數(shù)字乳腺X射線攝影系統(tǒng)自動曝光控制的方法

深圳藍韻醫(yī)學影像有限公司 （廣東 深圳 518000）

內(nèi)容提要：針對曝光參數(shù)直接影響圖像質(zhì)量，而數(shù)字乳腺X射線攝影系統(tǒng)不容易快速穩(wěn)定的獲取合適的曝光參數(shù)的問題，現(xiàn)提出一種自動曝光控制的方法。首先利用壓迫厚度和壓迫力計算預曝光參數(shù)；然后利用預曝光參數(shù)采集預曝光圖像；最后根據(jù)預曝光參數(shù)和預曝光圖像中乳腺區(qū)域的灰度均值計算正式曝光參數(shù)，并獲取正式曝光圖像。臨床結(jié)果表明，利用這種方法獲取的圖像信息豐富、對比度好，有效提高乳腺癌的檢出率。這種方法滿足乳腺癌篩查的需求，具有臨床應用價值。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活方式已經(jīng)發(fā)生很大改變，性成熟期提前、絕經(jīng)期延后、不生育、晚生育、不哺乳、不良情緒、不健康的生活方式等因素，使乳腺癌發(fā)病率逐年增高，已成為對婦女健康威脅最大的疾病。

美國紐約市在上世紀60年代實施了健康保健計劃，該計劃對60969位女性進行乳腺癌普查，同時設(shè)有相同數(shù)量的對照組人群。經(jīng)過18年的觀察，對照組中有163位死于乳腺癌，而普查組僅為126位，病死率低23%，證明乳腺癌篩查是降低乳腺癌病死率的行之有效的方法[1]。

常用的乳腺癌篩查的影像方法包括數(shù)字乳腺X射線攝影、乳腺超聲及乳腺磁共振成像[2-4]。與乳腺超聲和乳腺磁共振成像相比，數(shù)字乳腺X射線攝影能夠發(fā)現(xiàn)無癥狀患者或臨床初診陰性的腫瘤，并且操作簡單、檢查費用低及無創(chuàng)傷性，成為乳腺癌普查的首選影像方法[5]。

乳腺主要由脂肪和敏感的腺體組成，過量的X射線照射會引起乳腺組織的病變，因此，如何選擇合理的曝光參數(shù)來獲取滿足診斷的圖像是放射工作者們關(guān)注的焦點之一[6]。傳統(tǒng)的方法是利用電離室來控制高壓發(fā)生器的放線量，這種方法不僅會增加設(shè)備的成本，而且在一定程度上會對通過乳腺組織的X射線產(chǎn)生二次衰減，降低信號質(zhì)量。針對上述問題，本文提出了一種自動曝光控制的方法，包括預曝光和正式曝光兩個過程。

1.預曝光

預曝光的目的是利用低劑量曝光探測乳腺組織的致密度。

第一，對乳腺進行壓迫，壓迫的原則是在受檢者能承受的前提下盡量把乳腺組織壓薄。壓迫時，實時獲取壓迫厚度Thickness（單位mm）和壓迫力Force（單位N）。

第二，利用Force和公式（1）計算預曝光的mAs值，記為mAs1：

第三，利用Thickness和公式（2）計算預曝光的管電壓值，記為KV1：

第四，用KV1和mAs1進行預曝光，獲取預曝光圖像A。

2.正式曝光

第一，利用OTSU算法對圖像A進行分割，提取出乳腺區(qū)域。

第二，統(tǒng)計乳腺區(qū)域內(nèi)像素點的數(shù)量PointsNumber及像素點灰度值的總和SumGray，利用公式（3）計算乳腺區(qū)域的灰度均值MeanGray：

第三，根據(jù)mAs1和MeanGray，利用公式（4）計算正式曝光的mAs值，記為mAs2：

其中，TargetGray為目標灰度值，Offset為本底暗場值，這兩個參數(shù)與探測器類型有關(guān)。

第四，正式曝光的KV值與預曝光保持一致，記為KV2，即：

第五，用KV2和mAs2進行正式曝光，獲取正式曝光圖像B。

3.試驗結(jié)果與分析

從實驗室模體測試和臨床測試兩個維度驗證本文方法的有效性。

3.1 實驗室模體測試結(jié)果分析

測試4cm模體時mAs值的穩(wěn)定性。將壓迫盤壓到模體上，依次曝光10次，記錄每次曝光的mAs值，利用公式（6）計算mAs的平均值mAsMean，利用公式（7）計算每次mAs值與mAsMean的偏差，結(jié)果見表1。

表1. 4cm模體的測試結(jié)果

其中，i表示曝光的次數(shù)。

如表1所述，每次曝光的mAs值與平均值的偏差都小于1%，說明本文方法算出的mAs值是穩(wěn)定的。

3.2 臨床測試結(jié)果分析

臨床上，曝光參數(shù)的高低主要通過圖像質(zhì)量呈現(xiàn)，曝光參數(shù)過低，則圖像的層次很差，無法滿足臨床診斷；曝光參數(shù)過高，則圖像中乳腺組織的邊緣會出現(xiàn)鋸齒狀現(xiàn)象，丟失有用信息，存在漏診的可能。收集了利用本文方法采集的200例乳腺癌篩查病例，包括56例致密型腺體（腺體區(qū)域占75%以上）、35例脂肪型腺體（脂肪區(qū)域占75%以上）和109例混合型腺體（腺體區(qū)域和脂肪區(qū)域各占50%左右），沒有出現(xiàn)組織層次差或組織邊緣鋸齒狀的現(xiàn)象，圖像質(zhì)量均能滿足臨床診斷。每例包括RCC、LCC、RMLO和LMLO四個部位，圖像效果如圖1所示。

圖1. 臨床圖像效果

4.小結(jié)

本文提出的自動曝光控制的方法對于所有類型的乳腺，均能穩(wěn)定、高效地獲得合適的曝光參數(shù)。臨床結(jié)果表明，利用本方法采集到的圖像信息豐富、對比度好，能有效提高乳腺癌的檢出率，滿足乳腺癌篩查的需求；并且，穩(wěn)定的曝光參數(shù)輸出，保證了一次拍片的成功率，降低重拍率和受檢者的招回率，有效提高檢查的效率，降低受檢者的額外輻射損傷。