基于焦點(diǎn)極限分辨率頻譜的X線管性能評(píng)價(jià)方法

王洪雨 孫 勇 魯倫博 張 禎

(泰山醫(yī)學(xué)院放射學(xué)院，山東 泰安 271016)

自60年代，光學(xué)中的光學(xué)傳遞函數(shù)(OTF)、調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)和相位傳遞函數(shù)(PTF)等被引入X線成像系統(tǒng)，引發(fā)了此系統(tǒng)性能測試方法的變革[4]。國際放射界在70年代提出了利用星形測試卡測試X線管焦點(diǎn)成像性能的原理和方法，國際電工委員會(huì)(IEC)在336/1982出版物中，也對此問題作了詳細(xì)的闡述。80年代，國內(nèi)放射界開始引入和使用星形測試卡對X線管焦點(diǎn)的成像性能進(jìn)行評(píng)價(jià)并形成了一套規(guī)范的測量方法[1-3]。傳統(tǒng)的測試極限分辨率的方法是大小焦點(diǎn)各選擇兩個(gè)mA值，量太少不足以全面反映X線管的性能；我們在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上將大小焦點(diǎn)所有mA值的極限分辨率值測出做成頻譜圖，力求對X光管的成像性能和穩(wěn)定性做一個(gè)全面的評(píng)價(jià)。

1 測試原理

借助于星模測試卡的放大像，焦點(diǎn)的極限分辨率R的測試公式是:

(1)

式中的2d為X線管焦點(diǎn)的線布散函數(shù)的半值寬度。

R=Rp(M-1)[1]

(2)

式中的Rp為星卡像極限分辨力的值，M為星形測試卡像的放大率，又因?yàn)椋?/p>

(3)

式中的Z為放大的星形測試卡像面上最外模糊區(qū)的直徑，θ為星形測試卡的楔條頂角。由(2) ,(3)式導(dǎo)出焦點(diǎn)的極限分辨率的計(jì)算公式：

(4)

由(4)式可知，只要測出星形測試卡像的放大率M及星卡像上最外模糊區(qū)直徑Z，以及星卡楔角θ的弧度值，即可求出焦點(diǎn)的極限分辨率R。

由于X線管焦點(diǎn)是一個(gè)面光源，所以焦點(diǎn)的極限分辨率分別用X線管長軸方向和X線管短軸軸方向的極限分辨率RL和RW表示[1]：

(5)

(6)

(5)和(6)式中，ZL、ZW分別為星形測試卡放大像上X線管長軸方向和X線管短軸方向的最外模糊區(qū)直徑。

2 測試方法和數(shù)據(jù)處理

2.1 實(shí)驗(yàn)器材

北京萬東HF-50R及HF-50E高頻X線機(jī)(大焦點(diǎn)1.2，小焦點(diǎn)0.6)，2°星形測試卡，富士X線膠片，無增感屏暗盒，觀片燈，密度計(jì)，直尺、SRX-101自動(dòng)洗片機(jī)、鉛字碼等。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

調(diào)整X線管，使其與診視床平行。打開視野燈，將2°星卡用膠帶粘在視野窗中心，使X線焦點(diǎn)中心線與星卡中心在同一條垂線上。將裝有膠片的無屏暗盒水平放在診視床上，然后調(diào)整焦點(diǎn)至膠片的距離，使星卡放大率為2～3倍；分別用1.2 mm，0.6 mm 焦點(diǎn)，采用75 kV, 100 mAs進(jìn)行曝光，獲得星形測試卡照片。照片上的密度值在0.8～1.2之間；本方法在兩個(gè)不同的X線機(jī)上各做一次。

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1將大小焦點(diǎn)所有MA值攝得的2°星模測試卡照片置于觀片燈上(觀片燈的照度為1000勒克司，觀察照片上的照度以100勒克司為宜)，用三角尺測出焦點(diǎn)的相位傳遞在X線管長軸方向上和短軸方向上產(chǎn)生的模糊帶直徑ZL及ZW。

2.3.2測出各星形測試卡影像放大率M：60mm為星形測試卡的外徑，Z為在星形測試卡影像直徑的實(shí)測值，然后根據(jù)下式求出各星形測試卡影像的放大率M值：

(7)

2.3.32°星卡的θ值已知，再將M值及ZL、ZW代入公式(5)、(6)即求出實(shí)際焦點(diǎn)的極限分辨率值。

2.3 數(shù)據(jù)結(jié)果

見表1,2，圖1,2。

表1 HF-50R焦點(diǎn)的極限分辨率

注：2°星卡，星卡直徑60mm，星卡像直徑154.6mm，M=2.5767。

表2 HF-50E 焦點(diǎn)的極限分辨率

注：2°星卡，星卡直徑60mm，星卡像直徑156mm，M=2.6。由于X線機(jī)性能限制，640 mA選擇在60 kV、80 mAs條件下測試。

圖1 HF-50R極限分辨率頻譜圖

圖2 HF-50E極限分辨率頻譜圖

3 討 論

我們選取實(shí)驗(yàn)室里的北京萬東產(chǎn)HF-50E及HF-50R 高頻X線機(jī)各一臺(tái)，使用本研究所述的方法測出X線機(jī)球管大小焦點(diǎn)的所有mA對應(yīng)的極限分辨率值，并做成頻譜圖；依照此圖對X線機(jī)球管大小焦點(diǎn)的成像性能做了全面的評(píng)價(jià)。

通過頻譜觀察，我們發(fā)現(xiàn)無論HF-50E還是HF-50R X線機(jī)球管大小焦點(diǎn)長方向的成像性能均優(yōu)于寬方向的成像性能，小焦點(diǎn)時(shí)隨著mA值增加長寬方向的極限分辨率值差別增大，而大焦點(diǎn)時(shí)長寬方向的極限分辨率值差別較大且與mA增減無關(guān)。

無論HF-50E還是HF-50R X線機(jī)球管大焦點(diǎn)長寬方向的極限分辨率值遠(yuǎn)遜色于小焦點(diǎn)長寬方向的極限分辨率值，所以在實(shí)際攝影中為了提高圖像清晰度，盡量選用小焦點(diǎn)低mA、高kV攝影。

無論是大焦點(diǎn)還是小焦點(diǎn)，極限分辨率值越大越好，焦點(diǎn)長寬方向的成像性能差別越小越好，隨著mA值的變化極限分辨率值的波動(dòng)越小越好。

傳統(tǒng)的測試極限分辨率的方法是使用一個(gè)常用的kV值(75kV),mA值小焦點(diǎn)時(shí)選擇50mA及100mA、大焦點(diǎn)時(shí)選擇200mA及400mA，分別測出極限分辨率，大小焦點(diǎn)所選擇的mA值數(shù)量有限，無法全面反映X線機(jī)球管大小焦點(diǎn)的成像性能[5-9]；本實(shí)驗(yàn)方法將大小焦點(diǎn)所有mA的極限分辨率測出并畫成頻譜圖，全面展示了X線機(jī)球管的成像性能及系統(tǒng)穩(wěn)定性，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的不足，是一種更為有效的X線機(jī)成像性能評(píng)價(jià)法。

本實(shí)驗(yàn)所述的方法與其它國際標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合可以作為評(píng)價(jià)X線機(jī)是否合格的一個(gè)客觀的、重要的方法。

[1] 陳鶴聲，王淑云，袁聿德.應(yīng)用2°星模測試卡對X線管焦點(diǎn)的極限分辨率和“等效尺寸”的測試[J]. 醫(yī)療器械, 1983,5(7):19-23.

[2] 陳鶴聲，袁聿德，王淑云.2°星模的研制及其在X線成象系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].泰山醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),1983，4(1):25-40.

[3] 王淑云，袁聿德，陳鶴聲.應(yīng)用2°星形測試卡對X線管焦點(diǎn)散焦值(暈值)的測試[J]. 醫(yī)療器械, 1984,5(7):19-23.

[4] 內(nèi)田勝.畫像工學(xué)[M]. 第2版.東京：通商產(chǎn)業(yè)研究社, 1981.

[5] 立入弘.診療放射線技術(shù)(上卷)[M].第3版. 東京：南江堂產(chǎn)業(yè)研究社，1978.

[6] 青柳泰司.診斷用X線裝置[M]. 東京：コロナ株式會(huì)社, 1979.

[7] 李月卿.醫(yī)學(xué)影像成像理論[M].第2版.北京：人民衛(wèi)生出版社，2010:73-81.

[8] Kaftandjian V，Zhu YM，Peix G. A comparison of the ball，wire，edge，and bar/space pattern techniques for modulation transfer function measurements of linear X-ray detectors[J]. Journal of X-ray science and technology，1996,6:205-221.

[9] 崔屹. 數(shù)字圖像處理技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，1997.