DR 設備利用信號傳遞特性得出準確劑量指示質量控制方法的研究

李杰軍，程遠達，高艷輝，王 雷，趙紅楓（通信作者）

（北京市朝陽區疾病預防控制中心放射衛生科 北京 100021）

數字X 射線攝影（digital radiography，DR）屬于數字化X 線攝影技術，是目前最常用的一種醫學X 射線成像裝置[1-2]。放射診療設備的使用頻率較高，性能易產生偏差，根據《放射診療管理規定》及WS76-2020，DR 設備需在不同階段完成驗收檢測及狀態檢測等質量控制檢測工作[3]。其中DR 設備專用檢測項目的第一項為探測器劑量指示（detector dose indicator，DDI），其為顯示影像采集過程中影像探測器劑量指數，是DR 設備檢測最重要的輻射劑量指標[2,4]。DDI 項目的檢測方法為根據DR 設備生產廠家提供的DDI 公式進行驗證，既往的研究發現國內提供公式的廠家很少，實際的檢測中主要還是圍繞系統原始預處理圖像的DDI 值或者像素值（此數值以下簡稱基線值）得出檢測結果[4-5]。DDI 項目檢測選用盡量接近10 μGy 的劑量，建立劑量與管電流時間積（mAs）設置關系，測定對應的基線值[6-7]。但在實際工作中，DR 設備的驗收中基線值建立率均達不到100%，個別建立基線值與狀態檢測得出的基線值偏差較大乃至出現不合格情況[8]。以上問題均需考慮進一步明確設備如何建立準確基線值，且現有研究并未有合理統一的方法。

解決以上問題的核心是對測量結果進行有效的劑量修正，最科學的結果是把劑量歸一到10 μGy，計算出平均像素值跟基線值比較。而歸一到10 μGy 劑量的方法無法在檢測中準確得出，需要通過劑量與像素值的關系公式計算得出。信號傳遞特性（signal transfer property，STP）反映的是影像接收器入射面影像中心區域測量的平均像素值和影像探測器接受的入射空氣比釋動能之間的一種相互關系[9-10]。本文發現通過DR 設備專用檢測項目中的STP 可以建立起此關系的公式。本文對此方法進行了相關DR 設備的現場實驗，發現此方法可在不更改標準檢測方法和流程的基礎上，只增加計算過程即可為DDI 項目得出相對準確的基線值，對DR 的質量控制檢測的提高具有一定意義。

1 資料與方法

1.1 實驗材料

意大利GENERAL Medical MERAT 公司產SYNTHESIS型DR 攝影機，北京GE 公司產Brivo XR515 型DR 攝影機，X 射線多功能檢測設備UnforsXi，激光測距儀，銅濾過板厚為1.0 mm，面積為15 cm×15 cm，對應其DR 機后處理系統。檢測設備均在中國計量科學研究院進行校準，且均在檢測有效期內。

1.2 質量控制

現場檢測人員在實施檢測前均進行培訓，并嚴格按照檢測規范WS76—2020《醫用X 射線診斷設備質量控制檢測規范》中要求的方法開展檢測。

1.3 檢測方法

實驗用DR 設備已具備驗收等正常曝光狀態，同時觀察DR 設備可以獲取預處理圖像及像素值。影像接收器入射空氣比釋動能（μGy）通過劑量修正因子修正后得出。分別選取影像接收器入射空氣比釋動能約1、5、10、20 和30 進行曝光（實際劑量為盡量接近以上5 個的檢測劑量），注意需在預處理圖像中央選取面積約10 cm×10 cm 感興趣區（region of interest,ROI），平均像素值，以下分別通過兩個品牌的DR 攝影機驗證此方法[4]。檢測方法見表1、圖1 ～圖4。

圖1 如有可能，取出濾線柵，設置SID（有效焦點中心至影像接收器表面的距離）為180 cm，如達不到則調節SID 為最大值

圖2 調整光野完全覆蓋影像接收器及檢測劑量探頭

圖3 1.0 mm 銅濾過板擋住限束器出束口

圖4 獲取一幅預處理影像中央面積約10 cm×10 cm ROI 像素值

表1 DR 設備的專用檢測項目與技術要求[4]（9.1 ～9.2）

2 結果

2.1 SYNTHESIS 型DR 攝影機檢測結果

根據表2 中數值，以平均像素值為縱坐標，影像接收器入射表面空氣比釋動能值為橫坐標進行擬合，得出劑量與像素值擬合對數曲線，見圖5。SYNTHESIS型DR 攝影機的劑量與像素值對數相關公式為y=-1 455ln（x）+7 311.1，回歸到劑量x=10 μGy，得出像素值y=3 961，以此值建立基線值才是按標準要求準確的10 μGy 基線值。

圖5 SYNTHESIS 型DR 攝影機的劑量與像素值擬合對數曲線

表2 SYNTHESIS 型DR 攝影機檢測結果

2.2 Brivo XR515 型DR 攝影機檢測結果

根據表3 中數值，以平均像素值為縱坐標，影像接收器入射表面空氣比釋動能值為橫坐標進行擬合，得出劑量與像素值擬合線性曲線，見圖6。Brivo XR515 型DR 攝影機的劑量與像素值線性響應公式為y=140.33x-2.344 5，回歸到劑量x=10 μGy，得出準確的像素值y=1 401，以此值建立基線值才是按標準要求準確的10 μGy 基線值。

圖6 Brivo XR515 型DR 攝影機的劑量與像素值擬合線性曲線

表3 Brivo XR515 型DR 攝影機檢測結果

3 討論

3.1 需滿足STP 項目合格

選擇回歸到10 μGy 的方法測定DDI 項目的一個重要前提條件即為信號傳遞特性（STP）需要符合驗收及狀態檢測的判定標準（R2≥0.98/R2≥0.95）[4]，這是通過計算得出準確DDI 或者像素值的基礎。在DR 專用項目的檢測過程中，STP 作為檢測項目的第一項，為后續的DDI 及響應均勻性等項目建立符合檢測要求的公式。

3.2 適用于不同的DR 品牌和設備

本文的兩臺實驗DR 設備，STP 關系分別為對數和線性相關，對于此方法是否適用于其他品牌及型號的DR 設備，本文依據WS76-2020 中9.3 響應均勻性項目，各品牌DR 攝影機STP 的關系，均為線性響應、對數相關、冪相關三個相關性的其中一種，所以對于不同品牌的DR 設備，均可以通過擬合回歸曲線的方法歸一到10 μGy，再計算出準確的基線值，不受DR 品牌型號的限制。

3.3 對DR 設備狀態檢測的意義

DR 設備后續的狀態檢測，均存在各檢測人員對標準理解存在差異，方法不統一的情況。如不同機構的2 次檢測的設置參數一致，但劑量結果誤差很大，或者為了使檢測劑量接近10 μGy，曝光參數差別較大，導致驗收檢測建立的基線值不準確，結果不合理，通過上文的計算方法，狀態檢測DDI 相對偏差（%）=[（歸一到10 μGy 像素值-基線值）/基線值]×100%，利用歸一到10 μGy 與驗收得到的基線值比較，得出的相對偏差是最合理準確的[7]。

3.4 是否完全按照標準中檢測流程的探討

此方法的檢測過程是按照WS76-2020 要求完成的，僅有WS76 標準中9.1.2 的要求選取參考劑量約10 μGy條件下重復曝光三次，是否在此方法中有必要，依據擬合實驗數據越多，擬合效果越好，相關度越高，計算結果更準確，是可以在此方法中延續，但需要在規定方法中統一要求。

3.5 對流程質控的要求

所涉及的質控檢測的設備，必須進行檢定校準，并在實際工作中準確使用檢測設備的劑量修正因子修正，才能得到科學準確的基線值。

綜上所述，現行的DR 設備檢測標準WS76-2020 于2021 年5 月1 日開始實施，其中通用檢測項目實施多年，其檢測方法和結果已無太大爭議，但對于DR 專用檢測項目中的DDI、高、低對比度分辨力等需要建立基線值項目，由于對項目檢測方法及意義的描述相對不足，模體規格參數不統一[11]，在實際工作中給相關設備的質量控制檢測留下一定改進的方向，未來需要相關專業同仁深入學習理解，摸索各品牌DR 設備規律，更新完善標準方法。