計(jì)算機(jī)數(shù)字?jǐn)z影檢測(cè)結(jié)果的分析及思考

丁 力，樊俊顯，黃成偉

（1.河南省計(jì)量科學(xué)研究院，河南 鄭州 450008；2.平頂山市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，河南 平頂山 467000）

0 引 言

隨著先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和儀器越來(lái)越多地廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)中，放射診斷工作進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)字化攝影（CR、DR）時(shí)代[1]。計(jì)算機(jī)攝影（computed radiography，CR）是通過(guò)一個(gè)可反復(fù)讀取的成像板（IP板）來(lái)替代膠片。曝光后，IP板上生成潛影，將IP板放入CR掃描儀，用激光束對(duì)IP板進(jìn)行掃描，讀取信息，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后生成數(shù)字影像。數(shù)字化攝影（digital radiography，DR）也稱(chēng)直接數(shù)字化X線(xiàn)攝影（direct digital radiography，DDR），是通過(guò)一塊平板探測(cè)器來(lái)替代膠片[2]。X線(xiàn)照射到平板探測(cè)器后，直接形成數(shù)字信號(hào)，傳入計(jì)算機(jī)即為數(shù)字影像。

CR、DR在信息采集、信息處理及信息輸出等系列成像過(guò)程中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都可能對(duì)影像的質(zhì)量產(chǎn)生影響[3]，隨之而出現(xiàn)的問(wèn)題是如何切實(shí)保障CR、DR的影像質(zhì)量，以適應(yīng)日益普及的數(shù)字化攝影的需要。

1 檢測(cè)結(jié)果及分析

該文采用的測(cè)量設(shè)備是多功能質(zhì)量檢測(cè)儀Barracuda和DIGI-13檢測(cè)模體。檢測(cè)方法：（1）將診斷水平多功能探頭置于X線(xiàn)照射野的中心，探頭中心軸與射線(xiàn)束軸垂直，焦點(diǎn)距探頭中心100 cm，曝光條件為70kVp/20mAs；（2）將DIGI-13檢測(cè)模體置于X線(xiàn)照射野的中心，模體表面與射線(xiàn)束軸垂直，焦點(diǎn)距模體表面100 cm，曝光條件為70 kVp/20mAs；重復(fù)測(cè)量3次，取其平均值。表1和表2分別列出了CR和DR的檢測(cè)結(jié)果，由于CR、DR的國(guó)家規(guī)程沒(méi)有出臺(tái)，因此不列出設(shè)備的廠(chǎng)家和型號(hào)。

按照上述方法對(duì)41臺(tái)CR分別進(jìn)行了檢測(cè)，涉及了6個(gè)廠(chǎng)家18個(gè)型號(hào)的機(jī)器。由于CR沒(méi)有國(guó)家規(guī)程、規(guī)范可參考，現(xiàn)只有參考JJG 744-2004《醫(yī)用診斷X線(xiàn)輻射源》和其他地方檢定規(guī)程，選取輻射質(zhì)、空間分辨力和低對(duì)比分辨力暫時(shí)設(shè)置限值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，要求：輻射質(zhì)不小于2.0mmAl、空間分辨力不小于14Lp/cm、低對(duì)比分辨力不大于1.2%。對(duì)于單臺(tái)CR的所有項(xiàng)目均滿(mǎn)足限值要求的，也不一一詳細(xì)列出其檢測(cè)結(jié)果，對(duì)于1項(xiàng)及以上不滿(mǎn)足限值要求的，如表1所示。

表1 不滿(mǎn)足限值要求的CR檢測(cè)結(jié)果

從表1可以看出：輻射質(zhì)小于2.0mmAl的機(jī)器為3臺(tái)；空間分辨力小于14Lp/cm的機(jī)器為4臺(tái)；低對(duì)比分辨力大于1.2%的機(jī)器為4臺(tái)；2項(xiàng)及其以上指標(biāo)超出限值要求的機(jī)器為2臺(tái)；1項(xiàng)指標(biāo)超出限值要求的機(jī)器為7臺(tái)。

按照上述方法對(duì)37臺(tái)DR分別進(jìn)行了檢測(cè)，涉及了13個(gè)廠(chǎng)家25個(gè)型號(hào)的機(jī)器。由于DR沒(méi)有國(guó)家規(guī)程、規(guī)范可參考，現(xiàn)只有參考JJG 744-2004《醫(yī)用診斷X線(xiàn)輻射源》和其他地方檢定規(guī)程，選取輻射質(zhì)、空間分辨力和低對(duì)比分辨力暫時(shí)設(shè)置限值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，要求：輻射質(zhì)不小于2.1mmAl、空間分辨力不小于14Lp/cm、低對(duì)比分辨力不大于1.2%。對(duì)于單臺(tái)DR的所有項(xiàng)目均滿(mǎn)足限值要求的，也不一一詳細(xì)列出其檢測(cè)結(jié)果，對(duì)于1項(xiàng)及以上不滿(mǎn)足限值要求的，如表2所示。

表2 不滿(mǎn)足限值要求的DR檢測(cè)結(jié)果

從表2可以看出：所有機(jī)器的輻射質(zhì)均大于2.1mmAl；空間分辨力小于14Lp/cm的機(jī)器為3臺(tái)；低對(duì)比分辨力大于1.2%的機(jī)器為1臺(tái)；2項(xiàng)及其以上指標(biāo)超出限值要求的機(jī)器為0臺(tái)；1項(xiàng)指標(biāo)超出限值要求的機(jī)器為4臺(tái)。

評(píng)價(jià)成像性能的參數(shù)很多，空間分辨力是其中的重要參數(shù)之一[4]?？臻g分辨力（或高對(duì)比度分辨力）評(píng)價(jià)系統(tǒng)空間分辨能力，即物體內(nèi)很小細(xì)節(jié)在圖像上可被識(shí)別的能力。以上檢測(cè)結(jié)果以空間分辨力超出限值要求者居多，首先從CR空間分辨力常見(jiàn)的影響因素進(jìn)行分析：

（1）X線(xiàn)焦點(diǎn)大小對(duì)CR空間分辨力的影響。X線(xiàn)焦點(diǎn)大，圖像模糊，分辨力下降。

（2）圖像放大對(duì)CR空間分辨力的影響。圖像放大會(huì)大大提高CR空間分辨力觀(guān)測(cè)結(jié)果。

（3）IP板對(duì)CR空間分辨力的影響。像素尺寸較小IP板，可以分辨更小的物體，所以其空間分辨力較高。

（4）曝光劑量大小對(duì)CR空間分辨力的影響。曝光劑量過(guò)小，IP板接收光子數(shù)少，圖像噪聲大，無(wú)法分辨物體與背景，因此，CR空間分辨力較低。隨著曝光劑量增加，空間分辨力增大。當(dāng)達(dá)到CR空間分辨力的極限劑量時(shí)，空間分辨力不會(huì)持續(xù)增大，如果曝光劑量過(guò)大，導(dǎo)致圖像質(zhì)量惡化，降低CR空間分辨力。

（5）影響CR空間分辨力的其他因素。CR空間分辨力與射野和光野一致性、IP板清潔度及軟件系統(tǒng)有關(guān)，因此要及時(shí)清潔IP板，校準(zhǔn)射野和光野及升級(jí)軟件系統(tǒng)[5]。

其次DR空間分辨力常見(jiàn)的影響因素有以下4個(gè)方面：

（1）空間分辨力的提高取決于像素的增加，像素越大空間分辨力越高，因此空間分辨力的提高不是無(wú)限的。

（2）根據(jù)X線(xiàn)成像原理，X線(xiàn)管電壓增大，增強(qiáng)了射線(xiàn)強(qiáng)度，使穿過(guò)物體的X線(xiàn)增多[6]。隨著管電壓的升高，空間分辨力增大，但管電壓增大到70kV后，空間分辨力保持相對(duì)穩(wěn)定[7]。

（3）由于DR系統(tǒng)探測(cè)器本身的分辨力一般高于系統(tǒng)所配顯示器的分辨力，因此顯示器性能也會(huì)影響DR空間分辨力。

（4）影響空間分辨力的其他因素有X線(xiàn)焦點(diǎn)、SID、患者運(yùn)動(dòng)、曝光時(shí)間、探測(cè)器感光靈敏度、計(jì)算機(jī)圖像處理、顯示器性能等。

X線(xiàn)成像系統(tǒng)在照射射線(xiàn)劑量一定情況下，對(duì)同一被測(cè)物或被檢查患者，越小的物體對(duì)比度在其檢查圖像上越容易被識(shí)別。為了表征系統(tǒng)這一性能的優(yōu)劣，用低對(duì)比分辨率評(píng)價(jià)，說(shuō)明被測(cè)物內(nèi)部相鄰兩低物體對(duì)比度部分（在射線(xiàn)垂直方向伸展可以較大）的能力。以被測(cè)物內(nèi)可被檢測(cè)到的最小物體對(duì)比度（百分?jǐn)?shù)）表示。低對(duì)比分辨力又稱(chēng)密度分辨力，其定義為可以從均一背景中分辨出來(lái)的特定形狀和面積的低對(duì)比度微小目標(biāo)。低對(duì)比分辨力受其他因素影響比較大，包括噪聲、散射線(xiàn)、管電壓、空間分辨力等。

（1）系統(tǒng)的噪聲限制了信噪比，是決定低對(duì)比分辨力的主要因素。根據(jù)成像設(shè)備的不同所產(chǎn)生的噪聲也會(huì)不同，CR系統(tǒng)有量子噪聲、結(jié)構(gòu)噪聲和顆粒噪聲等，DR系統(tǒng)的噪聲主要是量子噪聲、電子元件形成的噪聲和重建算法的噪聲，噪聲會(huì)降低影像細(xì)節(jié)可見(jiàn)度。

（2）散射線(xiàn)（主要是由康普頓效應(yīng)產(chǎn)生）會(huì)導(dǎo)致影像對(duì)比度降低。散射線(xiàn)的疊加會(huì)導(dǎo)致影像上疊加一層沒(méi)有任何診斷信息的密度，使處于影像低密度區(qū)的結(jié)構(gòu)不能區(qū)別，某些低密度信號(hào)檢測(cè)不出，因而對(duì)低對(duì)比分辨力有影響。在測(cè)試時(shí)除了機(jī)器固有的濾過(guò)之外還應(yīng)該加上附加濾過(guò)，這樣可以提高X線(xiàn)光子平均能量，使康普頓效應(yīng)所產(chǎn)生的散射光子的散射角變小。

（3）高管電壓時(shí)，X線(xiàn)光子能量較高，以康普頓效應(yīng)為主，因而形成了低對(duì)比影像；低管電壓時(shí)，X線(xiàn)光子的能量較低，以光電效應(yīng)為主，形成高對(duì)比度的影像。對(duì)于同樣一個(gè)模體，管電壓升高后所形成的對(duì)比度會(huì)降低。

（4）在高的空間分辨力情況下，由于空間頻率特性好，因此觀(guān)察到的低對(duì)度細(xì)節(jié)的邊緣較清晰，易于識(shí)別。

輻射質(zhì)即是輻射能量的確定，它用來(lái)表示光子穿透物質(zhì)的能力，可用有效能量來(lái)表征，可以通過(guò)測(cè)量給定X線(xiàn)管電壓和過(guò)濾（包括固有過(guò)濾和附加過(guò)濾）條件下的半值層（half value layer，HVL）來(lái)評(píng)價(jià)線(xiàn)質(zhì)。在X線(xiàn)診斷中，人們通常把施加在X線(xiàn)管兩極間的峰值電壓（kVp）來(lái)表示射線(xiàn)的線(xiàn)質(zhì)。這是因?yàn)楣茈妷涸礁?，X線(xiàn)管內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)速度就越快，撞擊陽(yáng)極靶面的能量就越高，因而產(chǎn)生的射線(xiàn)穿透物質(zhì)的能力也越強(qiáng)。但是，由于整流裝置的效能（取決于電壓波形）、靶材料及X線(xiàn)管射出窗口過(guò)濾片的吸收效應(yīng)，管電壓只能粗略地反映X線(xiàn)的線(xiàn)質(zhì)。

對(duì)于放射影像來(lái)說(shuō)，如何以較低的入射X線(xiàn)劑量獲得高信噪比的影像是反映探測(cè)器性能和技術(shù)水平的標(biāo)志。當(dāng)前廠(chǎng)家采用量子檢測(cè)效率（detective quantum efficient，DQE）對(duì)數(shù)字影像系統(tǒng)的對(duì)比度檢測(cè)能力進(jìn)行表述，DQE結(jié)合了影像對(duì)比度、噪聲、空間分辨率和入射X線(xiàn)劑量4個(gè)重要參數(shù)。但DQE的測(cè)量是比較煩瑣的過(guò)程，影響DQE測(cè)量結(jié)果的因素也比較多，不同的測(cè)量條件和測(cè)量方法所得結(jié)果誤差也較大。

2 值得思考的地方

首先是加強(qiáng)交流溝通和提高服務(wù)水平。隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，技術(shù)先進(jìn)的醫(yī)用計(jì)量器具不斷涌現(xiàn)，圍繞法制檢定和客戶(hù)的需求，要不斷研究新的檢測(cè)技術(shù)，開(kāi)拓新的檢測(cè)項(xiàng)目，通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并主動(dòng)與客戶(hù)交流溝通，消除事故隱患，延長(zhǎng)儀器設(shè)備壽命、降耗增效?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)診療技術(shù)和遠(yuǎn)程會(huì)診技術(shù)的發(fā)展，需要大量的客觀(guān)信息，而這些信息幾乎都來(lái)自于測(cè)量結(jié)果。要保障如此眾多的測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，離開(kāi)計(jì)量的支持是不可想象的。

其次是要對(duì)設(shè)備采購(gòu)調(diào)研突出重點(diǎn)。對(duì)該設(shè)備的檢定、校準(zhǔn)證書(shū)，以及輸入信號(hào)、激勵(lì)信號(hào)和輸出信號(hào)等方面的計(jì)量性能重點(diǎn)資料（而不是廠(chǎng)家的宣傳資料）直接關(guān)系到該設(shè)備是否具有高性?xún)r(jià)比。

再次是為制定規(guī)程規(guī)范和開(kāi)發(fā)科研產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。要制定規(guī)程，這樣才能領(lǐng)導(dǎo)變，而不是一味的跟著變和應(yīng)付變，只有主動(dòng)行動(dòng)，才不會(huì)被動(dòng)執(zhí)行。制定規(guī)程和開(kāi)發(fā)科研產(chǎn)品二者是相互依存的，不可分割的，二者都需要做好扎實(shí)基礎(chǔ)工作。該文通過(guò)對(duì)CR、DR檢測(cè)結(jié)果的分析就是希望為以后制定規(guī)程和開(kāi)發(fā)科研產(chǎn)品提供參考。

3 結(jié)束語(yǔ)

CR、DR具有動(dòng)態(tài)范圍大、線(xiàn)性好、影像層次豐富、信息量大、采集速度快和可立即網(wǎng)絡(luò)傳輸或遠(yuǎn)程會(huì)診等優(yōu)點(diǎn)，為臨床影像診斷的發(fā)展開(kāi)辟了新局面。該文通過(guò)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的分析和思考，希望為下一步的制定規(guī)程和開(kāi)發(fā)科研產(chǎn)品提供參考。

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