数字X射线摄影中, 图像质量、辐射剂量与曝光量、摄影部位, 以及照射野、组织结构的厚度、密度和原子序数等密切相关。根据不同的摄影部位选择适宜的曝光条件, 以获得最佳的影像质量已成为普遍共识。如何以最小的照射剂量获得最佳图像质量, 图像质量与辐射防护的问题越来越受到业内普遍关注, 已成为当今世界放射界研究的一个重点^{[1, 2]}。采用CDRAD2.0体模组合就照射野与辐射剂量和图像质量相关性的研究国内少有报道。本研究旨在通过分析不同照射野大小与图像质量和辐射剂量的关系, 为合理选择照射野提供依据。

1 资料与方法 1.1 材料与设备

采用对比度细节体模(CDRAD2.0)和10cm、20cm不同厚度聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)组合。美国GE公司Definium 6000, 碘化铯非晶硅双平板探测器DR系统。

1.2 方法

用美国Radiation monitor system 9010 dosemeter和铝模对DR系统性能参数进行测试校准, 使入射体表剂量(entrance surface dose, ESD)、剂量面积乘积(dose area product, DAP)表征指示值与实际测量值偏差均在一定范围内。将材料组合置于摄影距离100cm, 滤线栅(+), 选用不同照射野41cm × 41cm, 35cm × 41cm, 35cm × 35cm, 24cm × 30cm, 18cm × 24cm, 焦点0.6mm, 管电压80kV, 自动曝光控制系统(AEC)曝光(手动kV、自动mAs模式), 采用双盲法由3名高年资医师独立在PACS工作站软阅读(KODAK Carestream, Demo 3 × 3K显示屏), 对不同照射野DR图像, 分别记录计算机自动随机生成的ESD、DAP、mAs, 计算体模图像质量因子(见图 1)。

1.3 图像质量评价

用美国CDRAD2.0对比度细节体模(265mm × 265mm × 10mm)由15行× 15列不同深度和直径的225个孔组成, 深度代表对比度, 直径代表细节。直径和深度均设计为0.3~8.0mm范围, 其造成的光密度差异包含了诊断需要的范围。计算可识别的第i列(1~i列)最小孔直径和深度的乘积, 所有乘积后求和即为影像质量因子(image quality factor, IQF), 即:

式中i=1, 2, 3, …, 15;C_i、D_ith分别为第i列体模影像可识别的最小孔直径和深度。

由3名高年资医生独立阅读, 按上述方法计算IQF值。IQF值越小, 说明获得的影像信息越多, 成像系统对组织结构的细节检测分辨能力越强, 影像质量就越好^[2]。

1.4 统计学分析

用SPSS 17.0软件分别就不同厚度PMMA和体模组合的ESD、DAP、mAs和IQF值差异比较行One-Way ANOVA分析, 各组内两两比较用LSD-t检验。对3名医师阅片结果的一致性进行Kappa检验。指示值用中位数(M)表示, P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

不同照射野的DAP、IQF值之间差异比较有统计学意义(F =12.52、21.38, 14.23、19.82, 均P < 0.05);ESD、mAs之间比较无显著性差异(F=0.329、0.347, 0.029、0.535, 均P > 0.05)。10cm、20cm厚度组合, 照射野大小与DAP、IQF值呈正相关, 与ESD、mAs无相关性(见图 2、3)。体模越厚, ESD、DAP、mAs增加越显著, IQF值稍有增加(见表 1)。体模增厚10cm, 同一照射野的ESD、DAP、mAs分别平均增加约90%、74%、87%, IQF值约为9%, 说明受检者辐射剂量显著提高, 图像质量下降。

3 讨论

照射野是X射线入射到体表的曝光面积, 大小变化与图像质量和辐射剂量密切相关。ESD表征X射线摄影所致受检者的入射体表剂量, 是包括反散射在内的入射体表处的空气比释动能。DAP是反映该次放射学实践中授予受检者的X射线总能量^{[3, 4]}。目前, 数字X射线摄影系统大多都装配专用剂量估算软件, 可以方便地在线检测ESD、mAs和估算给定位置的受检者体表剂量DAP值。本研究基于此, 通过不同照射野的变化, 分析其与ESD、DAP、mAs、IQF值的相关关系。

近年来, 有作者研究表明^[4], ESD可以根据X射线的管电压、管电流、曝光时间、过滤条件等参数建立估算模式:ESD= R₅₀ ×(50/FFD-tq)² × mAs × BSF。式中, R₅₀为距X射线管焦点50cm处每mAs的输出量(与kV²成正比), FFD为焦片距, tq为受检者体厚, BSF为反散射因子。一般反散射因子BSF在1.1至1.5之间, 其数值可以实际测量与X射线的半值层和照射野有关^[5]。最近, Kisielewicz^[3]提出, ESD=DAP/A (FID)× (FID/FSD)² × BSF。式中, A (FID)是所给定FID上的区域面积即照射野, FID为管球焦点到探测器的距离, FSD是管球焦点到体表表面的距离, BSF为反散射因子。由此可见, ESD与DAP、BSF、mAs正相关, 与照射野呈反比。本研究结果显示:照射野增大, DAP、IQF值增大, 由于原发射线量增大, 而产生的散射线也就多, BSF减小, IQF值增大, 则影像质量降低。照射野增大, ESD随着mAs、BSF在较小的区间范围内波动, 且均有逐渐下降的趋势。说明照射野增大, DAP增大, 增加了散射线和受检者的辐射剂量, 以及受检者对X线的吸收, 照射野中心的ESD并没有统计学意义上的改变, 只是增加了无用射线对受检者的辐射。体厚10cm时, 照射野面积由432cm²增加到1 681cm², DAP增加了约87%, 即照射野增大, 受检者的辐射剂量增加, IQF值增大, 降低了图像的对比度和分辨率。采用不同的照射野在相同条件下摄影, IQF值出现了较大的变化, 说明随着照射野的增大, 散射线渐多, 噪声逐渐增加, 对比度渐差, 降低了图像的空间分辨率。因此, 在不影响摄影部位范围的前提下, 尽量减小照射野, 合理的选择对提高影像质量降低受检者辐射剂量具有一定的临床意义, 特别是在婴幼儿胸部摄影中更加体现了合理照射野选择的重要性^[6]。

在相同管电压及照射野下, 散射线含有率随被照体厚度的增加而增加^[7]。本研究表明, 不同厚度组合相同管电压AEC曝光, 厚度增加, ESD、DAP均明显提高, IQF值也有所增加。体模增厚10cm, ESD、DAP、mAs分别平均增加约90%、74%、87%, IQF值9%, 受检者辐射剂量显著提高, 图像质量下降。说明体模厚度越薄, ESD和DAP的变化越明显, 对照射野的变化越敏感, 图像质量和辐射剂量受照射野大小变化的影响越显著。体模厚度和照射野同时增大, 散射线明显增多, 受检者辐射剂量大幅度提高, 图像质量显著下降。ESD、mAs有下降趋势, 意味着曝光量相对逐渐减少。为维持一定的ESD、DAP和IQF值平衡, 必须增加曝光量, 否则机器将按预设置结束曝光, 导致曝光量不足, 达不到AEC优化曝光的目的。因此, 预设摄影kV时, 必须满足被照体足够穿透力, 只通过增加mAs提高组织摄影对比度, 将导致对比度降低和分辨率下降。对较厚部位摄影, 应尽量选择适当的小照射野, 以期提高影像质量和降低受检者辐射剂量, 实现辐射防护的最优化原则。