滤过对数字化胸部X射线摄影图像质量和辐射剂量的影响

曲良勇，苑翠红

上海中冶医院　放射科，上海　200941

滤过对数字化胸部X射线摄影图像质量和辐射剂量的影响

曲良勇，苑翠红

上海中冶医院放射科，上海200941

诊断用X 射线是由波长不同的混合射线构成，其中波长较长的低能射线不能穿过人体用于成像，这部分射线被人体皮肤、组织器官吸收，对身体造成一定辐射伤害[1-3]。滤过可有效滤除这部分低能X 射线。X线机的滤过分为固有滤过和附加滤过，固有滤过是指X 线机本身的滤过，包括X 线管的管壁、绝缘油层、窗口的滤过板。附加滤过是指X 线管出口到被检体之间所附加的滤过板。本文通过在缩光器窗口附加不同滤过，研究不同滤过条件下，mA s、射线剂量对数字图像质量的影响，为优化摄片条件，减少患者所受辐射剂量提供理论基础。

1　材料与方法

1.1材料

1.1.1数字化X射线机

使用北京新东方1000型X射线机，有效探测器区域为17inch×17i nch；像素矩阵为3121×3121；像素尺寸为143μm；动态采集宽度为14bit；焦点大小为0.6mm(小焦)/1.2mm(大焦)；滤线栅栅比为10:1。

1.1.2滤过材料

选用厚度为1、1.5、2、2.5、3mm的铝和厚度为1mm的铜。

1.1.3检测仪器

多功能无损X射线检测仪，瑞典奥利克公司生产，型号为巴拉库达系统，用于X射线设备的质量控制检测。

1.1.4体模

对比度－细节体模，荷兰ARTINIS公司生产、型号CDRAD2.0，可用检测数字X射线机的图像质量。

1.1.5剂量面积乘积仪

剂量面积乘积仪选用瑞典奥利克公司生产，型号Doseguard100。剂量面积乘积仪放置于多叶准直器的下方，用于测试辐射剂量与面积之积（DAP）。

1.2实验方法

1.2.1X射线机的质量控制检测

用巴拉库达系统对X射线机进行检测，主要指标包括管电压指示偏离、曝光时间指示偏离、输出量重复性、输出量线性、有用线束半值层、有用线束垂直度偏离、光野与照射野偏离。所有指标均满足国家标准要求后，再开展进一步实验研究。

1.2.2不同滤过对图像质量的影响

将剂量面积乘积仪固定于X射线机出束口处，用8cm厚度的有机玻璃模拟成人肺部平均厚度[4]，CDRAD2.0体模置于有机玻璃之间，放在检查床上，并置照射野中央，调节焦台距为100cm，照射野面积为30cm×30cm，在剂量面积乘积仪与缩光器之间分别放置1、1.5、2、2.5、3mmA l；1mmAl+1mmCu、1.5mmAl+1mmCu、2mmAl+1mmCu、2.5mmA l+1mmCu、3mmAl+1mmCu。每更换滤过曝光一次，并记录曝光参数和剂量数据。

1.2.3不同kV条件下滤过对图像质量的影响

分别在70、90、110、130kV条件下，在剂量面积乘积仪与缩光器之间放置上述所有滤过，每更换滤过曝光一次，并记录曝光参数和剂量数据。其他设置同上。

1.2.4图像质量和辐射剂量分析方法

对比度——细节体模((contrast detail phantom，CDRAD2.0)是美国核协会推荐使用检测数字X线摄影系统成像质量的标准测量体模。CDRAD2.0体模为265mm×265mm×10mm的丙烯酸平板，上面具有多个不同深度和直径的洞孔。每列洞孔的直径按指数规律从8～0.3mm变化，每行洞孔的直径同样按指数规律从8～0.3mm变化。在每个方格里，除了最上面的3行，中间有1个洞孔，在1个角上也随机排列着1个洞孔。观察者必须确定洞孔位于哪个角。由此，可将能看到的最小洞孔和其数值描绘下来，并据此计算图像质量因子（IQF，Image quality figure）。IQF定义为体模上能看到的最小洞孔的深度与直径乘积的总和，即。式中Ci和Di,th分别为第i列体模影像可分辩的最小洞孔直径及最小洞孔深度。为便于数据分析，通常以图像质量因子反数值（IQFinv，mage Quality Figure Inverse）表示，其计算方式为。IQFinv数值越大，则说明在模体影像上同一直径下可探测的最小孔径深度越浅。在同一深度下可探测的孔径质量越小，即图像质量越好。为了消除观察者个人视觉等因素对图像质量评判的影响，本研究关于图像质量分析采用体模自带的分析软件自动获得图像的IQFinv。辐射剂量大小的评判采用剂量面积乘积仪测试，在面积不变条件下，剂量面积乘积仪读数越大说明辐射剂量越高。

1.3统计学处理

所有数据录入EXCEL表格，并用SPSS13.0软件进行滤过厚度与mAs、DAP和IQFinv间的相关性分析。

2　结果

2.1不同滤过条件的管电流变化

管电压不变条件下，管电流随着滤过增加而升高[5-6]，特别是附加1mm的铜滤过时，管电流升高更加明显。与无附加滤过相比，70kV条件下，附加1mmAl滤过，mAs上升8.0%，附加3mmAl滤过，mAs上升30.8%，附加3mmAl+1mmCu滤过，mAs上升264.8%；随着管电压的升高，mAs随滤过的增加而升高的幅度明显缩小。130kV条件下，附加1～3mmAl滤过，mAs没有升高，附加3mmAl+1mmCu滤过，mAs上升30%；130kV条件下，附加滤过引起管电流的上升幅度明显＜70kV条件下管电流的上升幅度。不同滤过条件下的mAs变化，见表1。

表1　不同滤过条件下的mA s变化（mAs）

2.2不同滤过条件对辐射剂量的影响

在自动曝光条件下，随着附加滤过厚度增加，管电流随之升高，辐射剂量却明显降低[7-10]。原子序数高的铜滤过对降低辐射剂量的作用更加明显，见表2。

表2数据说明随着滤过板厚度的增加，X线束中的软射线成分减少，X线束中高能成分相对增加，直接减少了体模表面的剂量。与无附加滤过相比，70kV条件下，附加1mmA l滤过，DAP降低3.4%，附加3mmAl滤过，DAP降低12%，附件3mmAl+1mmC u滤过，DAP降低达95.2%；附加铜滤过时，滤过对降低辐射剂量作用更明显。

表2　滤过对辐射剂量的影响

2.3不同滤过条件对图像质量的影响

分别以70、90、110、130kV条件下，附加不同滤过，获得图像质量，见表3。

表3　不同滤过条件下的图像质量

从表3可以看出，随着附加滤过厚度的增加，IQFinv有降低的趋势，也就是说图像质量有下降趋势。但随着摄片管电压升高，附加滤过对图像质量的影响不断减小，管电压为130kV时，附加滤过对图像质量影响并不明显。运用于实际工作中，也就是在低管电压摄片时，附加薄的铝滤过或不加滤过，以满足摄片质量。而在高管电压摄片时，可附加厚的铝滤过或原子序数高的铜滤过来降低辐射剂量。

2.4滤过与辐射剂量和图像质量的相关性分析

在相同kV条件下，滤过板厚度与mA s之间呈明显正相关（P<0.05），说明随着滤过板厚度增加mAs也增加，致使机器的负荷增加；滤过板厚度与剂量面积乘积呈负相关（P<0.05），说明随着滤过板厚度增加辐射剂量降低。滤过板厚度与IQFinv呈负相关，但这种相关性没有显著的统计学意义 （P>0.05），说明附加滤过对图像质量的影响不明显。相关性分析，见表4。

表4　滤过与mA s、辐射剂量、图像质量的相关性

3　讨论

3.1mAs随滤过的增加而升高

滤过吸收软射线，同时也吸收部分原发硬射线，致使管球负载大幅增高。低管电压摄片时，X线束中低能射线占有量比较高，滤除了其中的低能射线。自动曝光控制下，为达到一致的图像密度，设备延长了曝光时间，使mA s变大。高管电压摄片时，X线束中高能射线占有量比较高，能够滤除的低能射线少，mA s随滤过的增加而升高的幅度明显缩小。

3.2附加滤过可明显降低辐射剂量

本实验表明，随着附加滤过板厚度的增加，X线束中的软射线成分减少，X线束中高能成分相对增加，但X射线机出束口处的剂量面积乘积明显降低，特别是原子序数高的滤过对射线的滤过作用更大，可直接导致被检者体表面的剂量减少，降低被检者发生随机效应的风险。

3.3附加滤过对图像质量的影响

不同管电压条件下，附加滤过对图像质量的影响不同。低管电压条件下摄片（70kV和90kV），附加过厚的滤过或原子序数较高的滤过，吸收了大量低能射线，也吸收了一部分用于成像的原发射线，导致成像板获得的射线少使图像质量降低。线束硬化、康普顿散射增多，滤线栅抗散射的能力不足以吸收掉大量高能散射线而使图像清晰度下降，降低了图像质量。高管电压（130kV）条件下摄片，原发射线多为波长较短的高能射线，能够穿透附加滤过或原子序数较高的滤过用于成像，所以附加滤过对图像质量影响不大。

本实验结果表明，附加一定厚度滤过板和利用高原子序数的滤过能降低辐射剂量，但对图像质量的影响不大。在设备负荷能够承受的条件下，应尽量附加滤过，特别是某些D R设备本身在缩光器上带有滤过选项按钮，操作者应积极使用这些滤过功能来降低辐射剂量，尽量使放射线剂量降低至合理的程度，以降低被检者接收辐射剂量的风险。

[参考文献]

[1] 王新明,邳建庭,马永忠,等.附加滤过对高千伏尘肺摄影受检者剂量影响实验研究[J].中国职业医学,2011,38(4):330-331.

[2] 罗来树,许美珍,芦春花,等.D R的铜滤过技术在胸部高千伏摄影中的应用[J].中国辐射卫生,2009,18(1):78-79.

[3] 王鹏程,刘世民,曹允希,等.高千伏摄影附加滤过与皮肤入射剂量相对关系的实验研究[J].中国医学物理志,2002,19(1):1-2.

[4] 林宇宁.X线曝光参数的最优化及其与图像质量和放射剂量之间的相关性研究[D].西安:第四军医大学,2007.

[5] 许传虓,周平,陈华芳,等.D R摄影中滤过板的合理选择[J].内蒙古中医药,2011,30(20):91-92.

[6] 赫英辉,邓振生,高凯,等.附加铝质滤过板对X线图像质量和患者吸收剂量的影响[J].第四军医大学学报,2006,27(11): 1002-1004.

[7] 高志军,王新明,白立新,等.高仟伏摄影附加滤过对受检者皮肤剂量的影响[J].职业与健康,2012,28(20):2437-2439.

[8] 陈新沛,代秀红,王骏,等.髋关节X线摄影中性腺防护的探讨[J].中国医疗设备,2012,27(5):136-137.

[9] 王占宏,于薇,毕涛,等.胸部摄影附加滤过对辐射剂量的影响[J].中国医学影像学杂志,2012,20(2):100-102.

[10] 黄光辉,李可女.滤过板与摄片kV关系的实验研究[J].中华放射医学与防护杂志,2005,25(5):464-465.

本文作者：曲良勇，副主任技师，主要从事医学影像技术和医学影像质量控制方面研究。

作者邮箱：quliangyon g@126.com

[中图分类号]R144

[文献标志码]A

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.02.011

[文章编号]1674-1633(2014)02-0044-03

收稿日期：2013-07-05修回日期：2013-09-25

Effect of Filter on Image Quality of Digital Chest Radiography and Radiation Dose

QU Liang-yong,YUAN Cui-hong
Department of Radiology, Zhongye Hospital of Shanghai, Shanghai 200941, China

[摘要]目的研究滤过对数字图像质量和辐射剂量的影响。方法在1、1.5、2、2.5、3mmA l，1mmA l+1mmCu、1.5mmA l+1mmCu、2mmAl+1mmCu、2.5mmAl+1mmCu、3mmAl+1mmCu滤过条件下，分别以70、90、110、130kV进行曝光。用8cm厚度的有机玻璃模拟成人肺部平均厚度，以CDRAD2.0体模评价图像质量，以剂量面积乘积仪测得参数表示辐射剂量，观察不同滤过对mAs、图像质量及辐射剂量的影响。结果在自动曝光条件下摄片，随着滤过厚度的增加或附加高原子序数滤过，mAs明显增加，辐射剂量明显降低。70kV和90kV摄片时，附加不同滤过对图像质量有一定影响，130kV时，附加滤过对图像质量的影响并不明显。结论在保证图像能够满足诊断要求和设备负荷能够承受的前提下，适当增加附加滤过板厚度和利用高原子序数的滤过能降低辐射剂量。

[关键词]X线机；多叶准直器；滤过材料；数字化X射线摄影；图像质量；辐射剂量

Abstract：ObjectiveTo explore the effect of different fi lter on digital image quality and radiation dose.MethodsUnder the different fi lter by 1mmAl, 1.5mmAl,2mmAl, 2.5mmAl,3mmAl, 1mmAl+1mmCu, 1.5mmAl+1mmCu,2mmAl+1mmCu, 2.5mmAl+1mmCu,3mmAl+1mmCu,70kV,90kV, 110kV and 130kV were exposed respectively. Having a8cmorganic glass simulating average thickness of adult pulmonary tissue, effect of different fi lter on mAs, image quality and radiation dose could be observed through image quality evaluated by CDRAD2.0phantomand radiation dose detected by dosearea product meter.ResultsUnder the automatic exposure mode, with the thicker or higher Z fi ltration, mAs increased signif i cantly, while radiation dose decreased obviously. Under the exposure of70kV and90kV, the different fi lter had evident effects on the image quality, but not under 130kV.ConclusionUnder the premise of calculated image quality and equipment not overload, the appropriate thicker and higher Z fi ltration can reduce radiation dose.

Key words：X-ray device; multileaf collimator; fi ltration material; digital radiography; image quality; radiation dose