基于動物模型的石膏固定后四肢攝影參數(shù)的優(yōu)化

徐子軍王鳴鵬馮月華湯 歡張長寶徐 彧張宗銳

基于動物模型的石膏固定后四肢攝影參數(shù)的優(yōu)化

徐子軍1王鳴鵬3馮月華1湯 歡1張長寶2徐 彧2張宗銳1

目的：研究石膏固定后的四肢攝影的優(yōu)化方案。方法：依據(jù)自動曝光控制系統(tǒng)（AEC）開關(guān)分兩組實驗，每組管電壓選擇45～69kV，每2kV為一檔，共11檔，分別使用7檔mAs曝光；評價圖像質(zhì)量及輻射劑量，得出優(yōu)化的攝影參數(shù)，應(yīng)用于石膏固定后的豬后肢攝影。結(jié)果：石膏固定前，隨kV值升高，AEC關(guān)閉組較AEC打開組圖像質(zhì)量更好；mAs較kV對于信號噪聲比（SNR）和對比噪聲比（CNR）影響不明顯。石膏固定后，SNR、CNR平均為24.25、1.7，較石膏固定前的24.9、2.15均降低。攝影參數(shù)優(yōu)化后，SNR和CNR值平均升高為25.45和2.25，且DAP值降低。結(jié)論：四肢石膏固定后攝影中，適當(dāng)提高管電壓（建議5～8kV），關(guān)閉AEC，可獲得更好影像質(zhì)量的圖像，并有效降低受檢者的輻射劑量。

輻射劑量；信噪比；對比度噪聲比；圖像質(zhì)量

數(shù)字X線攝影系統(tǒng)（Direct Digital Radiography，簡稱DR）在臨床診療中具有廣泛應(yīng)用價值，攝影中如何選擇合理的攝影參數(shù)，在滿足影像質(zhì)量要求的前提下，盡可能降低受檢者的輻射劑量，已經(jīng)成為廣大放射工作者熱衷的研究課題[1]。四肢外傷后攝影作為臨床實踐中數(shù)量較多的檢查方式，成像參數(shù)的合理選擇直接關(guān)系到患者受照射劑量和臨床診療價值[2]。通過動物模型實驗，研究不同攝影參數(shù)優(yōu)化后對患者受照射劑量與圖像質(zhì)量的影響。以期獲得四肢石膏固定后攝影參數(shù)優(yōu)化方向。

方 法

1.實驗器材

Philips Diagnost TH2型碘化色——非晶硅平板探測器數(shù)字化X線攝影系統(tǒng)，有效探測區(qū)域43cm×35cm，像素矩陣3001×3001，像素點大小為143μm，X線管焦點1.2/0.6cm，自帶圖像后處理及質(zhì)量測評軟件；骨科急診常用的穩(wěn)速強化型和高分子材料型石膏及繃帶；離體不超過4小時豬后肢（青壯年豬），周長約24cm；自制感興趣區(qū)圈定鐵絲圈兩個。

2.檢查方法

攝影方法及參數(shù)：將離體實驗豬后肢側(cè)位放置于攝影臺上，照射野設(shè)置35×43cm，SID設(shè)置183cm，濾線柵焦距100cm，柵比12/1，柵密度80/cm。管電壓選擇四肢攝影能應(yīng)用到的45～69kV，每2kV為一檔，每檔管電壓下分7檔mAs（3，3.9，4.9，6.2，7.9，9.9，12.4），AEC 分為關(guān)閉組和打開組，對離體豬后肢進行曝光。信號區(qū)域選擇：豬后肢軟組織設(shè)為背景區(qū)，骨組織作為信號區(qū)，大小均為2cm×2cm（圖1）。

3.圖像質(zhì)量的評價方法

用相對標(biāo)準(zhǔn)差σ'表達相對噪聲(公式1)。

其中，σ為背景區(qū)標(biāo)準(zhǔn)差，M（背景）是背景區(qū)像素平均值，300是本底像素值。

信噪比的表達：用SNR表達（公式2）。

其中，M（信號）是信號區(qū)像素平均值。

對比度噪聲比表達：用CNR表達（公式3）。

4.輻射劑量的測量和計算

在采集圖像時利用MagicMax-Meter測量軟件記錄輻射劑量和設(shè)備參數(shù)。

結(jié) 果

1.動物模型實驗中攝影參數(shù)優(yōu)化的選擇

1.1AEC的開關(guān)選擇：mAs固定時，中間電離室打開的情況下，劑量面積乘積（DAP）隨管電壓升高呈降低趨勢，關(guān)閉時呈升高趨勢，61kV時，DAP兩者持平(圖2)；AEC關(guān)閉較打開時，隨管電壓的升高SNR增加趨勢越明顯(圖3)，CNR在同等條件下也越高(圖4)。四肢攝影適合關(guān)閉AEC。

1.2 攝影mAs的選擇結(jié)果：固定mAs時，隨管電壓的升高，SNR呈升高趨勢（圖5A），CNR呈降低趨勢（圖5B）。但mAs升高時，DAP呈升高趨勢明顯。四肢攝影適合不改變mAs。

圖1 豬后肢模體石膏術(shù)前后圖像中的背景區(qū)和信號區(qū)。

圖2 石膏固定前kV與DAP變化相關(guān)圖。AEC打開時kV值升高，DAP降低，關(guān)閉時相反，61kV時DAP值相同。

表1 石膏固定前常規(guī)條件攝影參數(shù)

表2 石膏固定后常規(guī)條件攝影參數(shù)

表3 石膏固定后優(yōu)化條件攝影參數(shù)

圖3 石膏固定前kV與SNR變化相關(guān)圖。AEC關(guān)閉或打開，kV值升高，SNR均升高。

圖4 石膏固定前kV與CNR變化相關(guān)圖。AEC關(guān)閉或打開，kV值升高，CNR呈降低趨勢。

圖5 A 7檔mAs隨管電壓的升高，SNR呈升高趨勢。

圖5 B 7檔mAs隨管電壓的升高，CNR呈降低趨勢。

1.3 管電壓選擇結(jié)果：關(guān)閉中間電離室較應(yīng)用時管電壓的升高，SNR值呈現(xiàn)升高趨勢，CNR變化幅度趨緩。但DAP隨之增加。適當(dāng)提高管電壓，建議5～8kV，可獲得“物美價廉”的攝影圖像

2.參數(shù)優(yōu)化對石膏固定術(shù)前后攝影的影響

石膏固定前，管電壓選擇55kV，管電流為6.2mAs時，SNR 為 25.1，CNR 則為 2.2(表 1)；對用穩(wěn)速強化型和高分子材料型兩種材料行石膏固定術(shù)后離體豬后肢進行攝影，SNR下降到24.7和23.9，CNR為2.1和1.8（表2）。依據(jù)此前實驗結(jié)果得出的參數(shù)優(yōu)化方向，選用提高千伏，關(guān)閉AEC，保持mAS不變的方案，選擇管電壓提高6kV變?yōu)?1kV，管電流不變，關(guān)閉AEC后，兩種材料的SNR變?yōu)?5.77 和 25.1，CNR 為 2.27 和 2.2（表 3）。影像質(zhì)量達到了石膏固定術(shù)前水平。

討 論

1.X線攝影參數(shù)優(yōu)化的可選方案

X線攝影參數(shù)的設(shè)定選擇包括kV、mAs和AEC的應(yīng)用等三大方面。

1.1 kV值優(yōu)化：單獨調(diào)整管電壓對于骨骼系統(tǒng)石膏固定后的高原子系數(shù)攝影對象，提高千伏值固然重要，也是最好的辦法[4]。我們的研究發(fā)現(xiàn)，千伏值升高，SNR值呈現(xiàn)升高趨勢，CNR值是呈現(xiàn)幅度不大降低趨勢的；在無AEC情況下，患者受照射劑量隨管電壓升高而增加，因此，我們選擇合適高的管電壓時，應(yīng)該適當(dāng)綜合考慮優(yōu)化方向[5]。

1.2 mAs優(yōu)化：現(xiàn)代醫(yī)療要求我們在使用毫安秒的同時，除了考慮圖像的質(zhì)量外還應(yīng)考慮如何減少輻射[6]。表中可以發(fā)現(xiàn)，mAs對于CNR值和SNR值的影響并不明顯，在kV值為43～53區(qū)間時，kV固定時，mAs的增加SNR和CNR是升高的；kV在53～65區(qū)間時CNR確是降低的。隨著千伏值的增加，mAs是降低的。mAs的降低必然減少患者的受照射劑量。因此在四肢石膏固定前后調(diào)高kV較調(diào)節(jié)mAs意義更大。當(dāng)然，對于嬰幼兒等偏重于降低受照射劑量的四肢攝影，降低mAs還是有必要的。

1.3 AEC的選擇：目前，數(shù)字X線攝影大都采用自動照射量控制(AEC)進行曝光，呂杰[7]等研究表明：合理選擇電離室可降低輻射劑量和提高圖像質(zhì)量，如胸部、頸椎等部位，選用的電離室越多，照射劑量越??；然而在密度相對不均衡，體積相對較小的組織，AEC能否發(fā)揮好作用，文獻及教材報道不統(tǒng)一[8]。本次研究發(fā)現(xiàn)，對于需突出提高影像質(zhì)量的四肢石膏固定后的攝影在不用AEC的情況下，可以獲得性價比高的影像資料。

2.初步結(jié)論

四肢石膏固定后攝影，關(guān)閉電離室，適當(dāng)提高kV（例如5～8kV），可獲得較好的圖像質(zhì)量和較低的輻射劑量。

3.本研究的局限性及不足

本次研究雖然將四肢攝影所能用到的攝影條件均應(yīng)用到實驗中，但對于個體的體厚增加、年齡等因素對實驗結(jié)果影響等還需進一步研究。

總之，攝影參數(shù)的優(yōu)化是獲取優(yōu)質(zhì)圖像、提高診療質(zhì)量的前提，是降低受照劑量的有效保障。四肢外傷后攝影作為常態(tài)化的檢查方式，成像參數(shù)優(yōu)化應(yīng)引起足夠的重視。

[1]康天良,牛延濤,劉云福,等. 數(shù)字乳腺X線攝影中采用影像噪聲特征評價圖像質(zhì)量的研究.中華放射學(xué)志, 2012, 46:932-936.

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[3]Veldkamp WJ,Kroft LJ,Geleijns J.Dose and perceived image quality in chest radiography.Eur J Radiol,2009,72:209-217.

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[5]畢正宏, 王鳴鵬, 李 克，等.不同DR成像系統(tǒng)成像性能比較研究.中國醫(yī)學(xué)計算機雜志，2012,18:273-275.

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Optimization of Photographic Parameters for Limbs with Plaster Cast Based on Animal Model

XU Zi-jun1, WANG Ming-peng3, FEN Yue-hua1, TANG Huan1,ZHANG Chang-bao2, XU Yu2, ZHANG Zong-rui1

Purpose:To study the optimization scheme of photography for limbs with plaster cast.Methods:Based on whether the automatic exposure control (AEC) was on or off, the experiments were divided into 2 groups. The exposure parameters in each group were set as 11 different kVs (ranged from 45 to 69 kV), and 7 different mAs. The image quality and radiation dose were measured. The parameters of photography were optimized and applied to the photography of pig hind legs with plaster cast.Results:Without a plaster cast, when the kV value increased, the image quality of AEC on group was better than that of the AEC off group; The kV made more effect on the signal to noise ratio(SNR) and contrast to noise ratio (CNR) than mAs did. With a plaster cast, the SNR, CNR were 24.25 and 1.7, which were lower than that without a plaster cast (24.9, 2.15). After the parameters were optimized, the SNR and CNR were 25.45 and 2.25, and the DAP value was lower.Conclusion:For limbs with a plaster cast, increase the tube voltage(suggest 5-8 kV) and turn off the AEC, can obtain better image quality, and effectively reduce the radiation dose.

Radiation dose; Signal to noise ratio; Contrast to noise ratio; Image quality

R814.3

A

1006-5741（2017）-03-0283-04

2016.12.26;修回時間：2017.03.16)

中國醫(yī)學(xué)計算機成像雜志，2017，23：283-286

1上海市第十人民醫(yī)院放射科

2 福建省泉州市泉港區(qū)醫(yī)院放射科

3 復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院放射科

通信地址：上海市延長中路301號,上海市200072

王鳴鵬 (電子郵箱：cjr.wangmingpeng@vip.com)

Chin Comput Med Imag，2017，23：283-286

1 Department of Radiology, Shanghai Tenth People’s Hospital

2 Department of Radiology, Quangang Hospital, Quanzhou Fujian

3 Department of Radiology, Huadong Hospital, Fudan University

Address:301YanChangzhong Rd., shanghai 200072, P.R.C.

Address Correspondence to WANG ming-peng (E-mail: cjr.wangmingpeng@vip.com)