關(guān)于數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)成像質(zhì)量指標(biāo)探討

林聯(lián)君 浙江省醫(yī)療器械檢驗(yàn)研究院 （浙江 杭州 310018）

內(nèi)容提要： 標(biāo)準(zhǔn)YY/T 0741-2018規(guī)定了數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)成像質(zhì)量指標(biāo)成像空間分辨率、低對(duì)比度分辨率、動(dòng)態(tài)范圍、影像均勻性、有效成像區(qū)域、殘影和偽影、（長(zhǎng)骨）圖像拼接性能、探測(cè)器校正及穩(wěn)定性試驗(yàn)和量子探測(cè)效率（DQE），其中量子探測(cè)效率（DQE）是一種對(duì)成像系統(tǒng)的信號(hào)和噪聲從輸入到輸出的傳輸能力的表達(dá)，以百分比表示，它是最能代表圖像質(zhì)量的測(cè)量指標(biāo)，以觀察者能夠探測(cè)到圖像中感興趣的目標(biāo)為目的，文章重點(diǎn)對(duì)此指標(biāo)展開(kāi)探討。

數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)（Digital Radiography，DR）是自CT發(fā)明以來(lái)X射線放射影像領(lǐng)域取得的最大突破性技術(shù)進(jìn)步，其出色的影像質(zhì)量、豐富的功能、快捷的工作效率和低曝光劑量的安全性是常規(guī)增感屏膠片成像系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)化X射線攝影系統(tǒng)所無(wú)法比擬的。數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)檢查已成為廣大人民群眾健康體檢、就醫(yī)診斷中接觸最為普遍的一種檢查方式，對(duì)于疾病的早期發(fā)現(xiàn)起到了關(guān)鍵作用。數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)成像性能指標(biāo)直接關(guān)系到是否能夠?yàn)獒t(yī)生診斷提供可靠依據(jù)，減少假陽(yáng)性與假陰性的概率，以及是否能夠保障患者在做檢查時(shí)盡量少的受到電離輻射損傷。關(guān)于數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)成像性能指標(biāo)客觀評(píng)價(jià)方法的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，主要涉及2份標(biāo)準(zhǔn)YY/T 0741-2018《數(shù)字化醫(yī)用X射線攝影系統(tǒng)專用技術(shù)條件》和標(biāo)準(zhǔn)YY/T0590.1-2018《醫(yī)用電氣設(shè)備 數(shù)字X射線成像裝置特性 第1-1部分：量子探測(cè)效率的測(cè)定普通攝影用探測(cè)器》，本文就通過(guò)這2份標(biāo)準(zhǔn)要求內(nèi)容關(guān)于數(shù)字化X射線攝像系統(tǒng)成像質(zhì)量指標(biāo)展開(kāi)探討。

1.數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)成像質(zhì)量指標(biāo)

數(shù)字化X射線探測(cè)器技術(shù)的出現(xiàn)使得傳統(tǒng)的對(duì)圖像質(zhì)量的測(cè)量方法變得不能完全適用，如空間分辨力及MTF等這樣的指標(biāo)特征不能再單獨(dú)作為某個(gè)系統(tǒng)診斷功能的標(biāo)準(zhǔn)，隨著標(biāo)準(zhǔn)YY/T 0741-2018《數(shù)字化醫(yī)用X射線攝影系統(tǒng)專用技術(shù)條件》在2018年9月28日發(fā)布，并于2019年10月1日實(shí)施，此版標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)成像指標(biāo)提出更多的要求。

1.1 空間分辨率

將YY/T 0741-2018附錄B中多功能測(cè)試卡按圖1進(jìn)行測(cè)試布局，調(diào)制SID為正常臨床使用的距離，設(shè)置影像視野為平板的最大有效成像區(qū)域，選擇制造商規(guī)定的典型臨床協(xié)議，手動(dòng)設(shè)置X射線電壓為75kV±7kV或是AEC模式下自動(dòng)曝光，在厚度為25mm的鋁（純度＞99.5%）衰減體模情況下空間分辨力應(yīng)不小于2.5Lp/mm。

1.2 低對(duì)比度分辨率

選擇空間分辨率測(cè)試中的攝影圖像，通過(guò)調(diào)整合適的窗寬窗位，分別記錄圓度清晰可見(jiàn)的低對(duì)比度圓孔的個(gè)數(shù)，在標(biāo)稱入射野模式下的低對(duì)比度分辨率應(yīng)不大于2.3%。

1.3 動(dòng)態(tài)范圍

選擇空間分辨率測(cè)試中的攝影圖像，通過(guò)調(diào)整合適的窗寬窗位，分別記錄可辨別的動(dòng)態(tài)階楔數(shù)，在標(biāo)稱視野模式下可辨別的動(dòng)態(tài)階楔數(shù)應(yīng)不小于16。

1.4 影像均勻性

制造商應(yīng)規(guī)定數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)（DR系統(tǒng)）的影像均勻性的最大值及所使用的SID和加載因素。移走濾線柵，設(shè)置X射線管電壓和SID為平板校準(zhǔn)時(shí)使用的條件，置厚度為25mm的純鋁衰減體模于X射線束中心，使之覆蓋整個(gè)照射野；按設(shè)置的SID和選擇系統(tǒng)所提供的攝影程序進(jìn)行攝影，存儲(chǔ)圖像；在影像中心，X軸、Y軸及對(duì)角線上離中心點(diǎn)約2/3的位置上選取9個(gè)采樣區(qū)域，在每個(gè)采樣區(qū)域中分別讀取64×64個(gè)像素的灰度值，并計(jì)算出每個(gè)采樣點(diǎn)內(nèi)像素灰度值的平均值，影像規(guī)定采樣點(diǎn)的灰度值標(biāo)準(zhǔn)差與規(guī)定采樣點(diǎn)的灰度值均值之比應(yīng)不大于2.5%。

1.5 有效成像區(qū)域

移走濾線柵，置鉛刻度尺于靠近影像接收面的位置，與測(cè)量方向平行。AEC模式下或制造商聲明的使用條件下曝光，在曝光所成影像中直接讀取鉛刻度尺上的數(shù)據(jù)x和y，應(yīng)規(guī)定所采用的探測(cè)器的有效成像區(qū)域在x和y兩個(gè)方向上的最大尺寸，實(shí)際有效視野尺寸（x和y兩個(gè)方向）應(yīng)不小于制造商聲稱有效視野尺寸的95%。

圖1. 測(cè)試布局

1.6 殘影與偽影

應(yīng)無(wú)可見(jiàn)殘影和無(wú)可見(jiàn)影響臨床診斷的偽影存在。

1.7 圖像拼接性能、探測(cè)器校正及穩(wěn)定性

按制造商規(guī)定的方法進(jìn)行檢驗(yàn)DR系統(tǒng)如有長(zhǎng)骨圖像拼接功能應(yīng)滿足射線野重疊區(qū)域偏差要求和拼接調(diào)節(jié)要求及識(shí)別功能要求。DR系統(tǒng)應(yīng)具有支持用戶進(jìn)行常規(guī)的探測(cè)器校正的功能，制造商應(yīng)在隨機(jī)文件中給出穩(wěn)定性試驗(yàn)的內(nèi)容及頻次，DR系統(tǒng)宜提供穩(wěn)定性試驗(yàn)程序。

1.8 量子探測(cè)效率（DQE）

制造商在隨機(jī)文件中應(yīng)給出使用的探測(cè)器在指定標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)量、照射劑量和不同空間頻率（至少0.5Lp/mm，1.0Lp/mm，1.5Lp/mm，2.0Lp/mm，2.5Lp/mm，直到略低于NYQUIST（奈奎斯特））采樣頻率的最高頻率的量子探測(cè)效率值。

量子探測(cè)效率（DQE）不是簡(jiǎn)單的可見(jiàn)光強(qiáng)度與X射線強(qiáng)度之比，而是描述把入射X射線轉(zhuǎn)化成輸出影像效率和能力的指標(biāo)。量子探測(cè)效率的定義與影像質(zhì)量成正比，與入射劑量成反比，由于影像質(zhì)量同時(shí)正比于入射X射線劑量，高的量子探測(cè)效率表現(xiàn)了DR系統(tǒng)在低入射劑量條件下獲得高質(zhì)量影像的能力如圖2所示，其涉及到DR探測(cè)器的靈敏度、線性、噪聲劑量及MTF等多項(xiàng)參數(shù)，因此量子探測(cè)效率對(duì)DR系統(tǒng)是較全面和完整的性能評(píng)價(jià)參數(shù)。對(duì)于眾多不同的DR系統(tǒng)而言以量子探測(cè)效率指標(biāo)來(lái)進(jìn)行對(duì)比應(yīng)較為全面和科學(xué)。

圖2. 高、低DQE 成像質(zhì)量對(duì)比

2.量子探測(cè)效率（DQE）指標(biāo)

2.1 輻射質(zhì)量

量子探測(cè)效率測(cè)量的結(jié)果依賴于測(cè)量所用的曝光條件和參數(shù)設(shè)置，標(biāo)準(zhǔn)YY/T 0590.1-2018《醫(yī)用電氣設(shè)備 數(shù)字X射線成像裝置特性 第1-1部分：量子探測(cè)效率的測(cè)定 普通攝影用探測(cè)器》對(duì)其測(cè)試條件進(jìn)行了具體的規(guī)定。一個(gè)重要的測(cè)試參數(shù)是X射線的輻射質(zhì)量，即X射線能量譜，見(jiàn)表1。要獲得其中規(guī)定的射線質(zhì)要使用一定厚度的鋁板對(duì)X射線進(jìn)行濾過(guò)，并調(diào)整管電壓使半價(jià)層接近表中的規(guī)定值。可以使用其中的一種或幾種X射線輻射質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量，如果只使用一種輻射質(zhì)量則優(yōu)先選擇RQA5。

表1. 測(cè)量DQE 所使用的輻射質(zhì)量和相關(guān)參數(shù)

圖3. 線性系數(shù)

2.2 轉(zhuǎn)換函數(shù)

數(shù)字化X射線成像裝置的大面積輸出值（原始數(shù)據(jù)）與探測(cè)器表面所在平面的單位面積曝光量子數(shù)的對(duì)應(yīng)曲線。線性化數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)中逐個(gè)像素應(yīng)用轉(zhuǎn)換函數(shù)逆變換計(jì)算出來(lái)。轉(zhuǎn)換函數(shù)是輸出的原始數(shù)據(jù)對(duì)輸入的單位面積接受的曝光量子數(shù)的函數(shù)，線性化數(shù)據(jù)的單位為單位面積接受的曝光量子數(shù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)按模擬函數(shù)擬合，如果假定轉(zhuǎn)換函數(shù)是線性的，應(yīng)只擬合出一個(gè)線性函數(shù)。所擬合的結(jié)果應(yīng)滿足線性相關(guān)系數(shù)R的平方應(yīng)＞0.99，如圖3測(cè)試結(jié)果。

2.3 調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）

調(diào)制傳遞函數(shù)代表數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)對(duì)入射X射線響應(yīng)的系統(tǒng)函數(shù)，對(duì)數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)的空間分辨率反映的客觀指標(biāo)。選擇合適的劑量條件進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)YY/T 0741-2018《數(shù)字化醫(yī)用X射線攝影系統(tǒng)專用技術(shù)條件》中5.4.10條量子探測(cè)效率中要求至少需要考慮0.5Lp/mm、1.0Lp/mm、1.5Lp/mm、2.0Lp/mm和2.5Lp/mm的量子探測(cè)效率值，故在測(cè)試調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）時(shí)應(yīng)至少對(duì)0.5Lp/mm、1.0Lp/mm、1.5Lp/mm、2.0Lp/mm和2.5Lp/mm沿X方向和Y方向的數(shù)值進(jìn)行測(cè)試，如圖4所示測(cè)試結(jié)果。

圖4. 調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）

圖5. 噪聲功率譜（NPS）

2.4 噪聲功率譜（NPS）

噪聲功率譜（NPS）反映了平板探測(cè)器隨機(jī)噪聲水平，選擇與測(cè)量調(diào)制傳遞函數(shù)的相同的劑量條件下進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)應(yīng)至少對(duì)0.5Lp/mm、1.0Lp/mm、1.5Lp/mm、2.0Lp/mm和2.5Lp/mm沿X方向和Y方向的噪聲功率譜（NPS）值，如圖5所示測(cè)試結(jié)果。

圖6. 量子探測(cè)效率（DQE）

2.5 量子探測(cè)效率（DQE）

測(cè)試時(shí)應(yīng)至少對(duì)0.5Lp/mm、1.0Lp/mm、1.5Lp/mm、2.0Lp/mm和2.5Lp/mm沿X方向和Y方向的量子檢測(cè)效率值，如圖6所示測(cè)試結(jié)果。

2.6 測(cè)試結(jié)果表述

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)YY/T 0590.1-2018中第8條準(zhǔn)確度需要考慮量子探測(cè)效率（DQE）的測(cè)量不確定度值應(yīng)滿足如下要求：在包含因子（覆蓋因子）K=2 時(shí)，擴(kuò)展不確定度應(yīng)小于：Δ[DQE(u)]=±0.06或者Δ[DQE(u)]/(DQE(u)=±0.10取其中數(shù)值大者為準(zhǔn)。測(cè)量不確定度可以在實(shí)測(cè)結(jié)果中給出，供用戶綜合評(píng)估平板探測(cè)器性能。

3.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)成像質(zhì)量指標(biāo)的綜合測(cè)評(píng)，可以客觀評(píng)價(jià)數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)達(dá)到一定成像性能時(shí)所需要入射X射線劑量，淘汰低量子檢測(cè)的設(shè)備，降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，為患者以盡量小的劑量達(dá)到適宜的診斷圖像的要求以及醫(yī)療機(jī)構(gòu)在使用X射線檢查時(shí)要求的正當(dāng)性、合理性和最優(yōu)性提供有力的客觀數(shù)據(jù)支持，并減少了人為的主觀影響，減少假陽(yáng)性與假陰性的概率，充分保障了患者可靠就醫(yī)。