数字化X射线摄影设备DR (digital radiography)最初在上世纪九十年代用于临床。根据中国国际招标网统计, 2004年中国DR采购数量不到130台, 2006年DR数量达230台, 2010年DR数量已达上千台, 且采购数量逐年递增。

随着DR在国内的普及率提高, 近些年来DR在医学影像诊断中已体现数字化的优势, 由于采用数字技术, 动态范围广, 具有很大曝光宽容度, 拍片过程简单, 处理速度快等。但是在实际应用中, DR的图像质量还存在着一些问题, 类似图像对比度不强, 图像不清晰, 噪声过明显, 图像亮度不对称等问题一直存在, 甚至有的DR图像并不优于传统的冲洗胶片。DR设备的图像质量差可能会造成漏诊、误诊, 或者因剂量不当对检查者机体造成损伤。所有这些不足影响了DR的使用。其原因, 一次简单的拍片过程中, 每一个环节都有可能对影像质量产生影响; 例如DR机房的环境条件, 操作技师的熟练程度, 特别是在信息形成、采集、信息处理、信息输出等成像过程中的每个步骤。因此要保证DR图像质量, 凸显病灶, 达到数字化设备的最佳效果, 就要考虑DR图像质量控制的各种措施。

1 DR图像质量影响因素 1.1 DR设备 1.1.1 球管

是产生X射线的部分。它们决定着发射出的X光的能量大小(kV、mA), 能谱范围分布, 球管热容, 以及曝光时间(ms)。

1.1.2 滤线栅

是吸收散射线的部件。X射线通过人体时, 因康普顿效应产生散射线, 导致图像上的灰雾, 降低了对比度。

1.1.3 图像采集系统

是采集传输图像的核心部分。它决定了图像的采集矩阵、像素大小和采集灰阶等, 而这些都是影响图像质量的重要因素。

1.2 DR设备参数 1.2.1 拍片剂量

指拍照时给定的X光的剂量条件, 包括kV、mAs等。kV增加, 射线穿透力增强, 同时散射线增加; mAs增加, 信号相应增强。它们会影响原始图像(软件处理前的图像)的亮度、灰度、清晰度等。

1.2.2 后处理软件的参数

是后处理软件中各种处理操作的具体数值设置。一般后处理操作包括:傅里叶滤波, 对比度均衡, USM锐化, 平滑/降噪滤波等。这些算法中的参数调整, 会直接影响最终图像效果。

1.2.3 射线防护

指采用铅等高密度材料对无用X射线进行吸收。X射线对电子器件会造成不可修复的影响, 会增加影像上的量子噪点, 因此合适的射线防护是提高图像质量的有效手段。

1.3 其他外部因素 1.3.1 操作使用的规范性

操作者的规范操作和使用, 是影响产生DR图像质量的主要外因。即使拥有了高性能的DR设备, 如果没有规范的操作, 比如滤线栅的使用错误, 焦-片距选择不当等都会导致图像质量下降。因此规范的操作, 增强其专业技能和临床经验是得到优质图像的保证。

1.3.2 DR机房环境

温度和湿度是影响电子器件的使用状态的主要因素。尤其是对温度要求较高的CCD和对湿度要求较高的非晶硒FPD而言, 如果没有适宜的温湿度, 不仅会影响图像的质量, 更会影响到DR设备的使用寿命。

2 DR设备对图像质量的影响及控制措施 2.1 X射线球管

球管中高速电子流轰击钨靶面产生X射线, 其中约1%的能量形成了X射线, 其余99%则转换为热能^[1]。如果球管散热不均, 发射的X射线能谱范围变窄, 且能量不均。

如剂量条件为120kV, 6mAs拍摄胸片, 若产生的X射线能量不稳定, 实际的能量可能只有100kV, 4mAs, 图像则可能出现对比度不高, 肋骨影明显, 图像噪声点多, 肺纹理不清晰等。

因此目前DR的使用中, 为满足连续曝光需求, 采集高品质影像的要求:

使用小焦点、高热容量、高转速、散热效率高的X射线管。球管阳极热容量不应低于300kHU。球管焦点大小决定图像的锐利度和对比度高低, 焦点越小, 图像锐利度和对比度越高; 一般小焦点不超过0.6mm, 大焦点不超过1.2mm。管电流不低于500mA; 管电流增加可以减少曝光时间。

2.2 滤线栅

在拍摄高剂量的部位时, 康普顿效应也会越明显, 为了减小康普顿效应对图像造成的影响, 需要使用滤线栅。栅比越高, 消除散射线的能力越强, 得到的图像越好, 相应的代价是患者所受的剂量也越大。因此使用滤线栅时, 要牢记以下两条, 增加栅比:①增加患者剂量。②高剂量拍片时, 一般使用高栅比滤线栅。也可以应用空气滤过技术, 如在拍摄颈椎侧位时, 不用滤线栅即可得到清晰的图像, 而对腰椎和骨盆这些厚的部位, 就必须使用滤线栅。

2.3 图像采集系统

DR图像的采集是通过图像采集系统来完成的, 一般可分为CCD探测器和FFD探测器。以CCD探测器分析为例:

闪烁体屏接收透过人体的X光, 将之转化为可见光; 闪烁体屏上的图像经过光学系统(含镜头和反射镜等)在CCD传感器上形成缩小的图像。而后电子采集系统将CCD上的模拟信号转化为数字信号, 并传送到计算机上, 得到原始的图像; 图像处理软件对原始图像进行各种处理, 达到临床诊断所需要的标准^[2]。

可以看出, 采集传输的每个环节都会对图像的质量造成影响:①反射镜需在前表面镀全反射膜, 避免光线的二次反射形成伪影。②大口径高通光率的精密镜头可以保证图像的像质, 可以减少失真和变形。③CCD和采集电路是接收图像的部件, 它们决定着图像的像素、极限分辨率、填充效率、对比度/灰度。CCD是CCD型DR图像采集系统的核心部件, 目前单片CCD的采集距阵已超过4 096 × 4 096, 探测量子效率DQE高于60%。它对温度的依赖很大, 温度过高, 在图像上会形成很多噪点, 因此CCD部件一定要在低温状态下进行工作。采集电路板将模拟信号转换成数字信号, 其整板的设计, 噪声水平和AD转换位数对图像质量影响很大。

3 DR设备参数对图像质量的影响及控制措施 3.1 摄片参数的选择

DR的摄影条件比常规平片剂量要低, 但准确的X射线曝光量是正常发挥图像后处理功能的基础和保证。如果曝光剂量过大或过小, 都会使后处理技术的调整范围缩小, 出现噪声甚至斑点及对比度下降, 使图像质量下降。曝光条件过低, X射线探测器未能接受足够的信号, 产生的数字化图像噪声较多, 影响图像的清晰度, 从而影响临床诊断; 反之, 曝光条件过高, 将造成"击穿"现象, 导致该区域图像信号完全失效^[3]。因此, DR摄影条件也要优化。对于被照体厚薄悬殊较大时, 可以利用球管阳极效应, 以获得高质量的图像。

3.2 后处理软件的性能

图像后处理软件, 是提高DR图像可诊断性的重要手段。在原始图的基础上, 后处理软件通过一系列的校正和算法, 对数字化的图像进行处理, 从而提高图像的观感, 达到临床诊断的要求。常见的校正有本地校正、平场校正等。常见的算法有组织均衡、对比度均衡、滤波、灰度转换、W/L调节、USM锐化等。因此, 有效掌握图像后处理软件的各项调节, 是提高DR图像的关键所在。

3.3 射线防护

X射线不仅能使闪烁体感光成像, 同时具有很强的穿透性, 它能影响到采集和传输的电路部分, 产生电子噪声, 在原始图像上形成白色噪点, 降低图像质量。因此, 需要在采集电路部分增加铅防护, 大大减弱X射线对信号部分的干扰, 减少噪点, 提高图像质量。

4 总结

从设备配置、参数选择、部件选用、图像处理、操作者和外部条件等方面讨论了诸多因素对DR图像质量的影响和图像质量控制的应对措施。要保证一幅优质的照片, 成像链上每一环节都应做到最佳; 任一环节没有处理好, 都将成为决定最终图像质量的短板。在给定的设备条件下, 操作者的规范操作及使用经验便成了得到高质量的DR图像的主要因素; 提高操作技术员对DR设备的使用熟练度, 增强对DR设备的原理的学习, 探索更多临床经验, 才能使DR在影像诊断中凸显它的价值和优势, 从而真正的使医学影像学进入数字化时代。