1、    作者：赫英輝，鄧振生，高凱，余厚軍，張學(xué)昕，賀洪德，牟軒沁，孫立軍 【關(guān)鍵詞】  X線;投影成像；,附加濾過板；圖像質(zhì)量Effect of increase in thickness of additional Al filtration on Xray image quality and patient doses【Abstract】 AIM: To investigate the effect of different thickness of additional Al filtration on image quali

2、ty and patient doses in diagnostic radiology. METHODS: A series of additional Al filtrations of 0, 1, 2, 3, and 4 mm in thicknesses were attached to the Xray collimator respectively, and the radiographs of the phantoms with thicknesses of 8, 10, 13, 15, 20, and 25 cm, each thickness of which combine

3、s with different thickness of additional Al filtration mentioned above were acquired employing different Xray tube voltage (kVp) with Xray dose of about 1 Gy/frame at the input of image intensifier. The effects of additional Al filtrations on the skin entrance dose, image quality, and Xray tube load

4、ing were assessed. RESULTS: The entrance doses of the phantoms decreased squareinversely and tube current (mAs) used to get the images with the same ratio of signal to noise increased linearly with the increase in thickness of additional Al filtration. Receiver Operating Characteristic (ROC) assessm

5、ent, showed that both effects of focus "blooming" on the image definition due to mAs increasing and the beam hardening on image contrast were not significant visually. CONCLUSION: The increase in thickness of additional Al filtration within a certain range may decrease the skin entrance do

6、se of the patients relatively and not affect significantly the Xray image definition.【Keywords】 Xray; projectimaging; additional filtration; image quality【摘要】 目的: 研究不同附加濾過板厚度對圖像質(zhì)量和患者吸收劑量的影響. 方法： 在X線準(zhǔn)直器上分別添加0，1，2，3和4 mm厚的鋁質(zhì)附加濾過板，影像增強(qiáng)器表面的輸入劑量約為1 Gy/幀. 采用不同的管電壓（kVp）分別對8，10，13，15，20和25 cm厚的體模成像，分析上述附加濾過

7、板對體模表面劑量、圖像質(zhì)量以及X線管負(fù)荷的影響. 結(jié)果: 隨著附加濾過板厚度的增加，體膜表面劑量呈平方關(guān)系下降；若獲得同樣的圖像信噪比，則管電流（mAs）呈線性增加；圖像ROC分析顯示，X線管焦點(diǎn)脹增對圖像清晰度影響不大，射束硬化效應(yīng)對圖像對比度的影響不明顯. 結(jié)論: 一定范圍內(nèi)的附加濾過板厚度增加可以減少患者表面劑量，同時(shí)不會(huì)造成X線圖像質(zhì)量下降.【關(guān)鍵詞】 X線;投影成像； 附加濾過板；圖像質(zhì)量【中圖號】 R8140引言當(dāng)利用通用X線設(shè)備產(chǎn)生的X線束進(jìn)行攝影時(shí)，X線束中的線光子在與人體相互作用的過程中有三種可能的結(jié)局： 不與人體發(fā)生作用而穿過人體直接到達(dá)X線探測器； 與人體發(fā)生相互作用的過

8、程中被人體組織吸收而達(dá)不到探測器； 與人體發(fā)生相互作用時(shí)，改變原有的方向穿出人體. X線束中的軟射線成分（低能X線光子）越多，在與人體發(fā)生相互作用的過程中，被人體吸收的可能性也越大，因此人體接受到的線劑量也就越大. 根據(jù)線性無閾值放射線風(fēng)險(xiǎn)模型（the linear nothreshold radiation risk model），受檢查者受到的輻射劑量越大，則產(chǎn)生癌癥的風(fēng)險(xiǎn)以及將風(fēng)險(xiǎn)遺傳給下一代的可能性也越大. 為了降低放射攝影對患者造成的損害，有關(guān)法規(guī)規(guī)定必須設(shè)法減少用于攝影的X線束中的軟射線成分1. 其中利用適當(dāng)厚度的附加濾過板是減少X線束中軟射線成分的有效手段之一2. 我們研究利用濾

9、過板降低X線束中的軟射線成分后，對患者劑量、圖像質(zhì)量以及X線管負(fù)荷的影響.1材料和方法1.1材料1.1.1體模管在其中一塊丙烯酸模塊上沿水平方向鉆25組（每組兩根）圓柱狀孔（模擬人體血管）. 體模管直徑為1.2 mm，長40 mm. 在體模管中按濃度順序依次注入含碘濃度范圍從4.050 g/L變化的造影劑，任意兩個(gè)相鄰體模管內(nèi)溶液中碘濃度的比是0.90（濃度按照等比數(shù)列關(guān)系排列）.1.1.2X線成像設(shè)備用北京萬東公司生產(chǎn)的超越2000型800 mA數(shù)字胃腸機(jī). 劑量測試設(shè)備用瑞典RTI Electronics公司生產(chǎn)的PMXIII型劑量儀. 體模利用25塊30 cm×30 cm

10、15;1.0 cm的丙烯酸模塊自制成厚度可以從1 cm到25 cm變化的實(shí)驗(yàn)用體模，以便模擬人體的不同部位. 取6種不同厚度的體模，其中，10, 15, 20和25 cm厚度分別模擬兒童頭顱、成人頭顱、兒童腹部和成人腹部等的平均厚度.1.2方法根據(jù)體厚的需要，將不同數(shù)量的丙烯酸體模組塊放置于檢查床上，打開準(zhǔn)直器上的定位燈，將X線球管的中心線對準(zhǔn)體模的中心位置. 為了保證在不同體模厚度下，體模管的幾何放大倍數(shù)接近一致，將帶有體模管的有機(jī)玻璃塊調(diào)整到離檢查床面固定的高度. 將X線技術(shù)選擇開關(guān)設(shè)置在手動(dòng)操作功能檔，將管電流固定在400 mA，利用30.48 cm直徑的影像增強(qiáng)器獲得X線圖像. 不同體

11、厚條件下的管電壓（kVp）利用經(jīng)過驗(yàn)證的優(yōu)化公式3計(jì)算：kVp=64+0.89D，其中D為體模厚度（D=528 cm）. 根據(jù)上面提供的管電壓優(yōu)化公式，各試驗(yàn)體模厚度及其計(jì)算得到的相應(yīng)的kVp值如下：厚度為8 cm，kVp=71；厚度為10 cm，kVp=73；厚度為13 cm，kVp=75；厚度為15 cm，kVp=77；厚度為20 cm，kVp=82；厚度為25 cm，kVp=86）.1.2.1 選定8 cm體模厚度和71 kVp后，先將PMXIII劑量儀的電離室放置在影像增強(qiáng)器（II）輸入表面處（探頭的放置位置以不影響對圖像的觀察為宜），調(diào)整毫安秒（mAs），曝光，使劑量儀測量得到的劑量

12、值讀數(shù)等于或接近于1 Gy/幀，記錄mAs的值. 重復(fù)曝光3次，記錄II表面的劑量值； 將電離室移到體模表面，利用上述kVp和mAs值的組合，重復(fù)上述過程3次，并記錄每次的體模表面劑量值.1.2.2 將厚度為1 mm的鋁質(zhì)濾過板插入X線機(jī)準(zhǔn)直器，將電離室放置在II輸入表面處，利用選定的kVp，調(diào)整mAs并曝光，使劑量儀的讀數(shù)等于或接近于1 Gy/幀，記錄mAs的值，重復(fù)曝光3次； 將電離室移到體模表面，重復(fù)1.2.2  中的kVp和mAs的組合，重復(fù)曝光3次，記錄每次的體模表面劑量值；將鋁質(zhì)附加濾過板厚度每次增加1 mm，重復(fù)，直到總厚度為4 mm為止；選用其他體厚和相應(yīng)的

13、kVp值，重復(fù)上述全過程.2結(jié)果在體模厚度為25 cm，管電壓為86 kVp條件下，隨著附加鋁質(zhì)濾過板厚度（mm）的增加，體模表面劑量與達(dá)到影像增強(qiáng)器（II）表面的劑量的比值下降（圖1A,B）. 這表明患者皮膚表面所接受的劑量減少. 隨著附加濾過板厚度的增加，在管電壓（kVp）不變的條件下，達(dá)到同樣的II表面劑量所需管電流（mAs）增加（圖1C），實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到預(yù)期目的（表1）.圖1體模表面的劑量、X線球管負(fù)荷與鋁質(zhì)濾過板厚度的關(guān)系（略）3討論我們實(shí)驗(yàn)表明，隨著附加濾過板厚度的增加，體模表面的劑量與到達(dá)II表面的劑量之間的比值縮小. 這意味著隨著濾過板厚度的增加，X線束中的軟射線成分減少，X線束

14、中高能成分相對增加. 這樣的直接好處是減少了體模表面的劑量，在臨床上有利于降低患者發(fā)生隨機(jī)效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn). 對所有到達(dá)II表面劑量相對于附加濾過板厚度為零時(shí)做歸一化處理后，計(jì)算所得要達(dá)到同樣的II表面劑量，所需的體模表面劑量（Gy/幀）. 在體模厚度為20 cm,管電壓為82 kVp的條件下，加4 mm鋁質(zhì)濾過板后，達(dá)到同樣的II表面劑量，體模表面的劑量減少約30%. 可見，適當(dāng)增加附加濾過板厚度，對將放射線劑量降低到合理可達(dá)到的程度，即ALARA（as low as reasonably achievable），以保護(hù)患者免遭癌癥風(fēng)險(xiǎn)和將放射線引起的危害遺傳給下一代的風(fēng)險(xiǎn)是有重要意義的.表1試驗(yàn)

15、數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果（略）經(jīng)過歸一化處理后計(jì)算得到的X線管輸出量與附加濾過板厚度的關(guān)系曲線表明，隨著附加濾過板厚度的增加，要到達(dá)同樣的II表面劑量，所需X線管的輸出量（mAs）也近似線性地增加.增大mAs的途徑有固定曝光時(shí)間，加大管電流； 固定管電流，延長曝光時(shí)間. 在固定曝光時(shí)間增大管電流，保持kVp不變的條件下，mA的增加，則會(huì)引起X線管陽極靶面實(shí)際焦點(diǎn)相對于標(biāo)稱焦點(diǎn)的“脹增”（Blooming），從而引發(fā)因?qū)嶋H焦點(diǎn)的增大而使圖像的清晰度相對下降，且管電流越大，焦點(diǎn)脹增就越明顯，對圖像的清晰度的影響也就越大. 在本實(shí)驗(yàn)所選用的mA范圍，因焦點(diǎn)脹增引起的圖像清晰度下降不明顯. 固定管電流，適當(dāng)

16、延長曝光時(shí)間，可能會(huì)因被攝影對象的移動(dòng)（包括自主運(yùn)動(dòng)和不自主運(yùn)動(dòng)）而引起圖像運(yùn)動(dòng)模糊，從而造成圖像的空間分辨率下降. 這對于不合作的患者尤為明顯.在同樣的影像增強(qiáng)器表面劑量條件下，由于附加濾過板的引入，使得X線束中的軟射線成分相對減少，高能光子含量相對增加，使得在II輸入表面獲得同樣比釋動(dòng)能的條件下，由于X線光子平均能量的增高而所需X線光子數(shù)目相對減少，產(chǎn)生量子噪聲，使得所獲取的圖像有可能會(huì)出現(xiàn)量子斑點(diǎn). 另一方面，由于能量的提高，可能會(huì)使得圖像的對比度相應(yīng)下降. 對圖像質(zhì)量的綜合評價(jià)，大致有測量圖像的調(diào)制傳遞函數(shù)和ROC評估.本次實(shí)驗(yàn)所獲得的部分結(jié)果的實(shí)驗(yàn)條件是，體模厚度20 cm，管電壓8

17、2 kVp. 可以看出，在不同厚度的附加濾過板條件下，在ROC實(shí)驗(yàn)中所能看見的最大體模管組數(shù)存在差別. 其中鋁質(zhì)附加濾過板厚度分別為2 mm和4 mm時(shí)，從實(shí)驗(yàn)獲得的圖像中可以看見的最大體模管都是16組. 但是，在獲取這兩種濾過板條件下的圖像時(shí)，到達(dá)II表面的劑量分別是附加鋁質(zhì)濾過板厚度為0 mm時(shí)的81.5%和85.7%. 我們認(rèn)為，圖像質(zhì)量的差別主要是由于達(dá)到II表面的劑量差別引起的. 在比較厚的濾過板條件下，只要保證到達(dá)圖像探測器的劑量一定（即一定的信噪比），圖像的質(zhì)量在視覺上差別不大.【參考文獻(xiàn)】1 Richard HB, Yasuda G. Effective dose in diagnostic radiology as a function of xray beam filtration for a constant exit dose and a co