据报告, 我国的牙病患有者有近90%, 而这其中至少又有60%需要接受牙科X射线检查, 因此大中型牙科口腔医院基本上都配有牙科X射线机, 特别是近年来, 随着医疗体制改革的不断深化, 牙科口腔诊所如雨后春笋, 散落在街头小巷。一方面, 这给患者看病带来了极大的方便, 另一方面, 由于管理跟不上, 未能控制患者受照剂量。比如, 在牙科摄影时, 如果牙科X射线机焦皮距小于国标规定值将给牙病患者带来过多的X射线皮肤入射剂量。因此, 在牙科X射线机的验收和X射线机的定期维修和检查中, 准确的测量牙科X射线机焦皮距有着很重要的意义。

在放射诊断和治疗中, 焦皮距(focal spot to skin distance)指X射线管焦点至受检者皮肤的最近距离, 是《医用X射线诊断防护标准》^[1]和《医用X射线治疗卫生防护标准》^[2]中的一项重要的防护指标。《医用X射线治疗卫生防护标准》中规定牙科X射线摄影标称X射线管电压50 kV以下的牙科摄影, 最短焦皮距为10 cm, 标称X射线管电压60 kV以上的牙科摄影, 最短焦皮距为20cm; X射线管套上应清晰标示焦点位置, 但是在实际工作中, 一些生产厂家并没有准确标出焦点的位置或者标出的焦点的位置与实际焦点位置不相符合。因此, 在使用牙科X射线机前, 测量牙科X射线机的焦皮距以验证其是否符合防护标准是十分有必要的。在《医用X射线诊断防护标准》 GBZ130-2002中, 焦皮距的检测方法如下:焦皮距(有诊视床的为焦点距)的检测使用两只细金属丝做成的圆圈, 大圈直径为小圈直径的二倍, 将小圈贴在诊视床中间, 大圈贴在荧光屏射线入射面上的中心处。在较低条件下透视, 并将荧光屏向远处拉, 直到两圈图像重合。国内也有人用其他方法做过, 文献^[3]中, 杨伟华采用将金属圈固定在集光筒末端中央, 通过调节集光筒末端与牙科专用胶片的距离, 利用相似三角形原理的方法来求出牙科X射线机的焦皮距。文献^[4]中, 杨伟华也提出利用摄影法测量牙科X射线机的焦皮距的方法。

1 理论基础

牙科数字X射线机焦皮距的测量利用的相似三角形原理, 如图 1:

为了理论探讨方便, 假设X射线机的发射源在A点, 是一个理论上的点, 不存在大小问题。另外, 焦皮距(focal spot to skin distance)指X射线管焦点至受检者皮肤的最近距离。这在测量中不好把握, 因此将A点到集光筒末端平面的垂直距离作为牙科数字X射线机的焦皮距。准确测量DE、BC及OF的距离。根据相似三角形原理得到公式1:

(1)

求解公式1中的AO得到公式2:

(2)

式中:DE为集光筒直径, OF为照射距离, 即集光筒直径末端到感光器件(胶片、CCD)的距离, BC为图像尺寸, 将测量得到的DE、BC及OF代入(2), 即可得到AO长度, 即X射线机的焦皮距。

本所从事X射线医疗设备的研究, 用该法测量新购置的牙科X射线机的焦皮距有实际困难:①该机集光筒直径60mm, 而CCD传感器有效长度为26mm, 牙科胶片有效尺寸也不过40mm; ②采用近距离拍摄, 放大倍数小, 误差大。定义放大倍数k=图像尺寸/实物尺寸, 根据三角形相似原理得:

(3)

以合适的实物尺寸、照射距离, 就可以保证图像尺寸在感光器件的有效范围。

2 材料与方法 2.1 实验材料

VATECHVX-65系列高频牙科数字X射线机, 其实际焦皮距205mm; CCD图像传感器; 数字图像处理软件; 单片机芯片; 游标卡尺; 直尺。

2.2 实验方法 2.2.1 仪器连接方式

VATECHVX-65系列牙科X射线机与CCD图像传感器以及计算机EASYDENT数字图像处理软件通过USB数据线连接, 采用通用USB2.0接口, 如图 2:

2.2.2 数据的获得 2.2.2.1 单片机芯片引脚图像的获得

CCD数字传感器固定在垂直于X射线机集光筒的某一水平面上, 单片机芯片放置在CCD传感器表面上。移动X射线机的球管, 在不同高度处照射单片机芯片, 用直尺测量该高度。用软件的测量功能来测量单片机芯片引脚之间的图像距离, 如图 3。单片机芯片引脚之间的实际尺寸可用游标卡尺测量。

将CCD数字传感器分别放到距集光筒垂直距离分别为50、100、150、200mm的位置, 拍摄单片机芯片图像, 用软件测量单片机芯片引脚之间的距离如图 4:

2.2.2.2 数据的处理及讨论

数据的采集采用图像软件, 距离测量的步骤如下:①选择需要测量的图像。②在工具栏里面选择点击测量, 在下拉菜单里面选择"距离"。③选用机型校正, 传感器类型选择HDS-100L。④选择起点, 单击鼠标左键, 拖动鼠标到终点, 再次点击鼠标左键。⑤距离就自动在图像上显示出来。

将测得的数据分别带到公式(2)中, 处理后得到如下数据, 见表 1:

3 结果分析

从表 1看, 随着CCD到集光筒口的垂直距离(照射距离)越远, 图像与实物尺寸比(放大倍数)越大, 该方法测量出的焦皮距就越接近真实值。当照射距离200mm时, 放大倍数达1.93, 其测量焦皮距为213mm, 比实际的只高8mm, 误差在4%。当照射距离50mm时, 放大倍数1.32, 其测量焦皮距为267mm, 比实际的高62mm。

从等式(3)亦可知:放大倍数为1.1时, 其焦皮距的误差可达50mm; 放大倍数为1.2时, 其焦皮距的误差可达25mm; 放大倍数为1.4时, 其焦皮距的误差可达12.5mm; 放大倍数为2.0时, 其焦皮距测量误差5mm; 放大倍数超过2.0时, 其焦皮距测量误差小于5mm。这也与我们实验结果符合。

4 图象清晰度对比

在测量VATECHVX-65系列高频牙科数字X射线机的焦皮距时, 为了验证一下高频牙科数字X射线机的拍片质量, 对高频和工频牙科X射线机的拍片质量进行了一下对比。在试验中, 分别用高频牙科X射线机和工频牙科X射线机在相同的条件拍摄同一个单片机芯片, 对比图像的清晰度见图 5:

图 5中, 左边图像的为工频牙科X射线机拍摄, 右边的为高频牙科X射线机拍摄。从图像上能够比较明显地看出:用高频X射线机拍摄的单片机芯片图像的边缘细节很清晰, 可以很清晰的看到晶圆的内部电路; 用工频牙科X射线机拍摄的单片机芯片图像的边缘细节却有点模糊, 晶圆的内部电路看起来也比较模糊。另外在拍摄图像的时候工频牙科X射线机需要的曝光时间为0.5ms, 而高频牙科X射线机仅为0.16ms。

目前, 国内拍摄牙片时主要用的是工频牙科X射线机, 拍摄的牙片分辨率不高, 图像边缘有点轻微模糊, 这不利于医生对细微病症的辨别, 不利于数字化。因此, 将数字高频牙科X射线机进行国产化有较大的实用价值。

6 讨论

这种方法的特点是充分利用数字X射线机图像处理软件, 能够快速、比较准确的测量牙科X射线机的焦皮距。从数据的对比中, 也可以很明显的看到, 这种测试方法要求放大倍数在2左右, 其测量误差可控制在5%以内。另外通过对高频和工频牙科X射线机的拍片质量进行的对比可以很明显的看到, 从国外引入高频牙科X射线机并实现其国产化有着较高的价值。