數字斷層融合胸部成像曝光參數與圖像質量相關性研究＊

郁仁強，曾勇明△，趙 峰，彭 剛，彭盛坤，譚 歡，王 杰，劉 瀟，蔡文晶

（1.重慶醫科大學附屬第一醫院放射科 400016；2.島津企業管理（中國）有限公司，北京100020）

數字斷層融合（digital tomosynthesis，DTS）技術是近幾年的一種新的成像技術，其優點是成像時間短、輻射劑量低、三維容積成像［1－2］。傳統的X線斷層攝影一次曝光僅能獲取一層圖像，而DTS可以一次性獲取選定部位的全部容積信息。DTS技術成像能有效避開周圍組織的重疊與干擾，清晰的顯示每一層的感興趣層面，提高了組織分辨能力。DTS技術已經被證實成功應用于骨骼、骨關節、腎臟等多個組織及器官的影像學檢查［3－5］。本文應用仿真胸部體模，就胸部DTS技術曝光參數對圖像質量的影響進行分析，探討胸部成像曝光參數的優化方法。

1 材料與方法

1.1材料 掃描所用體模為N1“Lungman”型亞洲標準體型成年男性仿真胸部體模。它具有胸壁、肋骨、脊柱，肺、心臟、氣管支氣管以及肺紋理等結構，其仿真組織對X線衰減與人體等效。采用日本島津公司SONIALVISION SafireⅡ數字化大平板X線透視攝影系統及后處理工作站。

1.2方法 在 Tomo Chest/Abd模式下，（1）固定 mAs（0.5 mAs），分別選擇60、70、80、90、100、110、120kV及130kV，采用系統默認的重建方式［層高100mm，層間距5mm，范圍200 mm，濾波反投影（filter back－projection，FBP）/層厚＋＋］重建后評價圖像質量；（2）固定kV（100kV），分別選擇0.5、0.56、0.63、0.71、0.8、1.0、1.6mAs及3.2mAs采用默認重建方式（層高100mm，層間距5mm，范圍200mm，FBP/層厚＋＋）重建后評價圖像質量。

1.3評價標準及圖像選擇 默認方式的重建圖像。評價圖像時，不對圖像灰度和對比度做任何調整。評價標準為五級評分法。5分：圖像整體對比度好，各組織結構（氣道、肺紋理、軟組織及骨骼）均清晰可見；4分：圖像整體對比度較好，各組織結構75%以上清晰可見；3分：圖像整體對比度中等，各組織結構50%以上清晰可見；2分：圖像整體對比度稍差，各組織結構25%以上可見；1分：圖像整體對比度差，各組織結構僅25%以下可見。

從每一序列的41幅重建后圖像中均取出第1、7、14、21、28、35幅圖像，即一個序列用6幅圖像代表。kV組和mAs組共16個掃描序列、96幅圖像。將圖像編號并將順序打亂，由兩位放射科醫生根據以上制訂的影像圖像五級評分法做相關的說明，并以相應的圖像做實例，然后采用盲法評價，并記錄每幅圖像的得分情況，對于有分歧的評價，于評價結束后再行商量并得出結果。

1.4統計學處理 采用SPSS13.0軟件進行數據處理。采用Kappa值評價兩名醫生對圖像的判斷結果一致性，Kappa≤0.40時，表明一致性較差；0.40＜Kappa≤0.60時，表明中度一致；0.60 ＜Kappa≤0.80時，表明較高度的一致性；Kappa＞0.80時，表明有極好的一致性。用s表示每個序列中6幅圖像的平均的得分。

2 結 果

2.1一致性檢驗 兩位放射科醫生采用盲法對kV組和mAs組圖像評價的一致性如下：在共96幅圖像中，評分一致的圖像有84幅，評分不一致的圖像有12幅。其中，兩名醫生均評價為5分的圖像有21幅；均評價為4分的圖像有17幅；均評價為3分的圖像有22幅；均評價為2分的圖像有17幅；均評價為1分的圖像有7幅；得出的Kappa值為0.84，表明兩位放射科醫生對kV組和mAs組圖像質量的評價有極好的一致性。

2.2固定 mAs變化 kV 組 各 kV 組（60、70、80、90、100、110、120和130kV）得分情況分別為2.50±0.55、2.67±0.82、3.67±1.37、4.00±1.27、4.00±1.27、4.00±1.27、3.83±1.67和3.00±0.89，其中，曝光參數90、100和110kV時得分最高。

2.3固定 kV 變化 mAs組 各 mAs組（0.5、0.56、0.63、0.71、0.8、1.0、1.6和 3.2mAs）得分分別為3.83±1.17、3.67±1.21、3.50±1.23、3.33±1.37、3.00±1.41、2.67±1.21、2.67±1.21和1.33±0.52，其中，曝光參數0.5mAs得分最高。

圖1 曝光條件60kV、0.5mAs

圖2 曝光條件100kV、3.2mAs

2.4曝光參數與圖像質量的關系 圖1～3為同一層面不同曝光參數得到的影像。當采用低管電壓（60kV）、低管電流量（0.5mAs）的曝光條件時，X線能量不夠，穿不透成像結構，獲取的信息量不多，僅部分肺門處肺紋理可顯示，圖像對比度差，噪聲明顯（圖1）；當采用較高管電壓（100kV）、較高管電流量（3.2mAs）曝光條件時，無法形成有利的對比，圖像透亮使肺紋理顯示較差（圖2）；適中的曝光條件（90kV、0.5mAs）時，DTS圖像對比較好，圖像中氣道、肺紋理、軟組織及骨骼均顯示清晰（圖3）。雖然DTS屬于數字成像技術，但曝光條件過低的圖像（圖1）經過灰度和對比度的調整，仍難于取得較好的圖像質量（圖4）。

圖3 曝光條件90kV、0.5mAs

圖4 經灰度及對比度調整后

3 討 論

隨著平板探測器技術的不斷改進，DTS技術使數字X線攝影在容積成像領域變成現實。DTS技術目前尚屬于一項新技術，對于大多數的放射學工作人員及臨床醫生而言比較陌生，即使是設備公司也未提供實際操作的掃描參數范圍。本研究旨在探索DTS技術在胸部斷層掃描的參數范圍，供在實際工作中有據可依。

胸部X線片檢查是放射科常見的檢查。由于胸部是一個組織結構層次比較豐富的部位，包括低密度的氣道、肺組織，中等密度的軟組織、縱隔及高密度的多種骨組織，可能涉及的病變類型很多，放射學工作人員及臨床醫生希望通過一次影像檢查能夠將胸部組織全部顯示出來。普通X線攝影存在一定漏診的可能及定位不準的缺陷，特別是在肺癌小結節的早期診斷方面，CT雖然在作為胸部小結節檢出的金標準，但其花費昂貴，并且輻射劑量相當高［6］。DTS技術吸收了傳統的斷層攝影技術的思想，集成了CT檢查中斷層成像及普通X線攝影低劑量的優點，而且與CT相比，在一定程度上降低患者的醫療支出。DTS技術的缺點，主要在于可能出現多種偽影［7］，及胸部檢查時需要患者屏住呼吸時間稍長。

DTS成像遵循傳統X線成像原理：圖像質量受kV及mAs影響。kV主要影響圖像整體的對比度，當 mAs（0.5 mAs）固定時，低的kV（如60kV）代表著低能量的X線，無法穿透成像結構（胸部）形成有效的對比；相反，高的kV（如130 kV）穿透成像結構（胸部）的X線過多，圖像的整體對比度低，亦不利于病變的檢出。mAs主要影響圖像整體的灰度，當固定100kV時，用0.5mAs DTS掃描所得的圖像已有較高的質量評分；當mAs增大時，圖像質量有所下降，當mAs上升至3.2mAs時，雙側肺野內出現明顯曝光過度的現象，無法辨別肺野內的結構。

DTS技術屬于數字成像，數字成像的優勢在于獲取原始圖像后，可通過圖像后處理進行圖像的灰度和對比度調整。然而，數字影像的形成仍需要在適宜曝光條件下才能具有診斷價值。本研究中發現SONIALVISION SafireⅡ數字化大平板X線透視攝影系統中胸部DTS檢查的最適宜曝光參數范圍為：管電壓90～110kV、管電流量0.5mAs，既能保證圖像整體對比度較好，又能使胸部組織結構有良好的顯示。

放射診斷學檢查在給患者帶來益處的同時，同樣存在著潛在的危害。在保證圖像質量的同時，遵循盡可能的低劑量（as low as reasonably achievable，ALARA）原則，降低患者所接受的輻射劑量。由于本體模代表了經過等效性驗證的亞洲成年男性標準體型，故對于標準體型成人胸部DTS掃描，權衡圖像質量及輻射劑量兩方面因素，本實驗推薦的曝光參數為90 kV、0.5mAs。在實際工作中，放射工作人員可以根據受檢者的實際情況（如患者的身高、體質量、疾病等），做相應的調整。

［1］Ren L，Zhang J，Thong phiew D，et al.A novel digit al－tomsis（DTS）reconstruction method using a deformation field map［J］.Med phys，2008，35（7）：3110－3115.

［2］Svalkvist A，Mansson LG，Bath M.Monte Carlo simulations of the dosimetry of chest tomosynthesis［J］.Radiat Prot Dosimetry，2010，139（1/2/3）：144－152.

［3］田軍，鞏武賢，張殿星，等.數字化斷層融合在隱蔽骨折診斷中的應用［J］.中華放射學雜志，2011，45（6）：566－568.

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［6］Vikgren J，Zachrisson S，Svalkvist A，et al.Comparison of chest tomosynthesis and chest radiography for detection of pulmonary nodules：human observer study of clinical cases［J］.Radiology，2008，249（3）：1034－1041.

［7］Machida H，Yuhara T，Mori T，et al.Optimizing parameters for flat－panel detector digital tomosynthesis［J］.Radiographics，2010，30（2）：549－562.