数字化X射线摄影设备(DR)曝光条件与剂量学参数相关性研究

引用本文

曲良勇, 高林峰, 姚杰, 钱爱君. 数字化X射线摄影设备(DR)曝光条件与剂量学参数相关性研究[J]. 中国辐射卫生, 2010, 19(3): 279-281. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2010.03.020.

QU Liang-yong, GAO Lin-feng, YAO Jie, et al. Correlations Between Exposure Conditions and Dosimetric Parameters for Digital Radiography (DR)[J]. Chinese Journal of Radiological Health, 2010, 19(3): 279-281. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2010.03.020.

基金项目

上海市卫生局科研项目(2007177);上海市公共卫生优秀青年项目(08GWQ16)

通讯作者

高林峰, E-mail:lfgao@scdc.sh.cn

文章历史

收稿日期：2010-04-29

Contents Abstract Full text Figures/Tables PDF

数字化X射线摄影设备(DR)曝光条件与剂量学参数相关性研究

曲良勇 ¹, 高林峰 ², 姚杰 ², 钱爱君 ²

1. 上海中冶医院, 上海 200941;
2. 上海市疾病预防控制中心, 上海 200336

收稿日期：2010-04-29

基金项目：上海市卫生局科研项目(2007177);上海市公共卫生优秀青年项目(08GWQ16)

作者简介：曲良勇(1970~), 男, 汉族, 本科, 主管技师, 研究方向:影像学质量控制.

通讯作者：高林峰, E-mail:lfgao@scdc.sh.cn.

摘要：目的研究数字X射线摄影设备曝光条件与剂量参数相关性。方法巴拉库达系统检测确认数字X射线摄影设备处于良好状态, 在使用模体条件下, 测试kV、mAs、过滤曝光等条件对剂量与面积之积(DAP)、输出量和入射体表剂量(ESD)等剂量参数的影响, 分析曝光参数与剂量参数的相关性。结果从60 kV到120 kV, DAP由173.80 mGy·cm²降低到33.39 mGy·cm², X射线球管的输出量由0.010 Gy/(A·s)增加到0.032 Gy/(A·s), ESD由0.74 mGy降低到0.17 mGy。70 kV、90 kV、110 kV条件下, DAP和ESD随mAs数的增加而呈逐渐增加趋势。在2.5 mmAl+1 mmCu或3.3 mmAl+1 mmCu过滤条件下, DAP与ESD随管电压升高而降低的幅度明显小于采用3.3 mmAl或4.1 mmAl过滤时的情况。在过滤条件不变的情况下, 数字X射线摄影机的剂量与面积之积、模体的入射体表剂量与kV曾明显的负相关(P＜0.05), 而与mAs呈明显的正相关(P＜0.05);输出量与kV曾明显的正相关(P＜0.05), 而与mAs呈明显的负相关(P＜0.05), 这种相关性不受kV或mAs变化的影响。结论对于DR, 适当提高kV条件, 或降低mAs可有效降低受检者剂量。

关键词：数字化 X射线摄影曝光条件剂量相关性

Correlations Between Exposure Conditions and Dosimetric Parameters for Digital Radiography (DR)

QU Liang-yong ¹, GAO Lin-feng ², YAO Jie ² , et al

1. Shanghai ZHONGYE Hospital, Shanghai 200941 china;
2. Shanghai Municipal Center for Disease Control & Prevention, Shanghai 200336 China

Abstract: Objective To study correlations between exposure conditions and dosimetric parameters for digital radiography (DR). Methods Quality assurance (QA) was performed with BARRACUDA system to make sure DR x-ray machine was in good condition.On condition that testing phantom was used, dosimetric parameters, such as dose area product (DAP), output of x-ray machine, entrance surface dose (ESD) were recorded while changing exposure conditions including kV, mAs and filter.Correlations between exposure conditions and dosimetric parameters were analyzed. Rusults DAP reduced from 173.80 mGy·cm² to 33.39 mGy·cm², output of x-ray machine increased from 0.010 Gy/(A·s) to 0.032 Gy/(A·s), ESD reduced from 0.74 mGy to 0.17 mGy, when kV raised steadily from 60 to 120.At 70kV, 90 kV and 110 kV, DAP and ESD increased steadily in same trend as mAs.The decrease extent of DAP and ESD was distinctly less when 2.5 mmAl+1 mmCu or 3.3 mmAl+1 mmCu were used as total filter, comparing to 3.3 mmAl or 4.1 mmAl.For certain filter, there were significantly negative correlation (P < 0.05) among DAP, ESD and kV, and there were significantly positive correlation (P < 0.05) among DAP, ESD and mAs.Output of x-ray machine was correlated positively negatively with kV (P < 0.05), negatively with mAs (P < 0.05).The correlations were not affected by changing of kV or mAs. Conclusion For DR, the dose of examinees can be effectively reduced by properly raising kV or lowering mAs.

Key words: Digital Radiography Exposure Conditions Dose Correlation

数字化X射线摄影(Digital Radiography, DR)是利用平板探测器FPD(Flat Panel Detector)来接受穿过人体后的X射线信号, 再将这些信号直接转换成数字信号, 传送给图像处理系统和PACS系统^[1]。DR图像具有动态范围大, 线性好, 影像层次丰富, 信息量大, 采集速度快, 可立即网络传输或远程会诊等优点, 因此近年来得到迅速推广应用。DR导致的受检者剂量受众多因素的影响, 与传统屏-片机比较具有降低受检者剂量的潜在可能^{[2, 3]}。为推动辐射防护最优化原则(即ALARA原则^[4], As Low As Reasonably Achievable)在DR中的应用, 笔者对DR的曝光条件与剂量学参数间的相关性进行探讨。

1 材料与方法 1.1 设备与检测仪器 1.1.1 数字化

X射线机北京新东方1 000型。

1.1.2 多功能无损

X射线检测仪瑞典奥利克公司生产, 型号巴拉库达系统, 用于X射线设备的质量控制检测。

1.1.3 DR模体

德国SCAND ITRONIX WELLHOFER公司生产, 型号DIGI-13, 可用检测数字X射线机的动态范围、低对比度、分辨率和均匀性。

1.1.4 剂量面积仪

瑞典奥利克公司生产, 型号Doseguard 100, 用于剂量与面积之积(DAP)的测试。

1.1.5 热释光剂量元件

北京康克洛公司生产, LiF(Mg, Cu, P)片型, 规格直径4.5 mm, 厚0.8 mm, 用于入射体表剂量(ESD)的测试。试验前进行筛选、刻度, 同一档元件的误差控制在2%以内。

1.1.6 热释光剂量测试仪

北京防化研究院生产, 型号RGD-3B, 用于热释光剂量元件的测试。

1.2 实验方法 1.2.1 X射线机的质量控制检测

应用巴拉库达系统对X射线机进行检测, 主要指标包括管电压指示偏离、曝光时间指示偏离、输出量重复性、输出量线性、有用线束半质层、有用线束垂直度偏离、光野与照射野偏离。所有指标均满足国家标准要求后, 再开展进一步调查研究。

1.2.2 kV对剂量学参数的影响

将剂量与面积之积仪固定于X射线机出束口处, DR模体置检查床上, 并放置照射野中央, 调节焦台距为100 cm, 照射野面积为30 cm×30 cm, 分别以60 kV~150 kV进行自动曝光, 每增加10 kV曝光一次, 并记录曝光参数和剂量数据。热释光剂量元件送至实验室进行检测分析。

1.2.3 mAs对剂量学参数的影响

分别在70 kV、90 kV和110 kV条件下, 以X射线机能达到的mAs从小到大进行自动曝光, 其他设置同上。记录曝光参数和剂量数据。热释光剂量元件送至实验室进行检测分析。

1.2.4 不同过滤对剂量学参数的影响

分别在总过滤为3.3 mmAl、2.5 mmAl+1 mmCu, 3.3 mmAl+1 mmCu, 4.1 mmAl的条件下, 以70 kV~100 kV进行自动曝光, 其他设置同上。记录曝光参数和剂量数据。热释光剂量元件送至实验室进行检测分析。

1.3 统计学处理

所有数据录入EXCEL表格, 并用SPSS13. 0软件进行各曝光参数与剂量学参数间的相关性分析。

2 结果 2.1 不同kV条件下的剂量学参数

从60 kV到120 kV, X射线机出束口处的剂量与面积之积随着管电压的升高呈逐渐降低趋势, 由173.80 mGy·cm²降低到33.39 mGy·cm², 而130 kV以上, 剂量与面积之积不再随管电压的升高而上升。在70到140 kV范围内, X射线球管的输出量随管电压的升高而逐渐增加, 由0.011 Gy/(A·s)增加到0.040 Gy/(A·s), 而在60 kV~70 kV以及140 kV~150 kV间输出量的变化不明显。从60 kV到130 kV, 模体表面的入射体表剂量由0.74 mGy降低到0.15 mGy, 130 kV以上基本无变化。

表 1 不同kV条件下的剂量学参数

2.2 不同mAs条件下的剂量学参数

不同kV条件下, X射线机出束口处的DAP随mAs数的增加而呈逐渐增加趋势。70 kV时, 由10 mAs时的83.45 mGy·cm²增加到32 mAs时的259.50 mGy·cm², 平均增幅为8.00 mGy·cm²/mAs; 90 kV时, 由2 mAs时的28.69 mGy·cm²增加到8 mAs时的118.60 mGy·cm², 平均增幅为14.99 mGy·cm²/mAs; 110 kV时, 由0.8 mAs时的16.81 mGy·cm²增加到5 mAs时的119.30 mGy·2 cm, 平均增幅为24.40 mGy·cm²/mAs。模体表面ESD在70 kV、90 kV和110 kV时的平均增幅分别为0.04 mGy·cm²/mAs、0.07 mGy·cm²/mAs和0.79 mGy·cm²/mAs。

表 2 不同mAs条件下的剂量学参数

2.3 不同过滤条件下的剂量学参数(图 1A, 图 1B)

图 1 不同过滤条件下的剂量学参数

在3.3 mmAl和4.1 mmAl过滤的条件下, X射线机出束口处的剂量与面积之积及模体表面的入射体表剂量随管电压的升高而降低, 增加0.8 mmAl对X射线的过滤效果不明显。在2.5 mmAl+1 mmCu和3.3 mmAl+1 mmCu过滤条件下, X射线机出束口处的剂量与面积之积与模体表面的入射体表剂量也随管电压的升高而降低, 但幅度小于无Cu过滤时的情况。

2.4 剂量学参数与曝光条件的相关性

由表 3可见, 在滤过条件不变的情况下, 数字X射线摄影机的剂量与面积之积、模体的入射体表剂量与kV曾明显的负相关, 而与mAs呈明显的正相关; 输出量与kV曾明显的正相关, 而与mAs呈明显的负相关, 这种相关性不受kV和mAs变化的影响。不同过滤条件下, 数字X射线摄影机的输出量、剂量与面积之积、模体的入射体表剂量与kV曾明显的负相关, 而与mAs的相关性不明显。

表 3 曝光参数与剂量学参数间的相关性

3 讨论

对于DR系统, 在一定范围内适当提高kV条件, 可以有效降低受检者剂量。本研究结果表明, 在自动曝光条件下, 从60 kV到120 kV, X射线机出束口处的DAP、模体ESD均随管电压的升高呈逐渐降低趋势, 分别由173.80 mGy·cm²降低到33.39 mGy·cm², 由0.74 mGy降低到0.17 mGy, 每升高10 kV平均降低幅度分别为23.40 mGy·cm²和0.10 mGy。而130 kV以上, 不再随管电压的升高而上升。kV决定X射线的质, 从而决定其穿透性。kV越高, 穿透性越强, 对于同一受检者需要的曝光时间越短, 这是高kV条件下受检者剂量降低的主要原因之一。与此同时应当特别注意的是, kV达到一定水平后(120 kV), 再升高对受检者剂量的影响并不明显。而且, kV的高低决定了图像的对比度^[5], kV越高, 对比度越低。图像对比度对临床放射学医生阅片具有直接的影响。因此, 在一定范围内适当提高kV, 从保护受检者角度是值得提倡的, 但应以不影响临床诊断为前提。

在kV确定的前提下, 适当降低mAs可以有效降低受检者剂量。X射线机出束口处的DAP以及模体ESD随mAs数的增加而呈逐渐增加趋势。70 kV时, DAP的平均增幅为8.00 mGy ·cm²/mAs, ESD的平均增幅为0.04 mGy·cm²/mAs; 90 kV时, DAP的平均增幅为14.99 mGy·cm²/mAs, ESD的平均增幅为0.07 mGy·cm²/mAs; 110 kV时, DAP的平均增幅为24.40 mGy·cm²/mAs, ESD的平均增幅为0.79 mGy·cm²/mAs。以上数据说明kV越高, 单位mAs对受检者剂量的影响越大。因此在高kV条件下, 尤其应当控制mAs数。mAs同时也是影响图像质量的重要因素^[6]。mAs越大, X射线分布越均匀, 图像信噪比越大。反之, mAs越小, 图像信噪比越小, 实际成像的颗粒越粗。因此在临床实际选择mAs时, 在考虑控制受检者剂量的同时, 也应平衡图像的质量问题。

过滤条件可影响射线的穿透力, 从而影响受检者剂量。铜对X射线的滤过作用明显大于相同厚度的铝, 经滤过后的X射线能量显著高于滤过前^[7], 因此射线的穿透力得到提高。在使用铜作为附加过滤时, X射线机出束口处的剂量与面积之积及模体表面的入射体表剂量随管电压的升高而降低的趋势明显小于使用铝作为附加过滤时的情况, 是由于铜过滤了大部分的能量较低的X射线。

适当调节曝光参数或使用合适的滤过条件, 可有效降低数字化X射线摄影受检者剂量。本研究结果表明, 在一定过滤条件下, 模体的入射体表剂量与kV曾明显的负相关, 而与mAs呈明显的正相关。因此在临床实践中, 应根据摄影目的、患者个人情况等适当选择曝光参数^[8], 在能满足临床需要的前提下, 适当提高kV条件或降低mAs, 可有效降低受检者剂量。这也是ALARA原则在数字化X射线摄影中的实际应用。

参考文献

[1]	Geijer H, Norrman J. Optimizing the tube potential for lumbar spine radiography with a flat-panel digital detector[J]. British J Radiology, 2009, 82(973): 62-68. DOI:10.1259/bjr/56572915
[2]	ICRP.ICRP Publication 93: Managing patient dose in digital radiology[P]. Oxford: Pergamon press, 2003.
[3]	ICRP.ICRP Publication 105, Radiological Protection in Medicine[P]. Annals of the ICRP 37(6), Oxford: Pergamon press, 2008.
[4]	UNSCEAR.Sourcesand effects of ionizing radiation, Vol.Ⅰ: So urces[P]. New York: UN, 2000.
[5]	胡安宁. 数字化摄影(DR)成像质量相关技术因素的分析与优化[J]. 临床工程, 2009, 24(4): 92-93.
[6]	王鹏程.数字化X线影像检查技术成像质量与X线照射水平的研究[Z].苏州大学博士研究生论文, 苏州, 2006.
[7]	刘建军, 陈金生, 张良安, 等. 胸部X射线摄影优化研究进展[J]. 中国辐射卫生, 2008, 17(1): 106-108. DOI:10.3969/j.issn.1004-714X.2008.01.062
[8]	Vano E, Fernandez JM. Patient dose management in digital radiography[J]. Biomedical Imaging and Intervention Journal, 2007, 3(2): 26-32.