數(shù)字乳腺X線攝影系統(tǒng)成像參數(shù)優(yōu)化研究

閔高瑜，胡益斌，金錫軍，李大鵬，李明明

1.南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 a.臨床醫(yī)學(xué)工程處；b.放射科，江蘇 南京210029；2.江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029

數(shù)字乳腺X線攝影系統(tǒng)成像參數(shù)優(yōu)化研究

閔高瑜1a，胡益斌1a，金錫軍1a，李大鵬1b，李明明2

1.南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 a.臨床醫(yī)學(xué)工程處；b.放射科，江蘇 南京210029；2.江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029

目的 本文對(duì)數(shù)字乳腺X線攝影系統(tǒng)中成像參數(shù)的最優(yōu)化進(jìn)行初步研究。方法 采用4 cm厚的PMMA乳腺模體，選擇不同的靶/濾過組合、管電壓和管電流時(shí)間乘積，進(jìn)行手動(dòng)成像。利用ImageJ軟件中的qa-distri插件得到圖像信號(hào)區(qū)域和背景區(qū)域的像素均值和標(biāo)準(zhǔn)差，以此計(jì)算圖像的對(duì)比度噪聲比。然后根據(jù)對(duì)比度噪聲比和平均腺體劑量兩個(gè)參數(shù)，評(píng)估靶/濾過組合、管電壓和管電流時(shí)間乘積對(duì)成像的影響。結(jié)果 對(duì)于厚度為 4 cm的乳房，使用鉬/銠組合，在得到同等質(zhì)量圖像的情況下，受檢者吸收的平均腺體劑量比使用鉬/鉬組合低。結(jié)論，在數(shù)字乳腺X線攝影系統(tǒng)臨床使用過程中，要選擇適宜的曝光參數(shù)，既能保證圖像質(zhì)量，又能降低受檢者的輻射風(fēng)險(xiǎn)。

數(shù)字乳腺X線攝影系統(tǒng)；鉬/銠組合；鉬/鉬組合；對(duì)比度噪聲比；平均腺體劑量

乳腺癌是我國女性發(fā)病率最高的惡性腫瘤，在癌癥相關(guān)死亡原因中位居第六[1]。盡管有研究表明，乳腺癌篩查約有15％～30％的漏檢率[2],但乳腺X線攝影檢查仍是診斷早期乳腺癌最有效和最準(zhǔn)確的方法。乳腺組織對(duì)X線非常敏感，因此檢查過程中需要在保證影像質(zhì)量的基礎(chǔ)上盡可能降低輻射劑量，以減少致癌風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)于X線能量最優(yōu)化，Ragozzino等人提出在劑量恒定條件下，能量為20 keV左右的射線能帶來最佳的圖像質(zhì)量[3-6]。如果能量較低，就會(huì)增加輻射劑量；如果能量較高，就會(huì)降低圖像的對(duì)比度，從而影響圖像質(zhì)量[7]。因此，X線能量譜是決定圖像質(zhì)量和劑量的一個(gè)重要因素，而其主要取決于靶、濾過材料和管電壓[8]。目前許多研究普遍采用放射醫(yī)師目測(cè)的方法來評(píng)判圖像質(zhì)量，既耗費(fèi)人力，又會(huì)引入人為誤差。本研究根據(jù)對(duì)比度噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）[9]和平均腺體劑量（Mean Glandular Dose，MGD）兩個(gè)指標(biāo)來優(yōu)化數(shù)字乳腺X線攝影系統(tǒng)的成像參數(shù)，旨在保證圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上盡可能降低輻射劑量。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 測(cè)試乳腺機(jī)

本研究采用的乳腺X線攝影系統(tǒng)是由Hologic公司開發(fā)的Selenia直接數(shù)字化全景乳腺機(jī)，其探測(cè)器采用非晶硒技術(shù)，有效面積為232.96 mm×286.72 mm，像素尺寸可達(dá)70 μm，最大空間分辨率為7.14 lp/mm。該系統(tǒng)還采用高通透性蜂窩狀濾線柵，具備鉬、鉗和鉬、銠兩種濾過。SID為660 mm，焦點(diǎn)大小選擇0.3 mm。

表1 不同靶/濾過組合和管電壓下g和c的值

1.1.2 測(cè)試模體

采用Hologic公司提供的4 cm厚的PMMA乳腺模體。

1.1.3 其他

采用0.1 mm厚，10 mm×10 mm大小，純度＞99.9％的鋁箔作為鈣化模體。

1.2 劑量計(jì)算

根據(jù)Dance等[10]提出的方法計(jì)算MGD，計(jì)算公式如下：

其中，ESAK表示表面入射空氣比釋動(dòng)能，單位Gy；g表示在50％腺體含量和鉬/鉬（Mo/Mo）組合下，ESAK與MGD的耦合因子；c表示不同腺體含量下的影響因子；s表示不同靶/濾過組合下的影響因子。需要注意的是，影響g和c的厚度系數(shù)不是指PMMA的厚度，而是相對(duì)應(yīng)乳腺的厚度，其取值如表1所示。

1.3 圖像分析

1.3.1 對(duì)比度噪聲比

因?yàn)?.1 mm厚度的鋁箔相當(dāng)于最低能見度的微鈣化[11]，所以經(jīng)常被用來測(cè)量CNR[12-13]。將一片鋁箔放置在4 cm厚的PMMA上，在不同的靶/濾過組合、管電壓和管電流時(shí)間乘積下進(jìn)行曝光成像。

利用ImageJ軟件平臺(tái)[14]和qa-distri插件[15]，對(duì)獲得的圖像進(jìn)行處理分析。分別計(jì)算鋁箔區(qū)域內(nèi)和背景區(qū)域內(nèi)（中心對(duì)稱分布，大小為10 mm×10 mm，距胸壁60 mm）的像素均值和標(biāo)準(zhǔn)差。采用歐洲乳腺癌篩查和診斷質(zhì)控指南[12]中定義的公式計(jì)算CNR，表達(dá)式如下：

1.3.2 品質(zhì)因素

最佳射線質(zhì)量是能夠在保證目標(biāo)CNR的前提下，使得平均腺體劑量最少。針對(duì)數(shù)字乳腺X線攝影系統(tǒng)，品質(zhì)因素（Figure of Merits，F(xiàn)OM）是最優(yōu)化研究的常用參數(shù)[16]，但其在不同文獻(xiàn)中的定義有所區(qū)別。為了消除因模體瑕疵、探測(cè)器的非均勻性和足跟效應(yīng)帶來的相關(guān)噪聲，本研究采用Williams等[8]提出的定義。根據(jù)所得的CNR和MGD計(jì)算FOM，其計(jì)算公式如下：

2 結(jié)果與討論

2.1 CNR

CNR是評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)曝光控制（AEC）模式下圖像的CNR為1.87521。以該值作為參考值，當(dāng)CNR＞1.87521時(shí)，比較不同成像參數(shù)（管電壓＞25 kV，TCTP＞40 mAs）對(duì)CNR和MGD的影響，以尋找最佳成像參數(shù)，在保證圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上盡可能降低輻射劑量[17]。

在不同的管電壓和靶/濾過組合下，CNR隨管電流時(shí)間乘積（Tube Current Time Product，TCTP）的變化規(guī)律圖，見圖1。除管電壓為25 kV和27 kV以外，在相同的管電壓和TCTP下，鉬/鉬組合比鉬/銠組合產(chǎn)生的圖像的CNR高，且隨TCTP增加，二者的差值越大。在相同的TCTP和靶/濾過組合下，CNR隨管電壓的增加而增加。在相同的管電壓和靶/濾過組合下，CNR隨TCTP的增加而增加。

2.2 MGD

在不同的管電壓和靶/濾過組合下，MGD隨TCTP的變化規(guī)律圖，見圖2。在相同的管電壓和TPCP下，鉬/鉬組合比鉬/銠組合產(chǎn)生的圖像的MGD高，且隨TCTP增加，二者的差值增大。在相同的TCTP和靶/濾過組合下，MGD隨管電壓的增加而增大。在相同的管電壓和靶/濾過組合下，MGD隨TCTP的增加而增大。

圖1 CNR隨TCTP的變化規(guī)律圖

圖2 MGD隨TCTP的變化規(guī)律圖

圖3 不同管電壓和靶/濾過組合下，CNR與MGD的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

2.3 CNR和MGD

管電壓分別為25、27、29、31、33 kV，TCTP分別為45、50、55、60、65、70、75、80、85 mAs，不同靶/濾過組合下，CNR與MGD的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，見圖3。由圖3可知，在圖像質(zhì)量同等的情況下，鉬/銠組合比鉬/鉬組合產(chǎn)生的MGD少。

2.4 FOM

在不同管電壓和靶/濾過組合下，F(xiàn)OM隨TCTP的變化規(guī)律圖，見圖4。在相同的管電壓和TCTP（29 kV，50 mAs時(shí)除外）條件下，鉬/銠組合比鉬/鉬組合的FOM更高。

圖4 不同管電壓和靶/濾過組合下，F(xiàn)OM隨TCTP的變化規(guī)律圖

在不同管電壓和靶/濾過組合下，F(xiàn)OM隨 TCTP的變化規(guī)律圖，見圖5。

圖5 不同管電壓和靶/濾過組合下，F(xiàn)OM隨TCTP的變化規(guī)律圖

鉬/鉬組合時(shí)，最佳成像參數(shù)是：管電壓=29 kV，TCTP=50 m As。鉬/銠組合時(shí)，最佳成像參數(shù)是：管電壓=27 kV，TCTP=55 m As。當(dāng)管電壓為27 kV，TCTP為55 m As，鉬/銠組合時(shí)，F(xiàn)OM最大。

3 結(jié)論

從上述結(jié)果可以看出，在乳腺X線攝影中，靶/濾過組合、管電壓和TCTP不同，所得的圖像質(zhì)量和平均腺體劑量會(huì)存在很大的差異。針對(duì)Hologic公司開發(fā)的Selenia乳腺機(jī)，對(duì)于壓迫后厚度為4 cm的乳房，使用鉬/銠組合，在得到同等質(zhì)量圖像的情況下，受檢者吸收的平均腺體劑量比使用鉬/鉬組合低。因此，在數(shù)字乳腺X線攝影系統(tǒng)臨床使用過程中，要選擇適宜的曝光參數(shù)，既能保證圖像質(zhì)量，又能降低受檢者的輻射風(fēng)險(xiǎn)。

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Prelim inarily Investigation of Optim ization of Imaging Parameters in Digital M ammography System

MIN Gao-yu1a, HU Yi-bin1a, JIN Xi-jun1a, LI Da-peng1b, LI Ming-m ing2
1.a.Department of Clinical Engineering；b.Department of Radiology, The First A ffiliated Hospital of Nanjing Medical University, Nanjing Jiangsu 210029, China；2.Jiangsu Institute of Metrology, Nanjing Jiangsu 210029, China

Objective Optim izing imaging parameters in digital mammography system was prelim inarily investigated in this paper.Methods The 4-cm-thick PMMA（Poly-M ethyl-Meth-Acrylate）breast simulating phantom was used, and two different combinations of anode/fi lter material and a w ide range of peak tube voltage and tube current-time product were employed for manually imaging.The images were analyzed by using a set of plug-in applications in the ImageJ software for acquisition of the pixel mean value and standard deviation measurements so as to calculate contrast noise ratio.Then, the impact of combination of anode/fi lter material, peak tube voltage and tube current-time product on images was assessed by using contrast noise ration and mean glandular dose.Resu lts For the 4-cm-thick breast, the same image quality could be achieved w ith a lower dose by using the combination of Mo/Rh anode/fi ler than the combination of Mo/Mo.Conclusion Therefore, imaging parameters should be optimized in using of the digital mammography system to assure image quality and keep glandular dose lower.

digital mammography system；combination of Mo/Rh；combination of Mo/Mo；contrast to noise ratio；mean glandular dose

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.12.011

1674-1633（2015）12-0041-04

2015-10-15

2015-10-29

作者郵箱：mgy514011987@126.com