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医疗照射是公众受到的最大的人工电离辐射来源[1]。2016年我国X射线诊断频度调查结果显示，常规X射线检查在全部放射诊疗中占比为52.4%[2]。尽管常规X线摄影所致的公众集体剂量不及CT[3]，但由于检查人次相对多，因此辐射实践“最优化”对降低公众受辐射剂量仍有意义。目前数字化X线设备（Digital Radiography，DR）已经逐渐普及，所用影像探测器具有量子检查率高的特点，正确设置管电压、管电流-时间乘积、源-像距、照射野、以及附加滤过等曝光参数，可以在确保影像质量前提下降低患者受辐射剂量[4]。其中，附加滤过板可以滤除原发X线束中的低能射线，减小患者体表入射剂量，但对穿过患者受检部位到达影像探测器的透射线量影响有限。亦即附加滤过板可以提高X线质，增加X线透射线率。以往认为，常规X线摄影中使用的附加滤过材料有铜和铝，由于铜产生约8 keV的二次射线有可能增加患者皮肤剂量，因此铜不能单独作为滤过材料使用。但是，增大源-像距之后，能量为8 keV的二次射线能否因空气滤过效应衰减而无法到达患者皮肤表面有待验证。有关附加滤过材料与厚度对影像质量和辐射剂量影响的研究已有报道[5-8]，也有作者对不同厚度铜滤过对影像质量和辐射剂量的影响进行了研究[9]，但均未对铜和铜-铝复合滤过板对X线透射线率的影响进行比较。一定条件下，铜是否可以单独作为附加滤过材料使用有待验证。本实验通过比较两种源-像距条件下铜和铜-铝复合滤过板的X线透射线率，为合理选用附加滤过板提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验设备

GE公司Definium6000数字化X线摄影机，曝光参数：管电压70～130 kV、间隔10 kV，管电流200 mA，自动曝光控制（Automatic Exposure Control，AEC）模式、密度补偿为0，源-像距为150 cm和180 cm。所用X线设备可选择的附加滤过分别为0.1、0.2、0.3 mm Cu，为了模拟铜-铝复合滤过，在X线遮线器窗口贴放稍大于光野面积的1.5 mm厚度铝板，以此得到三组附加滤过，即0.1 mm Cu和0.1 mm Cu +1.5 mm Al、0.2 mm Cu和0.2 mm Cu+1.5 mm Al、0.3 mm Cu和0.3 mm Cu +1.5 mm Al。被照体为聚乙烯材料模体，30 cm×30 cm、厚度为18 cm。德国PTW-FREIBURG公司11001型辐射剂量检测仪。

1.2 实验方法

将聚乙烯模体贴靠于DR立位摄影架台面，模体中心与探测器台面中心重合，X线中心对准探测器台面中点，X线遮线器光野四周超出模体边缘2 cm。将辐射剂量检测仪探测室置于模体X线球管侧表面正中放置，曝光后读取辐射剂量检测仪显示值，记录为模体表面入射剂量。模体配置和曝光条件不变，将辐射剂量检测仪探测室移至模体与摄影架台面之间的正中位置，曝光后读取辐射剂量检测仪显示值，记录为模体透射剂量。每次测量前长按辐射剂量检测仪的RESET键使读数归零，两次测量间隔时间不小于2 min。透射剂量率定义为模体透射剂量与入射剂量之比的百分比，用公式(1)计算。

1.3 统计学分析

使用SPSS 17.0软件包，对相同曝光条件、相同厚度铜和铜-铝复合滤过板的模体表面入射剂量、透射剂量以及透射剂量率进行比较。定量资料根据其分布特征用中位数描述，两个相关样本组间比较采用Wilcoxon秩和检验。对透射剂量比较，以管电压为分组变量，采用多个独立样本非参数Kruskal-Wallis检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

70～130 kV、AEC模式、附加滤过分别为0.1 mm Cu与0.1 mm Cu+1.5 mm Al、0.2 mm Cu 与 0.2 mm Cu+1.5 mm Al、0.3 mm Cu与0.3 mm Cu+1.5 mm Al，源-像距为150 cm时，模体表面入射剂量（mGy）中位数分别为0.99和0.90、0.81和0.76、0.73和0.69，相同管电压时的透射线量基本相同，透射线率（%）中位数分别为7.34和7.87、8.60和9.07、9.64和10.13（表1～3）；源-像距为180 cm时，模体表面入射剂量（mGy）中位数分别为0.90和0.82、0.73和0.69、0.65和0.62，相同管电压时的透射线量也基本相同，透射线率（%）中位数分别为7.33和7.97、8.66和9.26、9.84和10.27 （表4～6）。即在铜滤过厚度相同时，铜-铝复合滤过板的模体表面入射剂量比单独使用铜滤过时小，而透射线率比单独使用铜滤过时大，且差别均有统计学意义（P＜0.05）。并且，随着铜滤过厚度增加或源-像距增大，模体表面入射剂量变小，透射线率增大。以管电压为分组变量，不同厚度铜滤过与铜-铝复合滤过的透射剂量差别没有统计学意义（P＞0.05）。但随着铜滤过厚度增加或管电压增大，透射剂量变小。

3 讨论

3.1 附加滤过板在辐射防护中的作用

X线的产生是高速电子与靶物质相互作用的结果，从原理可知，X线束中包括连续X线和特征X线，其中连续X线光子能量大小覆盖了摄影管电压峰值以下范围。当使用这种连续能谱的X线照射被照体时，由于低能光子与被照体组织发生光电效应几率高，因而穿过被照体的透射线少，到达影像接收器转换为影像信息的光子少。换言之，常规X线摄影时低能X线光子对X线影像形成的作用有限，但却会增加患者体表入射剂量。为了减少到达被照体表面的低能量X线，可以在X线球管和被照体之间放入一定材料、厚度的金属板，即附加滤过板，把对成像没有帮助的低能射线滤过掉，使X线透射率增加。而X线透射率增加，意味着被检部位组织结构因光电效应而吸收的X线光子少，亦即能量转移小，辐射损伤风险降低。

在使用较高管电压摄影时，为了增加对X线束中低能成分的滤过效果，可以采用铜滤过板，但因为铜产生约8 keV的二次射线有可能增加患者皮肤剂量，因而通常铜不宜单独作为滤过板使用。以往是使用铜-铝复合滤过板，铜面朝向X线球管侧，铝面朝向受检者，铝层把二次低能射线吸收掉，而铝层本身特征辐射仅为1.5 keV，空气滤过可以将其全部吸收而无法到达被照部位体表。但是，目前某些品牌DR设备的附加滤过仅使用铜滤过，其设计是否妥当尚需实验验证。

3.2 附加滤过板对X线透射率的影响

相对于工频X线机，目前普遍采用的高频逆变式高压发生器的X线设备，高压发生器输出波形近似于恒定直流，脉动率低，X线束中接近管电压峰值的高能量光子数量占比多，低能量光子少。此外，由于X线设备高压发生器功率增大，四肢关节部位以外摄影时所使用的源-像距多为150 cm或更远。在空气滤过距离增加的前提下，附加滤过的使用方法是否可以改变有待探讨。从本实验结果看，铜滤过厚度相同时，铜-铝复合滤过板的模体表面入射剂量比单独使用铜滤过时小，且差别均有统计学意义（P＜0.05）。其原因，一是铜产生的低能量二次射线能够被置于X线遮线器窗口的铝板部分吸收，其次，铝滤过本身对原发X线也有吸收、衰减作用。并且，随着铜滤过厚度增加，模体表面入射剂量变的更加小，说明铜和铜-铝复合滤过对低能X线均有吸收、衰减作用，并且滤过材料越厚，效果越明显。从源-像距看，当滤过材料和厚度相同时，180 cm比150 cm时的模体表面入射剂量小，也是与空气滤过效应对低能X线的吸收有关。但是，以管电压为分组变量，即管电压相同时，不同厚度铜滤过与铜-铝复合滤过的透射剂量差别没有统计学意义（P＞0.05），此与AEC曝光模式是对透射X线进行积分，当透射X线量达到某一设定阈值时截止曝光有关。以往研究发现，相同管电压条件下kV与kV-mA两种固定模式的AEC技术可以得到一致的图像质量，大于80 kV时通过图像处理，不同摄影条件之间的影像质量差异没有统计学意义（P＞0.05）[10-11]。本实验是基于相同kV条件下使用AEC曝光模式所得到的影像质量相同，在此前提下对铜和铜-铝复合滤过板的X线透射线率进行比较。但AEC对X线的探测存在管电压特性，因此即便密度补偿均设置为零，不同管电压时的透射线量并不相同，管电压越高，透射线量越低。管电压和铜滤过厚度相同时，铜-铝复合滤过板的模体表面入射剂量比单独使用铜滤过时小，而透射线量相同，其结果使得透射线率增大，患者因X线照射而吸收的辐射能量减少。

3.3 合理选择附加滤过板的意义

从本实验结果还可以看出，附加滤过不仅对低能X线光子有滤过作用，对高能X线光子也有滤过作用，只不过光电吸收几率相对要小。因此使用附加滤过板，应适当增加管电流-时间乘积，以对曝光量进行补偿，并且附加滤过板越厚，所需曝光量补偿越多，X线管负荷越大[12]。如果X线设备功率不够，势必需要增加曝光时间来维持一定的管电流-时间乘积，由此可能会加大移动模糊。因此，X线摄影曝光参数设置中，合理选择附加滤过与选择适当的管电压、管电流-时间乘积、源-像距等同样重要。常规X线摄影理论认为，在采用较高千伏（80～100 kV）特别是高千伏（100～150 kV）摄影时应使用铜滤过板增加对X线束中低能成分的吸收效果[13]。数字X线摄影有曝光宽容度大的特点，但曝光参数、包括X线设备附属器件的选配，依然是影响影像质量和辐射剂量的主要因素[14-17]。从辐射防护角度靠考虑，X线摄影时使用高管电压、厚附加滤过有益于减少受检者表面剂量[18]。适当增加附加滤过板厚度和利用高原子序数的滤过能降低辐射剂量[19]，AEC不变时，随着附加滤过增加，受检者皮肤入射剂量降低，图像质量提高，有效剂量变化不明显[20]。本实验结论与前人研究一致，不同之处是从入射剂量和透射线量率两方面评价患者所受辐射风险。

综上，在X线设备功率允许前提下，使用相对厚的附加滤过可以增加X线透射线率，有益于减少患者所受辐射剂量，并且铜-铝复合滤过板的X线透射线率比单独使用铜滤过时相对大，更有益于辐射防护。本研究不足之处是，没有对不同管电压条件下的影像质量进行比较，也没有用直接证据表明铜产生的约8 keV二次射线是否因150 cm以上的源-像距而被空气吸收或衰减，铜是否适用于单独作为滤过材料使用仍需进一步实验验证。

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铜和铜-铝复合滤过板对数字X线摄影透射线率影响的模体实验

引言