DR成像质量及影响因素的检测分析
引言
DR（Digital Radiograhy）成像技术即数字化X线摄影技术，是现代医学诊断领域中新型的数字化成像技术[1]。近年来，随着DR成像技术的不断发展，DR已经成为各级医院使用非常频繁、不可或缺的重要检查设备之一[2]。DR成像以全新的数字化成像技术取代了传统的X线片设备，具有提升图像对比度与分辨率，促进影像动态范围扩展的优势[3-5]，其强大的数字化后处理功能有助于工作人员快速采集数字图像，极大地提升医疗工作者的工作效率，降低疾病误诊率，进而提高医疗水平[6-8]。另一方面，DR成像技术的辐射剂量较低，在检测时可降低或者避免对人体形成辐射伤害[9]。
目前，DR已经在临床上得到了广泛的应用[10-11]，随着医疗技术的飞速发展，DR设备的运用范围越来越大[12-13]，DR设备的性能是保证良好图像质量的基础[14-15]，直接影响到影像诊断的准确性，进而影响临床诊断及治疗[16-18]。在各级医疗机构间实现DR影像互认可以提高DR设备有效利用率，减少患者重复检查率，充分合理利用医疗资源，减轻患者就医负担，满足人民的健康服务需求，更好地为城乡居民提供安全、有效、方便、价廉的医疗卫生服务。目前国内尚无统一的DR质量控制互认检测与应用规范及涉及低剂量DR的相关规范[19-21]，我们在“十三五”国家重点研发计划《数字诊疗装备研发》重点专项的支持下，参考国内外相关标准及文献，对DR设备的性能进行了研究。
1 材料与方法
我们选取医疗机构正常使用且比较常见的DR设备，国产品牌主要包括：东软、明峰、深圳安科、万东、普爱、迈瑞和中科美仑七家品牌。国外品牌主要包括：GE、SIEMENS、PHILIPS、东芝（佳能）和日立、岛津和IDC七家品牌的主要型号。我们在国家重点研发计划项目的支持下，历时2年时间，在五个省份的106家医院对232台DR进行418次试验。
1.1 实验模体
CR/DR检测板 型号：DIGI-13；厂家：RTI。为保证数据准确可靠，项目期间定期溯源至国家基准。
1.2 实验方法
（1）调整影像探测器输入面与射线束垂直，将DR检测板放置在照射野的中心位置，尽量靠近影像探测器输入面。设置SID为100 cm，选取管电压80 kV，分别选取40、32、25、20、16、12.5、10、8、6.3 和 5 mAs进行曝光。
（2）调整影像探测器输入面与射线束垂直，将DR检测板放置在照射野的中心位置，尽量靠近影像探测器输入面。设置SID为100 cm，选取毫安秒为20 mAs，分别选取80、75、70、65、60、55和50 kV进行曝光。
1.3 测量方法
（1）空间分辨力：调节窗宽与窗位使显示影像最佳，在显示器上直接读取可分辨的线对值。
（2）低对比度分辨力：调节窗宽与窗位使显示影像最佳，可分辨的最小低对比度圆孔对应的百分比即为低对比度分辨力。
1.4 标准规定
依据DR国家计量检定规程JJG 1078-2012《医用数字摄影（CR、DR）系统X射线辐射源》[22]的要求，空间分辨力不小于20 Lp/cm，低对比度分辨力不大于2.2%，作为DR影像质量控制的客观标准。
2 结果
在实际的曝光时中应该选择适当的曝光剂量；当曝光剂量太低时，探测器接收的光子较少，图像噪声过大，导致无法分辨物体与背景以及细微的密度差别，图像质量较差；曝光剂量越大，分辨物体与背景以及细微的密度差别的能力越强，图像质量越好；当达到一定曝光剂量时，已经达到了空间分辨率和低对比度分辨力的极限，空间分辨率和低对比度分辨力不会持续增大；若曝光剂量过大，超出一定范围，则会导致图像质量下降[23]。我们对测量数据进行了大量统计分析，根据实验选取其中具有代表性的数值，空间分辨率和低对比分辨力随曝光剂量的变化情况，见表1。
使用DIGI-13CR/DR检测板分别在（50 kV，20 mAs）、（80 kV，20 mAs）、（80 kV，16 mAs）条件下曝光的影像测试结果，见图1。
表1 空间分辨率和低对比分辨力随曝光剂量的变化情况
低对比分辨力(%)50 20 14 2.8 55 20 18 2 60 20 22 1.2 65 20 28 1.2 70 20 28 1.2 75 20 28 0.8 80 5 22 1.2 80 6.3 22 1.2 80 8 25 1.2 80 10 28 1.2 80 16 28 1.2 80 20 28 0.8 80 25 28 0.8管电压 (kV) 毫安秒 (mAs) 空间分辨力(LP/cm)
图1 不同条件下曝光的影像
注：a. 50 kV，20 mAs时曝光影像；b. 80 kV，20 mAs时曝光影像；c. 80 kV，16 mAs时曝光影像。
3 讨论
我们考虑了DR设备生产厂家、设备型号范围极广，根据使用情况不同，机器的工作状态也不尽相同；为使研究结论适用于大多数DR，我们选取了应用临床使用年限不同的多种厂家型号DR。与DR成像密切相关的指标主要有两个：空间分辨力、低对比度分辨力。空间分辨率决定了对组织细微结构的分辨能力；低对比度分辨力决定了对不同组织密度差异的分辨能力。且DR设备受到环境温度、平板探测器坏点等因素影响时，DR影像的空间分辨力、低对比度分辨力均受到影响，导致影像质量变差，不能有效区分病灶与正常组织，易出现误诊，从而影响临床诊断。因此，我们使用DR检测板进行长期、周密的实验；实验后，对空间分辨力、低对比度分辨力这两项重要性能指标的数据进行精确采集和分析，并多次验证，具有相对广泛的适用性。
DR设备的剂量主要与管电压和管电流有关。管电流决定X线管发出的X线数量，X线量决定了该次检查可能照射在探测器上的射线量上限，从而决定了图像的密度；管电压决定X射线的穿透能力，穿透能力强弱决定最终照射在探测器上的射线量多少，从而决定图像的对比度差异。
管电压和管电流过高时，X射线穿透人体的数量过多，图像噪声增高；管电压和管电流过低时，X射线穿透人体的数量过少，像素数过少，无法清晰显示图像细节。由此可见，存在管电流和管电压的最适数值，当实际应用的管电流和管电压趋近这一数值时，图像质量向较好方向发展。因此，管电流和管电压对图像的低对比度分辨力和空间分辨力至关重要。
原卫生部办公厅首次于2006年2月24日颁发了《关于医疗机构间医学检验、医学影像检查互认有关问题的通知》(卫办医发〔2006〕32号）号文件，文件中对医学影像检查互认提出了相关要求，但受限于各家医院影像科的水平差异很大，检查的标准、设备、检查人员水平不一，医学影像检查结果互认迟迟不能实际落实。我们通过对空间分辨力和低对比度分辨力在DR成像中的重要性的研究，确认了空间分辨力和低对比度分辨力是影响DR成像质量的主要性能参数，保持空间分辨力和低对比度分辨力正常，可以保证DR成像质量良好，为医疗机构间医学影像检查结果互认打下了坚实的基础。
4 结论
为适应DR技术发展，本文针对影响图像成像质量的性能参数进行了研究并提出了方案，我们分析了管电压和毫安秒与DR成像中的空间分辨力和低对比度分辨力之间的关系，提出了“影像空间分辨力和低对比度分辨力基本能够评价成像质量”这一猜想，实验结果也证明了这个猜想。保证空间分辨力和低对比分辨力符合相关标准，也就是为DR成像的良好质量提供了保证。这两个性能参数的检测简单易行，完全可以由医疗机构自行完成。所以，我们推荐在医疗机构的自行检测中增加这两项内容，为得到合格的图像打下良好基础。
当然，空间分辨力和低对比度分辨力只是影响DR成像质量的主要因素，其他因素如其他DR设备性能参数、技术人员操作技术、图像后处理、DICOM数据的传送等对成像质量的影响，还需要我们进一步的研究。
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Experimental Research for DR Imaging Quality Control test