全数字化乳腺X 射线摄影系统质量控制检测方法探讨

梁永刚，付丽媛，钟 群，肖 慧，许尚文，陈自谦

（联勤保障部队第900 医院医学影像中心，福州350025）

0 引言

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，近年来其发病率持续增长，位居女性恶性肿瘤发病率首位[1]。乳腺X 射线摄影由于其简便易行，分辨力高，数字化图像存储、调阅方便快捷，目前仍是乳腺癌早期筛查的主要手段[2-4]。要想获得高质量的全数字化乳腺X射线摄影影像，不但需要有规范的技术操作、标准的影像显示，还需要对全数字化乳腺X 射线摄影系统定期进行严格的质量控制检测[5-6]。目前，国内比较通用的乳腺数字X 射线摄影系统质量控制检测规范是由国家卫生和计划生育委员会于2017 年发布的，该规范中主要列出了自动曝光控制重复性、半值层、影像接收器均匀性和高对比分辨力等参数的检测模体、方法及标准[7]。本研究主要介绍全数字化乳腺X射线摄影系统胸壁侧照射野准直、光野与照射野的一致性、管电压指示的偏离、半值层（half-value layer，HVL）、自动曝光控制重复性、探测器均匀性、伪影、高对比分辨力和乳腺平均剂量等主要的质量控制检测参数的检测方法，希望通过检测，保证设备处于良好的运行状态及具有优质的图像质量，同时也为同行开展全数字化乳腺X 射线摄影系统质量控制检测提供参考。

1 材料与方法

1.1 检测依据文件

依据WS 522—2017《乳腺数字X 射线摄影系统质量控制检测规范》并结合临床工作实际进行质量控制检测。

1.2 检测环境条件

温度：20～22 ℃，相对湿度：50%～60%，电源电压：（380±10）V。

1.3 受检设备

受检设备为Siemens Mammomat Novation DR 乳腺摄影系统（由德国西门子公司设计制造），球管为钼/钨X 射线球管，搭载非晶硒平板探测器。

1.4 检测器材

（1）瑞典奥利科Piranha 型乳腺机剂量仪，主要由主机和平板计算机组成，具备蓝牙无线遥测功能，可进行管电压和半值层等参数的自动评估。

（2）瑞典奥利科M12 乳腺X 射线机性能检测模体（如图1 所示），其包含6 mm 厚的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）板1 块、水平和垂直的高分辨力测试卡（5、8、10、12、14 和16 lp/mm）及3 块20 mm 厚的PMMA 板。

1.5 检测方法

1.5.1 胸壁侧照射野准直

图1 M12 乳腺X 射线机性能检测模体

在本地数据库创建新的患者检查，选择“FD 原始质量控制”程序，将1 枚1 元硬币置于平板探测器乳腺摄影平台上，并使硬币的边缘与摄影平台的胸壁边缘相切（如图2 所示），安装24 cm×30 cm 压迫板，以28kV、50 mAs、Mo/Mo 靶面-滤过组合的条件进行曝光。曝光完毕后使用测量工具测量硬币直径（d1）以及硬币边缘到图像剪切边缘的距离（d2），然后根据公式（1）计算出硬币被切割的直径距离（α）。

图2 胸壁侧照射野准直检测时硬币的放置位置示意图

1.5.2 光野与照射野的一致性

在本地数据库创建新的患者检查，选择“FD 原始质量控制”程序，将4 枚1 元硬币置于平板探测器乳腺摄影平台上，并使硬币的边缘与光视野四边中点相切，另放2 枚硬币在摄影平台上方用于定向（如图3 所示），安装24 cm×30 cm 压迫板，以28 kV、40 mAs、Mo/Mo 靶面-滤过组合的条件进行曝光。曝光完毕后使用测量工具在图像上测量出成像边缘，即辐射区域与光视野的距离。

图3 光野与照射野的一致性检测硬币的放置位置示意图

1.5.3 管电压指示的偏离

在本地数据库创建新的患者检查，选择“FD 原始质量控制”程序，确保在检测前系统已开机15 min 以上。安装24 cm×30 cm 压迫板，在探测器上放置2 mm 厚的钢板（在此项测试期间，探测器上必须盖2 mm 厚的钢板，否则会出现探测器饱和或叠影现象），然后将Piranha 型乳腺机剂量仪主机置于钢板上距胸壁侧40 mm 的中间位置。在平板计算机上启动质量控制软件，并保证与主机之间的蓝牙通信已连接好。按如下设置进行4 次曝光：24/27/30/33 kV、50 mAs、Mo/Mo 靶面-滤过组合，通过Piranha 型乳腺机剂量仪显示实际管电压测量值，最后根据公式（2）计算每个管电压测量值和标称值的偏差。

其中，Vv为管电压的偏离，单位为kV；Vi为管电压测量值，单位为kV；V0为管电压标称值，单位为kV。

1.5.4 半值层

半值层是指X 射线的强度衰减一半所需的物质的厚度，通常用铝片的厚度来表示。设置管电压为28 kV、管电流为40 mAs，通过Piranha 型乳腺机剂量仪进行直接检测后得到。

1.5.5 自动曝光控制重复性

在本地数据库创建新的患者检查，选择“FD 原始质量控制”程序，安装24 cm×30 cm 压迫板。然后把2 块20 mm 厚的PMMA 模体组成40 mm 厚的PMMA 模体放置于乳房支撑台上，模体的边缘与摄影平台胸壁侧对齐。将压迫板压在模体上，以28 kV、自动曝光控制（auto exposure control，AEC）、Mo/Mo 靶面-滤过组合的条件进行曝光。重复曝光5 次，每次曝光后记录显示在控制台上的管电流的数值，并计算5 次的平均值，根据公式（3）计算所记录的管电流与平均管电流的偏差，将最大的偏差值与标准规定值比较。

其中，DmAs为记录的管电流和平均管电流值的偏差；MR为每次曝光后记录的管电流；Mm为5 次曝光的平均管电流。

1.5.6 探测器均匀性

在本地数据库创建新的患者检查，选择“FD 原始质量控制”程序，安装24 cm×30 cm 压迫板。然后把2块20 mm 厚的PMMA 模体组成40 mm 厚的PMMA模体放置于乳房支撑台上，模体的边缘与摄影平台胸壁侧对齐。将压迫板压在模体上，以28 kV、AEC、Mo/Mo 靶面-滤过组合的条件进行曝光。曝光结束后查看图像，在图像的中央区位置和距离边缘大约20 mm的区域选择4 个4 cm2的感兴趣区（region of interest，ROI）（如图4 所示），记录每一个ROI 平均像素值，根据公式（4）分别计算图像中心ROI 与图像边缘ROI像素值的偏差，将最大偏差值与标准规定值比较。

其中，D为图像中心区域与边缘区域ROI 像素值的偏差；m中心为图像中心ROI 的像素值；m边缘为图像边缘ROI 的像素值。

图4 探测器均匀性检测ROI 选取示意图

1.5.7 伪影

采用评估探测器均匀性时产生的曝光影像调节窗宽、窗位使图像显示至最清晰的状态，观察图像上有无非均匀区、模糊区或者其他影响临床诊断的异常影像。

1.5.8 高对比分辨力

在本地数据库创建新的患者检查，选择“FD 原始质量控制”程序，安装24 cm×30 cm 压迫板。然后把2 块20 mm 厚的PMMA 模体组成40 mm 厚的PMMA 模体放置于乳房支撑台上，模体的边缘与摄影平台胸壁侧对齐。在40 mm 厚的模体上放上线对卡模体，注意模体3 个固定槽需对准。将压迫板压在模体上，开启AEC，选择管电压28 kV、Mo/Mo 靶面-滤过组合的条件进行曝光。将得到的图像在高分辨力诊断显示器下调整窗宽、窗位使影像显示最优化（如图5 所示），记录高对比分辨力读数，单位为线对每毫米（lp/mm）。

图5 高对比分辨力检测线对模体影像

1.5.9 乳腺平均剂量

将2 块20 mm 厚的PMMA 模体组成40 mm 厚的PMMA 模体放置于乳房支撑台上，模体的边缘与摄影平台胸壁侧对齐。选用45 mm 厚的人体乳房的AEC 曝光条件进行自动曝光，记录管电压、管电流和靶/滤过等曝光参数。移去PMMA模体，将剂量仪探测器置于摄影平台距胸壁侧4 cm处X 射线束轴上，探测器厚度有效点与模体表面的位置相同（摄影平台上方40 mm），选用上述曝光条件进行曝光，记录入射空气比释动能值，根据公式（5）计算乳腺平均剂量AGD[7]。

其中，K为模体上表面位置（无反散射时）入射空气比释动能值，单位mGy；g为转换因子，其值查表可得[7]；c为不同乳房成分的修正因子，其值查表可得[7]；s为不同靶/滤过时的修正因子，其值查表可得[7]。

2 结果

基于乳腺数字X 射线摄影系统质量控制检测规范对Siemens MAMMOMAT Novation DR 乳腺摄影系统进行质量控制检测，检测结果见表1。由表1 可以看出，胸壁侧照射野准直检测中硬币被切割的直径距离为4 mm；光野与照射野的一致性检测中光野与照射野相应边沿的偏差为5 mm；管电压指示的偏离最大值为0.31 kV；靶/滤过为Mo/Mo，半值层为0.34 mmAl；自动曝光控制重复性的偏差为2.6%；探测器均匀性检测中图像中心区域与边缘区域ROI 像素值的偏差为1.60%；无影响临床影像的伪影；高对比分辨力纵向为8 lp/mm，横向为10 lp/mm；乳腺平均剂量为0.61 mGy。根据标准要求，质量控制检测通过，设备运行良好。

3 讨论

数字化乳腺X 射线摄影筛查已被证明是早期乳腺癌检查的最有效的方法，但需要注意的是，这种成像方法的效用依赖于高分辨、高对比度、最低剂量的乳腺摄影图像。更进一步来说，要想获得高质量的影像质量，不但需要规范的技术操作，还需要严格及系统的质量控制[8-12]。

表1 Siemens MAMMOMAT Novation DR 乳腺摄影系统质量控制检测结果

根据我国卫生行业标准WS 522—2017 对乳腺数字X 射线摄影系统质量控制检测的参数主要有胸壁侧照射野准直、光野与照射野的一致性和管电压指示的偏离等10 余项，其检测涵盖了辐射源、成像质量和辐射剂量检测等方面。辐射源质量检测主要检测管电压指示的偏离和半值层等参数，成像质量检测主要检测空间分辨力、探测器均匀性和伪影等参数，辐射剂量检测主要检测乳腺平均剂量。目前主要采用瑞典奥利科Piranha 型乳腺机剂量仪对全数字化乳腺X 射线摄影系统辐射源质量进行检测，不仅可以进行管电压和半值层等参数的自动评估，还可以方便进行检测和数据读取及分析处理。本研究采用该型剂量仪对管电压指示的偏离及半值层进行了检测，检测结果均符合WS 522—2017 标准要求。同时主要采用瑞典奥利科M12 乳腺X 射线机性能检测模体对全数字化乳腺X 射线摄影系统成像质量进行检测。本研究采用该模体对空间分辨力、伪影和探测器均匀性等参数进行了检测，检测结果均符合WS 522—2017 标准要求。

乳腺X 射线摄影系统的质量控制与管理的最终目的是以最低辐射剂量获得最高的影像质量，为诊断提供可靠的依据，其目标是体现代价-危害-利益三方面的最优化[10]。国际放射防护委员会（International Commission on Radiological，ICRP）对于人体受辐射危险的主要组织可能出现的随机效应给予了定量评估，其中乳腺的辐射致癌的危险度权重系数为0.05。因此，监测乳腺X 射线摄影时乳腺平均剂量成为一项重要的工作。我国卫生行业标准WS 522—2017 对乳腺平均剂量的判定标准为＜2 mGy。本研究测得的乳腺平均剂量为0.61 mGy，检测结果符合要求。

另外，在检测过程中需注意，操作设备时要按照规范化操作的要求进行，以免因操作不当或不规范导致设备软硬件故障。全数字化乳腺X 射线摄影系统的质量控制检测通常为6 个月进行一次，一些关键参数如探测器均匀性检测需3 个月进行一次，自动曝光控制重复性检测需要1 个月进行一次。对于检测不合格的设备，应立即停用并进行检修，粘贴停用标签；对于检测合格的设备，应粘贴合格标签并标定下次检测时间。全数字化乳腺X 射线摄影系统的质量控制检测不但需要定期进行，同时在进行大修或更换关键部件如球管、探测器等之后也应进行质量控制检测，以确保设备性能符合标准要求。