基于动物模型的石膏固定后四肢摄影参数的优化

2017-08-16徐子军王鸣鹏冯月华汤欢张长宝徐彧张宗锐

中国医学计算机成像杂志 2017年3期

徐子军王鸣鹏冯月华汤欢张长宝徐彧张宗锐

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目的：研究石膏固定后的四肢摄影的优化方案。方法：依据自动曝光控制系统（AEC）开关分两组实验，每组管电压选择45～69kV，每2kV为一档，共11档，分别使用7档mAs曝光；评价图像质量及辐射剂量，得出优化的摄影参数，应用于石膏固定后的猪后肢摄影。结果：石膏固定前，随kV值升高，AEC关闭组较AEC打开组图像质量更好；mAs较kV对于信号噪声比（SNR）和对比噪声比（CNR）影响不明显。石膏固定后，SNR、CNR平均为24.25、1.7，较石膏固定前的24.9、2.15均降低。摄影参数优化后，SNR和CNR值平均升高为25.45和2.25，且DAP值降低。结论：四肢石膏固定后摄影中，适当提高管电压（建议5～8kV），关闭AEC，可获得更好影像质量的图像，并有效降低受检者的辐射剂量。

辐射剂量；信噪比；对比度噪声比；图像质量

数字X线摄影系统（Direct Digital Radiography，简称DR）在临床诊疗中具有广泛应用价值，摄影中如何选择合理的摄影参数，在满足影像质量要求的前提下，尽可能降低受检者的辐射剂量，已经成为广大放射工作者热衷的研究课题[1]。四肢外伤后摄影作为临床实践中数量较多的检查方式，成像参数的合理选择直接关系到患者受照射剂量和临床诊疗价值[2]。通过动物模型实验，研究不同摄影参数优化后对患者受照射剂量与图像质量的影响。以期获得四肢石膏固定后摄影参数优化方向。

方法

1.实验器材

Philips Diagnost TH2型碘化色——非晶硅平板探测器数字化X线摄影系统，有效探测区域43cm×35cm，像素矩阵3001×3001，像素点大小为143μm，X线管焦点1.2/0.6cm，自带图像后处理及质量测评软件；骨科急诊常用的稳速强化型和高分子材料型石膏及绷带；离体不超过4小时猪后肢（青壮年猪），周长约24cm；自制感兴趣区圈定铁丝圈两个。

2.检查方法

摄影方法及参数：将离体实验猪后肢侧位放置于摄影台上，照射野设置35×43cm，SID设置183cm，滤线栅焦距100cm，栅比12/1，栅密度80/cm。管电压选择四肢摄影能应用到的45～69kV，每2kV为一档，每档管电压下分7档mAs（3，3.9，4.9，6.2，7.9，9.9，12.4），AEC 分为关闭组和打开组，对离体猪后肢进行曝光。信号区域选择：猪后肢软组织设为背景区，骨组织作为信号区，大小均为2cm×2cm（图1）。

3.图像质量的评价方法

用相对标准差σ'表达相对噪声(公式1)。

其中，σ为背景区标准差，M（背景）是背景区像素平均值，300是本底像素值。

信噪比的表达：用SNR表达（公式2）。

其中，M（信号）是信号区像素平均值。

对比度噪声比表达：用CNR表达（公式3）。

4.辐射剂量的测量和计算

在采集图像时利用MagicMax-Meter测量软件记录辐射剂量和设备参数。

结果

1.动物模型实验中摄影参数优化的选择

1.1AEC的开关选择：mAs固定时，中间电离室打开的情况下，剂量面积乘积（DAP）随管电压升高呈降低趋势，关闭时呈升高趋势，61kV时，DAP两者持平(图2)；AEC关闭较打开时，随管电压的升高SNR增加趋势越明显(图3)，CNR在同等条件下也越高(图4)。四肢摄影适合关闭AEC。

1.2 摄影mAs的选择结果：固定mAs时，随管电压的升高，SNR呈升高趋势（图5A），CNR呈降低趋势（图5B）。但mAs升高时，DAP呈升高趋势明显。四肢摄影适合不改变mAs。

图1 猪后肢模体石膏术前后图像中的背景区和信号区。

图2 石膏固定前kV与DAP变化相关图。AEC打开时kV值升高，DAP降低，关闭时相反，61kV时DAP值相同。

表1 石膏固定前常规条件摄影参数

表2 石膏固定后常规条件摄影参数

表3 石膏固定后优化条件摄影参数

图3 石膏固定前kV与SNR变化相关图。AEC关闭或打开，kV值升高，SNR均升高。

图4 石膏固定前kV与CNR变化相关图。AEC关闭或打开，kV值升高，CNR呈降低趋势。

图5 A 7档mAs随管电压的升高，SNR呈升高趋势。

图5 B 7档mAs随管电压的升高，CNR呈降低趋势。

1.3 管电压选择结果：关闭中间电离室较应用时管电压的升高，SNR值呈现升高趋势，CNR变化幅度趋缓。但DAP随之增加。适当提高管电压，建议5～8kV，可获得“物美价廉”的摄影图像

2.参数优化对石膏固定术前后摄影的影响

石膏固定前，管电压选择55kV，管电流为6.2mAs时，SNR 为 25.1，CNR 则为 2.2(表 1)；对用稳速强化型和高分子材料型两种材料行石膏固定术后离体猪后肢进行摄影，SNR下降到24.7和23.9，CNR为2.1和1.8（表2）。依据此前实验结果得出的参数优化方向，选用提高千伏，关闭AEC，保持mAS不变的方案，选择管电压提高6kV变为61kV，管电流不变，关闭AEC后，两种材料的SNR变为25.77 和 25.1，CNR 为 2.27 和 2.2（表 3）。影像质量达到了石膏固定术前水平。

讨论

1.X线摄影参数优化的可选方案

X线摄影参数的设定选择包括kV、mAs和AEC的应用等三大方面。

1.1 kV值优化：单独调整管电压对于骨骼系统石膏固定后的高原子系数摄影对象，提高千伏值固然重要，也是最好的办法[4]。我们的研究发现，千伏值升高，SNR值呈现升高趋势，CNR值是呈现幅度不大降低趋势的；在无AEC情况下，患者受照射剂量随管电压升高而增加，因此，我们选择合适高的管电压时，应该适当综合考虑优化方向[5]。

1.2 mAs优化：现代医疗要求我们在使用毫安秒的同时，除了考虑图像的质量外还应考虑如何减少辐射[6]。表中可以发现，mAs对于CNR值和SNR值的影响并不明显，在kV值为43～53区间时，kV固定时，mAs的增加SNR和CNR是升高的；kV在53～65区间时CNR确是降低的。随着千伏值的增加，mAs是降低的。mAs的降低必然减少患者的受照射剂量。因此在四肢石膏固定前后调高kV较调节mAs意义更大。当然，对于婴幼儿等偏重于降低受照射剂量的四肢摄影，降低mAs还是有必要的。

1.3 AEC的选择：目前，数字X线摄影大都采用自动照射量控制(AEC)进行曝光，吕杰[7]等研究表明：合理选择电离室可降低辐射剂量和提高图像质量，如胸部、颈椎等部位，选用的电离室越多，照射剂量越小；然而在密度相对不均衡，体积相对较小的组织，AEC能否发挥好作用，文献及教材报道不统一[8]。本次研究发现，对于需突出提高影像质量的四肢石膏固定后的摄影在不用AEC的情况下，可以获得性价比高的影像资料。

2.初步结论

四肢石膏固定后摄影，关闭电离室，适当提高kV（例如5～8kV），可获得较好的图像质量和较低的辐射剂量。

3.本研究的局限性及不足

本次研究虽然将四肢摄影所能用到的摄影条件均应用到实验中，但对于个体的体厚增加、年龄等因素对实验结果影响等还需进一步研究。

总之，摄影参数的优化是获取优质图像、提高诊疗质量的前提，是降低受照剂量的有效保障。四肢外伤后摄影作为常态化的检查方式，成像参数优化应引起足够的重视。

[1]康天良,牛延涛,刘云福,等. 数字乳腺X线摄影中采用影像噪声特征评价图像质量的研究.中华放射学志, 2012, 46:932-936.

[2]Geiser H, Norrman J.Optimizing the tube potential for lumbar spine radiography with adetector.Radio, 2009,82 :62-68 .

[3]Veldkamp WJ,Kroft LJ,Geleijns J.Dose and perceived image quality in chest radiography.Eur J Radiol,2009,72:209-217.

[4]Keum M, Park JH, Park SH, et al. Evaluation of effective dose conversion coefficients for Korean adults during medical x-ray examinations up to 150 keV through comparison with ICRP Publication 74 and ICRP Publication 116.J Radiol Prot,2014,34:191-19.

[5]毕正宏, 王鸣鹏, 李克，等.不同DR成像系统成像性能比较研究.中国医学计算机杂志，2012,18:273-275.

[6]Yakoumakis E, Dimitriadis A, Gialousis G, et al.Evaluation of organ and effective doses paediatric barium meal examinations using PCXMC 2.0 Monte Carlocode. Radiat Prot Dosimetry,2015,163:202-209.

[7]吕杰,解中福,阎晓斌,等.DR摄影中电离室测射野的选择对辐射剂量影响的临床研究.中国辐射卫生,2012,21:91.

[8]Elbakri IA. Estimation of dose-area product-to-effective dose conversion factors for neonatal radiography using PCXMC.Radiat Prot Dosimetry, 2014,158:43-50.

Optimization of Photographic Parameters for Limbs with Plaster Cast Based on Animal Model

XU Zi-jun1, WANG Ming-peng3, FEN Yue-hua1, TANG Huan1,ZHANG Chang-bao2, XU Yu2, ZHANG Zong-rui1

Purpose:To study the optimization scheme of photography for limbs with plaster cast.Methods:Based on whether the automatic exposure control (AEC) was on or off, the experiments were divided into 2 groups. The exposure parameters in each group were set as 11 different kVs (ranged from 45 to 69 kV), and 7 different mAs. The image quality and radiation dose were measured. The parameters of photography were optimized and applied to the photography of pig hind legs with plaster cast.Results:Without a plaster cast, when the kV value increased, the image quality of AEC on group was better than that of the AEC off group; The kV made more effect on the signal to noise ratio(SNR) and contrast to noise ratio (CNR) than mAs did. With a plaster cast, the SNR, CNR were 24.25 and 1.7, which were lower than that without a plaster cast (24.9, 2.15). After the parameters were optimized, the SNR and CNR were 25.45 and 2.25, and the DAP value was lower.Conclusion:For limbs with a plaster cast, increase the tube voltage(suggest 5-8 kV) and turn off the AEC, can obtain better image quality, and effectively reduce the radiation dose.

Radiation dose; Signal to noise ratio; Contrast to noise ratio; Image quality

R814.3

1006-5741（2017）-03-0283-04

2016.12.26;修回时间：2017.03.16)

中国医学计算机成像杂志，2017，23：283-286

1上海市第十人民医院放射科

2 福建省泉州市泉港区医院放射科

3 复旦大学附属华东医院放射科

通信地址：上海市延长中路301号,上海市200072

王鸣鹏 (电子邮箱：cjr.wangmingpeng@vip.com)

Chin Comput Med Imag，2017，23：283-286

1 Department of Radiology, Shanghai Tenth People’s Hospital