨空間頻率而變化，在零空間頻率處最高，并且隨著空間頻率的增加而降低。根據(jù)診斷任務(wù)的分辨率要求，DR在1個(gè)空間頻率的DQE優(yōu)勢(shì)在另一個(gè)空間頻率可能會(huì)減弱。由于本研究中的診斷目標(biāo)范圍從軟組織(較低的空間頻率)到異物(較高的空間頻率)，所以不根據(jù)兩個(gè)探測(cè)器的零頻率DQE調(diào)整曝光參數(shù)，更高的DQE劑量減少優(yōu)勢(shì)可能是未來關(guān)于優(yōu)化DR床旁攝片的研究主題。因此，本研究的患者曝光參數(shù)保持不變，與探測(cè)器無關(guān)，但調(diào)整曝光參數(shù)以補(bǔ)償防散射濾線柵，目的是保持探測(cè)器入射曝光合理恒定。管電壓保持恒定在125KV，管電流設(shè)置為1mAs(無防散射濾線柵)或1.6mAs(有防散射濾線柵)。在整個(gè)研究過程中，這些曝光參數(shù)由3名經(jīng)驗(yàn)豐富的放射技師設(shè)置和監(jiān)測(cè)。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)估

使用巨鯊專業(yè)顯示器(JUSHA-M23B)，顯示器具有12Bit查找表，可以表達(dá)4096級(jí)灰階，最大亮度高達(dá)1100cd/m2，通過4次讀片對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)估。2名放射科主治醫(yī)師和2名放射科副主任醫(yī)師單獨(dú)解釋圖像，對(duì)研究目的和設(shè)計(jì)完全不知情，讀片條件在整個(gè)讀片過程中保持不變。對(duì)于每例患者，所有4幅圖像按時(shí)間順序同時(shí)顯示在2臺(tái)高分辨率液晶顯示器上，每臺(tái)顯示器上顯示2幅圖像，讀片者可以根據(jù)自己的喜好使用窗口或放大等處理工具。讀片者的圖像評(píng)估參考5項(xiàng)圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：①評(píng)估肺實(shí)質(zhì)的可見度；②評(píng)估軟組織的可見度；③評(píng)估胸椎的可見度；④評(píng)估異物的可見度；⑤評(píng)估整體圖像質(zhì)量。每例患者的4張圖像使用9分可見度評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行并列評(píng)分。1分表示可見度不足，9分表示可見度最佳，采用寬評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是為了給讀片者提供更多的靈活性，見表1。

表1 圖像質(zhì)量評(píng)估可見度等級(jí)

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 21.0版本軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，所有讀片者的評(píng)分都被收集并制成表格。組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation efficient,ICC)用于評(píng)估圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的觀察者間一致性。采用ICC評(píng)價(jià)指標(biāo)：0～0.20，微弱；0.21～0.40，弱；0.41～0.60，中度；0.61～0.80，高度；0.81～1.00，極強(qiáng)。對(duì)于每個(gè)圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算所有評(píng)價(jià)者的平均評(píng)分。通過方差分析對(duì)評(píng)分進(jìn)行比較，在多組比較的情況下進(jìn)行事后檢驗(yàn)法Tukey檢驗(yàn)，在單組比較的情況下對(duì)得分進(jìn)行t檢驗(yàn)，以P<0.05為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性。

2 結(jié)果

2.1 使用濾線柵與不使用濾線柵的床旁DR圖像質(zhì)量比較

在無濾線柵的床旁DR胸部攝片中，肺實(shí)質(zhì)、軟組織、胸椎、異物和整體圖像質(zhì)量的平均評(píng)分分別為（7.44±0.59）、（7.14±0.74）、（6.75±0.94）、（7.73±0.69）和（7.05±0.64），而在有濾線柵的床旁DR胸部攝片中，肺實(shí)質(zhì)、軟組織、胸椎、異物和整體圖像質(zhì)量的平均評(píng)分分別為（7.83±0.54）、（7.52±0.66）、（7.47±0.87）、（8.34±0.63）和（7.52±0.61）。在所有5項(xiàng)圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，有濾線柵的床旁DR胸部攝片優(yōu)于無濾線柵的床旁DR胸部攝片(P<0.001)，見表2。

表2 有無濾線柵的床旁DR及CR圖像質(zhì)量比較（)

表2 有無濾線柵的床旁DR及CR圖像質(zhì)量比較（)

2.2 使用濾線柵與不使用濾線柵的床旁CR圖像質(zhì)量比較

對(duì)于肺實(shí)質(zhì)和軟組織的劃分以及整體圖像質(zhì)量的評(píng)估，使用濾線柵的床旁CR胸部攝片優(yōu)于不使用濾線柵的床旁CR胸部攝片(P<0.001)。但在異物可見度的評(píng)估中，結(jié)果卻恰恰相反，有濾線柵的床旁CR胸部攝片評(píng)分(4.27±1.11)明顯低于無濾線柵的床旁CR胸部攝片評(píng)分(4.64±1.21)，P<0.001。對(duì)于胸椎的劃分，床旁CR胸部攝片加濾線柵的優(yōu)越性也不明顯(P=0.554)。

2.3 床旁CR和DR胸部攝片加與不加濾線柵的圖像質(zhì)量比較

床旁DR胸部攝片在整體圖像質(zhì)量、肺實(shí)質(zhì)可見度、軟組織可見度、胸椎可見度和異物可見度方面優(yōu)于床旁CR胸部攝片，見表3。4個(gè)讀片者的床旁DR胸部攝片評(píng)分顯著優(yōu)于床旁CR胸部攝片(P<0.001)，與濾線柵無關(guān)，見表4。

表3 Tukey檢驗(yàn)床旁CR和DR胸部攝片加與不加濾線柵的圖像質(zhì)量比較（)

表3 Tukey檢驗(yàn)床旁CR和DR胸部攝片加與不加濾線柵的圖像質(zhì)量比較（)

注：*P=0.554

表4 t檢驗(yàn)床旁CR和DR胸部攝片加與不加濾線柵的圖像質(zhì)量比較（)

表4 t檢驗(yàn)床旁CR和DR胸部攝片加與不加濾線柵的圖像質(zhì)量比較（)

2.4 圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的觀察者間一致性評(píng)估

在4名觀察者中，在評(píng)估肺實(shí)質(zhì)可見度(ICC，0.77)、軟組織可見度(ICC，0.78)、胸椎可見度(ICC，0.80)以及評(píng)估整體圖像質(zhì)量(ICC，0.78)方面有高度的一致性。在異物可見度方面，觀察者之間一致性極強(qiáng)(ICC，0.81)。在評(píng)估床旁CR (無濾線柵)(ICC，0.80)、床旁CR (有濾線柵)(ICC，0.79)、床旁DR (無濾線柵)(ICC，0.69)和床旁DR (有濾線柵)(ICC，0.66)中的所有結(jié)構(gòu)時(shí)，觀察者間基本一致。無論評(píng)估的結(jié)構(gòu)或使用的攝片方式，使用或不使用濾線柵，觀察者間一致性均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

3 討論

ALARA原則要求以盡可能低的輻射劑量生成具有足夠診斷質(zhì)量的圖像，這一要求促使采集系統(tǒng)的客觀圖像質(zhì)量特性不斷改進(jìn)[12]。CR與傳統(tǒng)的單面粉末系統(tǒng)相比，針狀磷光體和雙面粉末磷光體讀出系統(tǒng)產(chǎn)生了更好地DQE[13]。DR中的閃爍體材料，如碘化銫與硫氧化釓和平板技術(shù)的改進(jìn)導(dǎo)致了客觀圖像質(zhì)量的進(jìn)一步提高。

本研究使用的CR系統(tǒng)的DQE約為20%～25%，而DR系統(tǒng)的DQE約為60%～65%[14]，這種DQE差異有助于更好地測(cè)量DR系統(tǒng)的性能。CR和DR無濾線柵的圖像質(zhì)量分別為（4.17±1.01）和（7.05±0.64）；CR和DR有濾線柵的圖像質(zhì)量分別為（4.42±0.91）和（7.52±0.61）。

探測(cè)器特性的改進(jìn)必須與X線散射的問題相平衡，與其他X線成像方式相比，使用高X線光子能量，加上厚實(shí)的身體部位和大視野，在胸部X線攝片中會(huì)產(chǎn)生大量的散射輻射[15]。在沒有抗散射濾線柵的情況下獲得的X線光片中，散射輻射占肺后總輻射的50%～70%，約占中央縱隔/胸椎后總輻射的90%～95%，散射輻射具有降低對(duì)比度和增加圖像噪聲的不利影響[16]。雖然對(duì)比度降低可以通過后處理在很大程度上得到補(bǔ)償，但是至少在DR中，散射輻射對(duì)圖像噪聲的影響是不容易校正的[15]。

本研究使用具有較高輻射劑量的防散射濾線柵，使得CR圖像中胸椎的劃分稍微好一些，但并沒有明顯改善(P=0.554)。對(duì)肺實(shí)質(zhì)的評(píng)估結(jié)果顯示，當(dāng)使用濾線柵時(shí)，CR的圖像質(zhì)量得分顯著提高(P<0.001)。另一方面，有防散射濾線柵的CR在評(píng)估異物方面的性能比沒有濾線柵的CR差。這種對(duì)較高頻率結(jié)構(gòu)的較差性能表明，使用濾線柵造成的20%劑量損失將相關(guān)空間頻率處的信噪比提高到低于適當(dāng)視覺檢測(cè)所需的水平。這表明，目前我院CR成像所使用的標(biāo)準(zhǔn)劑量水平確實(shí)接近于確保相關(guān)臨床目標(biāo)可見性所需的下限，符合ALARA原則。

對(duì)于DR成像，在所有5個(gè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，濾線柵成像比無濾線柵成像的優(yōu)越性是顯著的?？紤]到碘化銫探測(cè)器的高DQE,這一結(jié)果或許并不意外。即使是沒有完全補(bǔ)償濾線柵的Bucky因子的曝光所導(dǎo)致的20%劑量懲罰，也顯然留下了足夠的SNR,以便能夠直接檢測(cè)相關(guān)的臨床結(jié)構(gòu)，無論是在高或低的空間頻率。這與先前發(fā)表的一項(xiàng)研究一致，該研究表明，劑量減少25%不會(huì)對(duì)DR的圖像質(zhì)量產(chǎn)生明顯影響[12]。

綜上所述，盡管DR系統(tǒng)在沒有反散射濾線柵的情況下提供了非常好的圖像質(zhì)量，但是在具有較高輻射劑量的成人床邊X線攝片中使用濾線柵是有益的，并且明顯改善了低頻和高頻結(jié)構(gòu)的圖像質(zhì)量。這究竟是由于高劑量所致，還是由于散射減少所致，目前尚不清楚。從DQE差異可以看出，床旁DR始終優(yōu)于CR。對(duì)于CR，反散射濾線柵對(duì)成人床旁X線攝片圖像質(zhì)量的影響是混合的，肺實(shí)質(zhì)和軟組織的可見度適中，明顯提高，但胸椎只有輕微的改善，異物的表現(xiàn)比無濾線柵更差。