数字乳腺X线摄影曝光模式对乳腺体模图像质量和辐射剂量的影响

谭 欢，曾勇明，朱明霞

（重庆医科大学附属第一医院放射科，重庆 400016）

美国和日本等国家早已规定：40岁以上女性每年必须进行乳腺X线检查以筛查乳腺癌［1－2］。我国也越来越重视乳腺癌的筛查工作［3－4］。由于乳腺腺体组织的性质与X线的吸收有关联，因此在乳腺X线摄影时，探讨乳腺不同组织的最适宜曝光模式和曝光参数有助于对患者辐射剂量实施有效的控制，以避免医源性辐射导致的乳腺癌等疾病的发生。国内外有对乳腺体模的相关研究，但本研究重点比较在不同曝光参数下不同模拟病变的图像质量受影响的情况。与既往研究比较，本研究采用乳腺体模作为实验对象，可反复实验，保证了实验数据的准确性，同时避免了对患者不必要的辐射。

1 材料与方法

1.1 主要材料和设备 Fluke NA 18－220乳腺体模由模拟纤维组织、模拟钙化群和模拟团块3种试验材料构成，相当于50%的腺体和50%的脂肪压迫后厚度为4.2cm的乳腺组织。见图1。

图1 Fluke NA 18－220型乳腺体模的模拟结构图Fig.1 Simulated structure chart of Fluke NA 18－220breast phantom

采用美国GE公司的Senographe DS全数字化乳腺钼铑双靶摄影机和SecurViewDX后处理工作站 （含5MBARCO高分辨率医用显示器）。

1.2 实验方法 将乳腺体模水平放在摄影台中间且与胸壁侧边缘对齐，施加压力，使压迫厚度与体模厚度相同 （4.2cm），此时压力为40N。加压后再将丙烯酸圆盘置于压迫板上方与乳腺体模中第一、二根纤维中间下方的固定位置上。曝光模式：①自动曝光，分别应用低剂量 （DOSE）、标准（STD）和高对比度 （CNT）3种曝光模式；②手动曝光，固定管电流量32mAs，分别改变管电压为 25、26、27、28、29、30、32、34、36、38和40kV曝光11次；固定管电压29kV，分别改变管电流量为20、32、40、45、56、63、80、100、125、160和200mAs曝光11次。记录各曝光条件下平均腺体剂量 （average glandular dose，AGD）数值。

1.3 图像质量评价 根据美国放射学会（American College of Radiology，ACR）评分标准［5］，由3名具有5年以上临床经验的影像诊断医生在相同观片条件下分别对自动和手动曝光产生的体模影像中的模拟纤维组织、模拟钙化群和模拟团块的图像质量进行评分。

1.4 统计学分析 采用SPSS 17.0统计软件进行数据分析。3种模拟病变的图像质量评分以表示，组间比较采用方差分析，以α＝0.05为检验水准。手动曝光模式下，管电流量和管电压与AGD的相关性分析采用回归和曲线拟合法。

2 结 果

2.1 自动曝光模式下3种模拟病变的图像质量评分 模拟纤维组织在3种自动曝光模式下的图像质量评分比较差异有统计学意义 （P＜0.05），模拟钙化和模拟团块在3种自动曝光模式下的图像质量评分比较差异无统计学意义 （P＞0.05）。见表1。

2.2 手动曝光模式下3种模拟病变的图像质量评分 固定管电压为29kV，改变管电流量曝光，模拟纤维组织、模拟钙化和模拟团块的图像质量评分随着管电流量的增加而增加。图像质量评分趋势：模拟纤维组织的图像质量评分随着管电流量的增加而逐渐增大，在3种病变中增幅最大；模拟团块的图像质量评分也随管电流量的增加而增大，增幅次于模拟纤维组织，但当管电流量升到125mAs时，其图像质量评分出现下降趋势；模拟钙化随管电流量的增大增幅最小，20～40mAs时，其图像质量评分呈上升趋势，40～160mAs时，其图像质量评分无变化，160～200mAs时，其图像质量评分稍升高。见表2。

表1 不同自动曝光模式下3种模拟病变的图像质量评分Tab.1 Quality scores of images of three simulated lesions under different automatic exposure modes （）

表1 不同自动曝光模式下3种模拟病变的图像质量评分Tab.1 Quality scores of images of three simulated lesions under different automatic exposure modes （）

“－”：No data.

Automatic exposure mode Qualityscore DOSE STD CNT.00 Specks 4.00±0.00 4.00±0.00 4.00±0.00 － －Masses 3.67±0.29 3.83±0.29 4.17±0.58 1.17 0.F P Fibers 3.83±0.29 4.50±0.00 4.50±0.00 25.00 037

表2 29kV管电压时不同管电流量下3种模拟病变的图像质量评分Tab.2 Quality scores of images of three simulated lesions under different tube loadings with 29kV tube voltage（）

表2 29kV管电压时不同管电流量下3种模拟病变的图像质量评分Tab.2 Quality scores of images of three simulated lesions under different tube loadings with 29kV tube voltage（）

Group Qualityscore（I／mAs）.00 4.67±0.29 5.00±0.50 Specks 3.00±0.00 3.83±0.29 4.00±0.00 4.00±0.00 4.00±0.00 4.00±0.00 Masses 2.67±0.29 3.33±0.29 3.50±0.00 3.50±0.00 3.83±0.29 3.83±0.29 Group Qualityscore 20 32 40 45 56 63 Fibers 3.50±0.00 3.83±0.29 4.00±0.00 4.50±0.29 6.00±0.00 20.39 0.00 Specks 4.00±0.00 4.00±0.00 4.00±0.00 4.00±0.00 4.17±0.29 19.10 0.00 Masses 4.00±0.50 4.50±0.00 4.50±0.50 4.33±0 F P Fibers 5.17±0.58 5.50±0.00 5.50±0.50 5.67±080 100 125 160 200.29 4.17±0.58 8.21 0.00

固定管电流量为32mAs，改变管电压进行曝光，模拟纤维组织、模拟钙化和模拟团块的图像质量评分随着管电压的增加而增加。图像质量评分的趋势：模拟纤维组织的图像质量评分随着管电压的增加变化最大，25～32kV，其图像质量评分呈上升趋势；32～36kV，其评分无变化；36～40kV，其评分成下降趋势；模拟团块的图像质量评分变化幅度次于模拟纤维，25～36kV，其评分呈缓慢上升趋势，36～40kV，图像质量评分出现下降趋势；模拟钙化随管电压的增大变化最小，25～27kV，其图像质量评分呈上升趋势；27～40kV，其评分几乎无变化。见表3。

2.3 自动曝光模式的曝光参数和AGD值 自动曝光模式中DOSE模式的管电压为29kV，管电流量为33mAs，AGD值为0.81mGy；STD模式的管电压为28kV，管电流量为43mAs，AGD值为0.97mGy；DOSE模式的管电压为29kV，管电流量是75mAs，AGD值是1.74mGy。DOSE模式的AGD值最低，CNT模式的AGD值最高，相当于DOSE模式的2倍。

2.4 手动曝光模式中管电压和管电流量与AGD值的相关性 固定管电压为29kV时，管电流量由20mAs升至200mAs，AGD值由0.45mGy升至4.54mGy，增加了909%，管电流量与AGD呈线性正相关关系 （R2＝0.998，t＝62.085，P＝0.000）。AGD＝－0.002＋0.022×管电流量。

固定管电流量为32mAs时，管电压由25kV升至40kV，AGD值由0.39mGy升至2.52mGy，增加了546%，管电压的平方与AGD成正相关关系 （R2＝0.979，t＝20.323，P＝0.000）。AGD＝－1.041＋0.002×管电压2。见图2和3。

表3 32mAs管电流量时不同管电压下3种模拟病变的图像质量评分Tab.3 Quality scores of images of three simulated lesions under different tube voltages with 32mAs tube loading（）

表3 32mAs管电流量时不同管电压下3种模拟病变的图像质量评分Tab.3 Quality scores of images of three simulated lesions under different tube voltages with 32mAs tube loading（）

Group Qualityscore（U／kV）.58 4.00±0.50 4.33±0.29 Specks 3.33±0.29 3.33±0.29 4.00±0.00 3.83±0.29 4.00±0.00 4.00±0.00 Masses 3.33±0.29 3.50±0.00 3.50±0.00 3.83±0.29 3.67±0.29 4.00±0.00 Group Qualityscore 25 26 27 28 29 30 Fibers 3.33±0.29 3.50±0.00 3.50±0.00 3.83±0.29 4.17±0.29 3.86 0.00 Specks 3.83±0.29 4.00±0.00 4.00±0.00 4.00±0.00 4.00±0.00 6.85 0.00 Masses 3.83±0.29 4.17±0.29 4.17±0.29 3.83±0 F P Fibers 4.50±0.50 4.50±0.50 4.50±0.50 4.33±032 34 36 38 40.29 3.83±0.29 3.60 0.01

图2 29kV管电压时不同管电流量下AGD值Fig.2 AGD values under different tube loadings with 29kV tube voltage

图3 32mAs管电流量时不同管电压下AGD值Fig.3 AGD values under different tube voltages with 32mAs tube loading

3 讨 论

平板数字摄影技术具有较高的密度分辨率、空间分辨率、曝光宽容度大和强大的图像后处理功能等优势，使其乳腺X线摄影的图像质量、辐射剂量和成像速度等方面都优于数字存储荧光体成像（CR）和屏胶系统［6－8］。乳腺 X线摄影作为乳腺癌筛查的常规手段越来越被广泛采用，但同时也存在潜在的危险。国际放射防护委员会对人体主要器官和组织的随机性总体辐射危害给出了定量的估计，其中乳腺组织危害的权重系数 （组织权重因子）从60号 报 告［9］的0.05 提 高 到 了 103 号 报 告［10］的0.12，提示乳腺辐射致癌危险增加了2.4倍。乳腺对电离辐射致癌效应较敏感，且乳腺X线摄影使用低能X线，在乳腺X线检查时应特别关注辐射的正当性和最优化原则［11］，既要保证影像满足医生诊断疾病的需要，又要使患者所受辐射剂量最低。因此，优化乳腺X线摄影成像技术是必要的［12－13］。

本研究基于仿真乳腺体模模拟不同组织结构（纤维、钙化和团块），通过不同自动曝光模式 （低剂量、标准和高对比度）和手动曝光模式下改变管电流量和管电压，以评价标准乳腺摄影成像状态下，曝光模式和曝光参数与图像质量及辐射剂量的相关性，为临床提供数字乳腺摄影优化方案的可靠信息。与临床病例研究比较，运用乳腺体模可反复实验论证，保证实验数据的准确性，同时避免了对患者不必要的辐射，符合医学伦理学。

自动曝光模式下，低剂量模式产生的辐射剂量最小，标准模式次之，高对比度模式最高。不同自动曝光模式下，只有模拟纤维组织的图像质量评分比较差异有统计学意义，模拟钙化和模拟团块的图像质量评分比较差异无统计学意义。自动曝光模式中以低剂量模式的AGD值最低，高对比度模式的AGD值最高。

本实验中的手动模式固定管电压、管电流量采用低剂量模式的条件 （29kV、32mAs）进行，因为低剂量模式的图像质量评分基本达到ACR诊断要求的最低标准。在手动曝光模式下，增加管电流量或者管电压，模拟病变的图像质量评分随之增加，但是达到一定水平后，再增加管电流量或管电压时，图像质量评分改善不明显。3种模拟病变受曝光条件影响情况也不一样，模拟纤维组织的图像质量评分均值变化范围最大，模拟钙化最小，反映了管电流量和管电压变化对纤维图像的显示影响较大，对钙化图像显示影响较小。手动曝光模式时，AGD随管电压和管电流量增加而增加，两者呈正相关关系。

本研究结果表明：自动模式和手动模式下，随管电流量和管电压的增加，辐射剂量会增加，优化曝光模式和曝光参数有助于降低辐射剂量。在临床应用中，不应通过提高曝光条件来提高乳腺癌的检出率，这会增加受检者所受的辐射剂量和提高患乳腺癌的风险。数字乳腺X线机具有自动曝光模式，建议采用低剂量模式或类似模式进行筛查，因为钙化成分的显像受3种曝光模式的影响不大。高对比度模式建议仅用于那些结构紊乱、重点强调腺体形态对比度的病例，特别适用于临床高度怀疑乳腺阳性微小病变的鉴别［14］。有研究者［15－16］认为：在获得相同的影像质量时，采用自动曝光模式所产生的辐射剂量并不能达到最低。因此在临床实践中可以根据乳腺的厚度和腺体类型，调整曝光参数。

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