計算機數字攝影檢測結果的分析及思考

丁 力，樊俊顯，黃成偉

（1.河南省計量科學研究院，河南 鄭州 450008；2.平頂山市質量技術監督檢驗測試中心，河南 平頂山 467000）

0 引 言

隨著先進的科學技術和儀器越來越多地廣泛應用于臨床醫學中，放射診斷工作進入了計算機數字化攝影（CR、DR）時代[1]。計算機攝影（computed radiography，CR）是通過一個可反復讀取的成像板（IP板）來替代膠片。曝光后，IP板上生成潛影，將IP板放入CR掃描儀，用激光束對IP板進行掃描，讀取信息，經模/數轉換后生成數字影像。數字化攝影（digital radiography，DR）也稱直接數字化X線攝影（direct digital radiography，DDR），是通過一塊平板探測器來替代膠片[2]。X線照射到平板探測器后，直接形成數字信號，傳入計算機即為數字影像。

CR、DR在信息采集、信息處理及信息輸出等系列成像過程中，每一個環節都可能對影像的質量產生影響[3]，隨之而出現的問題是如何切實保障CR、DR的影像質量，以適應日益普及的數字化攝影的需要。

1 檢測結果及分析

該文采用的測量設備是多功能質量檢測儀Barracuda和DIGI-13檢測模體。檢測方法：（1）將診斷水平多功能探頭置于X線照射野的中心，探頭中心軸與射線束軸垂直，焦點距探頭中心100 cm，曝光條件為70kVp/20mAs；（2）將DIGI-13檢測模體置于X線照射野的中心，模體表面與射線束軸垂直，焦點距模體表面100 cm，曝光條件為70 kVp/20mAs；重復測量3次，取其平均值。表1和表2分別列出了CR和DR的檢測結果，由于CR、DR的國家規程沒有出臺，因此不列出設備的廠家和型號。

按照上述方法對41臺CR分別進行了檢測，涉及了6個廠家18個型號的機器。由于CR沒有國家規程、規范可參考，現只有參考JJG 744-2004《醫用診斷X線輻射源》和其他地方檢定規程，選取輻射質、空間分辨力和低對比分辨力暫時設置限值進行統計分析，要求：輻射質不小于2.0mmAl、空間分辨力不小于14Lp/cm、低對比分辨力不大于1.2%。對于單臺CR的所有項目均滿足限值要求的，也不一一詳細列出其檢測結果，對于1項及以上不滿足限值要求的，如表1所示。

表1 不滿足限值要求的CR檢測結果

從表1可以看出：輻射質小于2.0mmAl的機器為3臺；空間分辨力小于14Lp/cm的機器為4臺；低對比分辨力大于1.2%的機器為4臺；2項及其以上指標超出限值要求的機器為2臺；1項指標超出限值要求的機器為7臺。

按照上述方法對37臺DR分別進行了檢測，涉及了13個廠家25個型號的機器。由于DR沒有國家規程、規范可參考，現只有參考JJG 744-2004《醫用診斷X線輻射源》和其他地方檢定規程，選取輻射質、空間分辨力和低對比分辨力暫時設置限值進行統計分析，要求：輻射質不小于2.1mmAl、空間分辨力不小于14Lp/cm、低對比分辨力不大于1.2%。對于單臺DR的所有項目均滿足限值要求的，也不一一詳細列出其檢測結果，對于1項及以上不滿足限值要求的，如表2所示。

表2 不滿足限值要求的DR檢測結果

從表2可以看出：所有機器的輻射質均大于2.1mmAl；空間分辨力小于14Lp/cm的機器為3臺；低對比分辨力大于1.2%的機器為1臺；2項及其以上指標超出限值要求的機器為0臺；1項指標超出限值要求的機器為4臺。

評價成像性能的參數很多，空間分辨力是其中的重要參數之一[4]。空間分辨力（或高對比度分辨力）評價系統空間分辨能力，即物體內很小細節在圖像上可被識別的能力。以上檢測結果以空間分辨力超出限值要求者居多，首先從CR空間分辨力常見的影響因素進行分析：

（1）X線焦點大小對CR空間分辨力的影響。X線焦點大，圖像模糊，分辨力下降。

（2）圖像放大對CR空間分辨力的影響。圖像放大會大大提高CR空間分辨力觀測結果。

（3）IP板對CR空間分辨力的影響。像素尺寸較小IP板，可以分辨更小的物體，所以其空間分辨力較高。

（4）曝光劑量大小對CR空間分辨力的影響。曝光劑量過小，IP板接收光子數少，圖像噪聲大，無法分辨物體與背景，因此，CR空間分辨力較低。隨著曝光劑量增加，空間分辨力增大。當達到CR空間分辨力的極限劑量時，空間分辨力不會持續增大，如果曝光劑量過大，導致圖像質量惡化，降低CR空間分辨力。

（5）影響CR空間分辨力的其他因素。CR空間分辨力與射野和光野一致性、IP板清潔度及軟件系統有關，因此要及時清潔IP板，校準射野和光野及升級軟件系統[5]。

其次DR空間分辨力常見的影響因素有以下4個方面：

（1）空間分辨力的提高取決于像素的增加，像素越大空間分辨力越高，因此空間分辨力的提高不是無限的。

（2）根據X線成像原理，X線管電壓增大，增強了射線強度，使穿過物體的X線增多[6]。隨著管電壓的升高，空間分辨力增大，但管電壓增大到70kV后，空間分辨力保持相對穩定[7]。

（3）由于DR系統探測器本身的分辨力一般高于系統所配顯示器的分辨力，因此顯示器性能也會影響DR空間分辨力。

（4）影響空間分辨力的其他因素有X線焦點、SID、患者運動、曝光時間、探測器感光靈敏度、計算機圖像處理、顯示器性能等。

X線成像系統在照射射線劑量一定情況下，對同一被測物或被檢查患者，越小的物體對比度在其檢查圖像上越容易被識別。為了表征系統這一性能的優劣，用低對比分辨率評價，說明被測物內部相鄰兩低物體對比度部分（在射線垂直方向伸展可以較大）的能力。以被測物內可被檢測到的最小物體對比度（百分數）表示。低對比分辨力又稱密度分辨力，其定義為可以從均一背景中分辨出來的特定形狀和面積的低對比度微小目標。低對比分辨力受其他因素影響比較大，包括噪聲、散射線、管電壓、空間分辨力等。

（1）系統的噪聲限制了信噪比，是決定低對比分辨力的主要因素。根據成像設備的不同所產生的噪聲也會不同，CR系統有量子噪聲、結構噪聲和顆粒噪聲等，DR系統的噪聲主要是量子噪聲、電子元件形成的噪聲和重建算法的噪聲，噪聲會降低影像細節可見度。

（2）散射線（主要是由康普頓效應產生）會導致影像對比度降低。散射線的疊加會導致影像上疊加一層沒有任何診斷信息的密度，使處于影像低密度區的結構不能區別，某些低密度信號檢測不出，因而對低對比分辨力有影響。在測試時除了機器固有的濾過之外還應該加上附加濾過，這樣可以提高X線光子平均能量，使康普頓效應所產生的散射光子的散射角變小。

（3）高管電壓時，X線光子能量較高，以康普頓效應為主，因而形成了低對比影像；低管電壓時，X線光子的能量較低，以光電效應為主，形成高對比度的影像。對于同樣一個模體，管電壓升高后所形成的對比度會降低。

（4）在高的空間分辨力情況下，由于空間頻率特性好，因此觀察到的低對度細節的邊緣較清晰，易于識別。

輻射質即是輻射能量的確定，它用來表示光子穿透物質的能力，可用有效能量來表征，可以通過測量給定X線管電壓和過濾（包括固有過濾和附加過濾）條件下的半值層（half value layer，HVL）來評價線質。在X線診斷中，人們通常把施加在X線管兩極間的峰值電壓（kVp）來表示射線的線質。這是因為管電壓越高，X線管內的電子運動速度就越快，撞擊陽極靶面的能量就越高，因而產生的射線穿透物質的能力也越強。但是，由于整流裝置的效能（取決于電壓波形）、靶材料及X線管射出窗口過濾片的吸收效應，管電壓只能粗略地反映X線的線質。

對于放射影像來說，如何以較低的入射X線劑量獲得高信噪比的影像是反映探測器性能和技術水平的標志。當前廠家采用量子檢測效率（detective quantum efficient，DQE）對數字影像系統的對比度檢測能力進行表述，DQE結合了影像對比度、噪聲、空間分辨率和入射X線劑量4個重要參數。但DQE的測量是比較煩瑣的過程，影響DQE測量結果的因素也比較多，不同的測量條件和測量方法所得結果誤差也較大。

2 值得思考的地方

首先是加強交流溝通和提高服務水平。隨著醫學科學技術的飛速發展，技術先進的醫用計量器具不斷涌現，圍繞法制檢定和客戶的需求，要不斷研究新的檢測技術，開拓新的檢測項目，通過檢測發現問題，并主動與客戶交流溝通，消除事故隱患，延長儀器設備壽命、降耗增效。現代醫學診療技術和遠程會診技術的發展，需要大量的客觀信息，而這些信息幾乎都來自于測量結果。要保障如此眾多的測量數據準確可靠，離開計量的支持是不可想象的。

其次是要對設備采購調研突出重點。對該設備的檢定、校準證書，以及輸入信號、激勵信號和輸出信號等方面的計量性能重點資料（而不是廠家的宣傳資料）直接關系到該設備是否具有高性價比。

再次是為制定規程規范和開發科研產品奠定基礎。要制定規程，這樣才能領導變，而不是一味的跟著變和應付變，只有主動行動，才不會被動執行。制定規程和開發科研產品二者是相互依存的，不可分割的，二者都需要做好扎實基礎工作。該文通過對CR、DR檢測結果的分析就是希望為以后制定規程和開發科研產品提供參考。

3 結束語

CR、DR具有動態范圍大、線性好、影像層次豐富、信息量大、采集速度快和可立即網絡傳輸或遠程會診等優點，為臨床影像診斷的發展開辟了新局面。該文通過對檢測結果的分析和思考，希望為下一步的制定規程和開發科研產品提供參考。

[1]王永方.直接X線攝影技術及其臨床應用[J].中華現代影像學雜志，2008，5（5）：462-463.

[2]祁吉.計算機X線攝影[M].北京：人民衛生出版社，1997.

[3]張志元.CR、DR的質量控制[J].中華現代影像學雜志，2008，5（7）：669-671.

[4]Sameia E.Performance evaluation of computed radiography systems[J].Med Phys，2001，28（3）：361-371.

[5]曾勇明，羅天友，張志偉，等.數字X線成像系統圖像質量影響因素的實驗研究[J].實用醫學影像雜志，2008，9（2）：69-71.

[6]Sameia E.Evaluation of a flat panel digital radiographic system for low-dose portable imaging of neonates[J].Med Phys，2003，30（4）：604-607.

[7]崔志敏，穆晶偉，朱永峰.DR攝影中不同攝影仟伏對成像質量和輻射效能的影響[J].實用醫學雜志，2009，25（10）：1623-1624.