基于焦点极限分辨率频谱的X线管性能评价方法

王洪雨 孙 勇 鲁伦博 张 祯

(泰山医学院放射学院，山东 泰安 271016)

自60年代，光学中的光学传递函数(OTF)、调制传递函数(MTF)和相位传递函数(PTF)等被引入X线成像系统，引发了此系统性能测试方法的变革[4]。国际放射界在70年代提出了利用星形测试卡测试X线管焦点成像性能的原理和方法，国际电工委员会(IEC)在336/1982出版物中，也对此问题作了详细的阐述。80年代，国内放射界开始引入和使用星形测试卡对X线管焦点的成像性能进行评价并形成了一套规范的测量方法[1-3]。传统的测试极限分辨率的方法是大小焦点各选择两个mA值，量太少不足以全面反映X线管的性能；我们在传统方法的基础上将大小焦点所有mA值的极限分辨率值测出做成频谱图，力求对X光管的成像性能和稳定性做一个全面的评价。

1 测试原理

借助于星模测试卡的放大像，焦点的极限分辨率R的测试公式是:

(1)

式中的2d为X线管焦点的线布散函数的半值宽度。

R=Rp(M-1)[1]

(2)

式中的Rp为星卡像极限分辨力的值，M为星形测试卡像的放大率，又因为：

(3)

式中的Z为放大的星形测试卡像面上最外模糊区的直径，θ为星形测试卡的楔条顶角。由(2) ,(3)式导出焦点的极限分辨率的计算公式：

(4)

由(4)式可知，只要测出星形测试卡像的放大率M及星卡像上最外模糊区直径Z，以及星卡楔角θ的弧度值，即可求出焦点的极限分辨率R。

由于X线管焦点是一个面光源，所以焦点的极限分辨率分别用X线管长轴方向和X线管短轴轴方向的极限分辨率RL和RW表示[1]：

(5)

(6)

(5)和(6)式中，ZL、ZW分别为星形测试卡放大像上X线管长轴方向和X线管短轴方向的最外模糊区直径。

2 测试方法和数据处理

2.1 实验器材

北京万东HF-50R及HF-50E高频X线机(大焦点1.2，小焦点0.6)，2°星形测试卡，富士X线胶片，无增感屏暗盒，观片灯，密度计，直尺、SRX-101自动洗片机、铅字码等。

2.2 实验方法

调整X线管，使其与诊视床平行。打开视野灯，将2°星卡用胶带粘在视野窗中心，使X线焦点中心线与星卡中心在同一条垂线上。将装有胶片的无屏暗盒水平放在诊视床上，然后调整焦点至胶片的距离，使星卡放大率为2～3倍；分别用1.2 mm，0.6 mm 焦点，采用75 kV, 100 mAs进行曝光，获得星形测试卡照片。照片上的密度值在0.8～1.2之间；本方法在两个不同的X线机上各做一次。

2.3 数据处理

2.3.1将大小焦点所有MA值摄得的2°星模测试卡照片置于观片灯上(观片灯的照度为1000勒克司，观察照片上的照度以100勒克司为宜)，用三角尺测出焦点的相位传递在X线管长轴方向上和短轴方向上产生的模糊带直径ZL及ZW。

2.3.2测出各星形测试卡影像放大率M：60mm为星形测试卡的外径，Z为在星形测试卡影像直径的实测值，然后根据下式求出各星形测试卡影像的放大率M值：

(7)

2.3.32°星卡的θ值已知，再将M值及ZL、ZW代入公式(5)、(6)即求出实际焦点的极限分辨率值。

2.3 数据结果

见表1,2，图1,2。

表1 HF-50R焦点的极限分辨率

注：2°星卡，星卡直径60mm，星卡像直径154.6mm，M=2.5767。

表2 HF-50E 焦点的极限分辨率

注：2°星卡，星卡直径60mm，星卡像直径156mm，M=2.6。由于X线机性能限制，640 mA选择在60 kV、80 mAs条件下测试。

图1 HF-50R极限分辨率频谱图

图2 HF-50E极限分辨率频谱图

3 讨 论

我们选取实验室里的北京万东产HF-50E及HF-50R 高频X线机各一台，使用本研究所述的方法测出X线机球管大小焦点的所有mA对应的极限分辨率值，并做成频谱图；依照此图对X线机球管大小焦点的成像性能做了全面的评价。

通过频谱观察，我们发现无论HF-50E还是HF-50R X线机球管大小焦点长方向的成像性能均优于宽方向的成像性能，小焦点时随着mA值增加长宽方向的极限分辨率值差别增大，而大焦点时长宽方向的极限分辨率值差别较大且与mA增减无关。

无论HF-50E还是HF-50R X线机球管大焦点长宽方向的极限分辨率值远逊色于小焦点长宽方向的极限分辨率值，所以在实际摄影中为了提高图像清晰度，尽量选用小焦点低mA、高kV摄影。

无论是大焦点还是小焦点，极限分辨率值越大越好，焦点长宽方向的成像性能差别越小越好，随着mA值的变化极限分辨率值的波动越小越好。

传统的测试极限分辨率的方法是使用一个常用的kV值(75kV),mA值小焦点时选择50mA及100mA、大焦点时选择200mA及400mA，分别测出极限分辨率，大小焦点所选择的mA值数量有限，无法全面反映X线机球管大小焦点的成像性能[5-9]；本实验方法将大小焦点所有mA的极限分辨率测出并画成频谱图，全面展示了X线机球管的成像性能及系统稳定性，弥补了传统方法的不足，是一种更为有效的X线机成像性能评价法。

本实验所述的方法与其它国际标准相结合可以作为评价X线机是否合格的一个客观的、重要的方法。

[1] 陈鹤声，王淑云，袁聿德.应用2°星模测试卡对X线管焦点的极限分辨率和“等效尺寸”的测试[J]. 医疗器械, 1983,5(7):19-23.

[2] 陈鹤声，袁聿德，王淑云.2°星模的研制及其在X线成象系统中的应用[J].泰山医学院学报,1983，4(1):25-40.

[3] 王淑云，袁聿德，陈鹤声.应用2°星形测试卡对X线管焦点散焦值(晕值)的测试[J]. 医疗器械, 1984,5(7):19-23.

[4] 内田胜.画像工学[M]. 第2版.东京：通商产业研究社, 1981.

[5] 立入弘.诊疗放射线技术(上卷)[M].第3版. 东京：南江堂产业研究社，1978.

[6] 青柳泰司.诊断用X线装置[M]. 东京：コロナ株式会社, 1979.

[7] 李月卿.医学影像成像理论[M].第2版.北京：人民卫生出版社，2010:73-81.

[8] Kaftandjian V，Zhu YM，Peix G. A comparison of the ball，wire，edge，and bar/space pattern techniques for modulation transfer function measurements of linear X-ray detectors[J]. Journal of X-ray science and technology，1996,6:205-221.

[9] 崔屹. 数字图像处理技术与应用[M]. 北京：电子工业出版社，1997.