數字乳腺X射線攝影系統自動曝光控制的方法

深圳藍韻醫學影像有限公司 （廣東 深圳 518000）

內容提要：針對曝光參數直接影響圖像質量，而數字乳腺X射線攝影系統不容易快速穩定的獲取合適的曝光參數的問題，現提出一種自動曝光控制的方法。首先利用壓迫厚度和壓迫力計算預曝光參數；然后利用預曝光參數采集預曝光圖像；最后根據預曝光參數和預曝光圖像中乳腺區域的灰度均值計算正式曝光參數，并獲取正式曝光圖像。臨床結果表明，利用這種方法獲取的圖像信息豐富、對比度好，有效提高乳腺癌的檢出率。這種方法滿足乳腺癌篩查的需求，具有臨床應用價值。

隨著社會經濟的發展，人們生活方式已經發生很大改變，性成熟期提前、絕經期延后、不生育、晚生育、不哺乳、不良情緒、不健康的生活方式等因素，使乳腺癌發病率逐年增高，已成為對婦女健康威脅最大的疾病。

美國紐約市在上世紀60年代實施了健康保健計劃，該計劃對60969位女性進行乳腺癌普查，同時設有相同數量的對照組人群。經過18年的觀察，對照組中有163位死于乳腺癌，而普查組僅為126位，病死率低23%，證明乳腺癌篩查是降低乳腺癌病死率的行之有效的方法[1]。

常用的乳腺癌篩查的影像方法包括數字乳腺X射線攝影、乳腺超聲及乳腺磁共振成像[2-4]。與乳腺超聲和乳腺磁共振成像相比，數字乳腺X射線攝影能夠發現無癥狀患者或臨床初診陰性的腫瘤，并且操作簡單、檢查費用低及無創傷性，成為乳腺癌普查的首選影像方法[5]。

乳腺主要由脂肪和敏感的腺體組成，過量的X射線照射會引起乳腺組織的病變，因此，如何選擇合理的曝光參數來獲取滿足診斷的圖像是放射工作者們關注的焦點之一[6]。傳統的方法是利用電離室來控制高壓發生器的放線量，這種方法不僅會增加設備的成本，而且在一定程度上會對通過乳腺組織的X射線產生二次衰減，降低信號質量。針對上述問題，本文提出了一種自動曝光控制的方法，包括預曝光和正式曝光兩個過程。

1.預曝光

預曝光的目的是利用低劑量曝光探測乳腺組織的致密度。

第一，對乳腺進行壓迫，壓迫的原則是在受檢者能承受的前提下盡量把乳腺組織壓薄。壓迫時，實時獲取壓迫厚度Thickness（單位mm）和壓迫力Force（單位N）。

第二，利用Force和公式（1）計算預曝光的mAs值，記為mAs1：

第三，利用Thickness和公式（2）計算預曝光的管電壓值，記為KV1：

第四，用KV1和mAs1進行預曝光，獲取預曝光圖像A。

2.正式曝光

第一，利用OTSU算法對圖像A進行分割，提取出乳腺區域。

第二，統計乳腺區域內像素點的數量PointsNumber及像素點灰度值的總和SumGray，利用公式（3）計算乳腺區域的灰度均值MeanGray：

第三，根據mAs1和MeanGray，利用公式（4）計算正式曝光的mAs值，記為mAs2：

其中，TargetGray為目標灰度值，Offset為本底暗場值，這兩個參數與探測器類型有關。

第四，正式曝光的KV值與預曝光保持一致，記為KV2，即：

第五，用KV2和mAs2進行正式曝光，獲取正式曝光圖像B。

3.試驗結果與分析

從實驗室模體測試和臨床測試兩個維度驗證本文方法的有效性。

3.1 實驗室模體測試結果分析

測試4cm模體時mAs值的穩定性。將壓迫盤壓到模體上，依次曝光10次，記錄每次曝光的mAs值，利用公式（6）計算mAs的平均值mAsMean，利用公式（7）計算每次mAs值與mAsMean的偏差，結果見表1。

表1. 4cm模體的測試結果

其中，i表示曝光的次數。

如表1所述，每次曝光的mAs值與平均值的偏差都小于1%，說明本文方法算出的mAs值是穩定的。

3.2 臨床測試結果分析

臨床上，曝光參數的高低主要通過圖像質量呈現，曝光參數過低，則圖像的層次很差，無法滿足臨床診斷；曝光參數過高，則圖像中乳腺組織的邊緣會出現鋸齒狀現象，丟失有用信息，存在漏診的可能。收集了利用本文方法采集的200例乳腺癌篩查病例，包括56例致密型腺體（腺體區域占75%以上）、35例脂肪型腺體（脂肪區域占75%以上）和109例混合型腺體（腺體區域和脂肪區域各占50%左右），沒有出現組織層次差或組織邊緣鋸齒狀的現象，圖像質量均能滿足臨床診斷。每例包括RCC、LCC、RMLO和LMLO四個部位，圖像效果如圖1所示。

圖1. 臨床圖像效果

4.小結

本文提出的自動曝光控制的方法對于所有類型的乳腺，均能穩定、高效地獲得合適的曝光參數。臨床結果表明，利用本方法采集到的圖像信息豐富、對比度好，能有效提高乳腺癌的檢出率，滿足乳腺癌篩查的需求；并且，穩定的曝光參數輸出，保證了一次拍片的成功率，降低重拍率和受檢者的招回率，有效提高檢查的效率，降低受檢者的額外輻射損傷。