DR 设备利用信号传递特性得出准确剂量指示质量控制方法的研究

李杰军，程远达，高艳辉，王 雷，赵红枫（通信作者）

（北京市朝阳区疾病预防控制中心放射卫生科 北京 100021）

数字X 射线摄影（digital radiography，DR）属于数字化X 线摄影技术，是目前最常用的一种医学X 射线成像装置[1-2]。放射诊疗设备的使用频率较高，性能易产生偏差，根据《放射诊疗管理规定》及WS76-2020，DR 设备需在不同阶段完成验收检测及状态检测等质量控制检测工作[3]。其中DR 设备专用检测项目的第一项为探测器剂量指示（detector dose indicator，DDI），其为显示影像采集过程中影像探测器剂量指数，是DR 设备检测最重要的辐射剂量指标[2,4]。DDI 项目的检测方法为根据DR 设备生产厂家提供的DDI 公式进行验证，既往的研究发现国内提供公式的厂家很少，实际的检测中主要还是围绕系统原始预处理图像的DDI 值或者像素值（此数值以下简称基线值）得出检测结果[4-5]。DDI 项目检测选用尽量接近10 μGy 的剂量，建立剂量与管电流时间积（mAs）设置关系，测定对应的基线值[6-7]。但在实际工作中，DR 设备的验收中基线值建立率均达不到100%，个别建立基线值与状态检测得出的基线值偏差较大乃至出现不合格情况[8]。以上问题均需考虑进一步明确设备如何建立准确基线值，且现有研究并未有合理统一的方法。

解决以上问题的核心是对测量结果进行有效的剂量修正，最科学的结果是把剂量归一到10 μGy，计算出平均像素值跟基线值比较。而归一到10 μGy 剂量的方法无法在检测中准确得出，需要通过剂量与像素值的关系公式计算得出。信号传递特性（signal transfer property，STP）反映的是影像接收器入射面影像中心区域测量的平均像素值和影像探测器接受的入射空气比释动能之间的一种相互关系[9-10]。本文发现通过DR 设备专用检测项目中的STP 可以建立起此关系的公式。本文对此方法进行了相关DR 设备的现场实验，发现此方法可在不更改标准检测方法和流程的基础上，只增加计算过程即可为DDI 项目得出相对准确的基线值，对DR 的质量控制检测的提高具有一定意义。

1 资料与方法

1.1 实验材料

意大利GENERAL Medical MERAT 公司产SYNTHESIS型DR 摄影机，北京GE 公司产Brivo XR515 型DR 摄影机，X 射线多功能检测设备UnforsXi，激光测距仪，铜滤过板厚为1.0 mm，面积为15 cm×15 cm，对应其DR 机后处理系统。检测设备均在中国计量科学研究院进行校准，且均在检测有效期内。

1.2 质量控制

现场检测人员在实施检测前均进行培训，并严格按照检测规范WS76—2020《医用X 射线诊断设备质量控制检测规范》中要求的方法开展检测。

1.3 检测方法

实验用DR 设备已具备验收等正常曝光状态，同时观察DR 设备可以获取预处理图像及像素值。影像接收器入射空气比释动能（μGy）通过剂量修正因子修正后得出。分别选取影像接收器入射空气比释动能约1、5、10、20 和30 进行曝光（实际剂量为尽量接近以上5 个的检测剂量），注意需在预处理图像中央选取面积约10 cm×10 cm 感兴趣区（region of interest,ROI），平均像素值，以下分别通过两个品牌的DR 摄影机验证此方法[4]。检测方法见表1、图1 ～图4。

图1 如有可能，取出滤线栅，设置SID（有效焦点中心至影像接收器表面的距离）为180 cm，如达不到则调节SID 为最大值

图2 调整光野完全覆盖影像接收器及检测剂量探头

图3 1.0 mm 铜滤过板挡住限束器出束口

图4 获取一幅预处理影像中央面积约10 cm×10 cm ROI 像素值

表1 DR 设备的专用检测项目与技术要求[4]（9.1 ～9.2）

2 结果

2.1 SYNTHESIS 型DR 摄影机检测结果

根据表2 中数值，以平均像素值为纵坐标，影像接收器入射表面空气比释动能值为横坐标进行拟合，得出剂量与像素值拟合对数曲线，见图5。SYNTHESIS型DR 摄影机的剂量与像素值对数相关公式为y=-1 455ln（x）+7 311.1，回归到剂量x=10 μGy，得出像素值y=3 961，以此值建立基线值才是按标准要求准确的10 μGy 基线值。

图5 SYNTHESIS 型DR 摄影机的剂量与像素值拟合对数曲线

表2 SYNTHESIS 型DR 摄影机检测结果

2.2 Brivo XR515 型DR 摄影机检测结果

根据表3 中数值，以平均像素值为纵坐标，影像接收器入射表面空气比释动能值为横坐标进行拟合，得出剂量与像素值拟合线性曲线，见图6。Brivo XR515 型DR 摄影机的剂量与像素值线性响应公式为y=140.33x-2.344 5，回归到剂量x=10 μGy，得出准确的像素值y=1 401，以此值建立基线值才是按标准要求准确的10 μGy 基线值。

图6 Brivo XR515 型DR 摄影机的剂量与像素值拟合线性曲线

表3 Brivo XR515 型DR 摄影机检测结果

3 讨论

3.1 需满足STP 项目合格

选择回归到10 μGy 的方法测定DDI 项目的一个重要前提条件即为信号传递特性（STP）需要符合验收及状态检测的判定标准（R2≥0.98/R2≥0.95）[4]，这是通过计算得出准确DDI 或者像素值的基础。在DR 专用项目的检测过程中，STP 作为检测项目的第一项，为后续的DDI 及响应均匀性等项目建立符合检测要求的公式。

3.2 适用于不同的DR 品牌和设备

本文的两台实验DR 设备，STP 关系分别为对数和线性相关，对于此方法是否适用于其他品牌及型号的DR 设备，本文依据WS76-2020 中9.3 响应均匀性项目，各品牌DR 摄影机STP 的关系，均为线性响应、对数相关、幂相关三个相关性的其中一种，所以对于不同品牌的DR 设备，均可以通过拟合回归曲线的方法归一到10 μGy，再计算出准确的基线值，不受DR 品牌型号的限制。

3.3 对DR 设备状态检测的意义

DR 设备后续的状态检测，均存在各检测人员对标准理解存在差异，方法不统一的情况。如不同机构的2 次检测的设置参数一致，但剂量结果误差很大，或者为了使检测剂量接近10 μGy，曝光参数差别较大，导致验收检测建立的基线值不准确，结果不合理，通过上文的计算方法，状态检测DDI 相对偏差（%）=[（归一到10 μGy 像素值-基线值）/基线值]×100%，利用归一到10 μGy 与验收得到的基线值比较，得出的相对偏差是最合理准确的[7]。

3.4 是否完全按照标准中检测流程的探讨

此方法的检测过程是按照WS76-2020 要求完成的，仅有WS76 标准中9.1.2 的要求选取参考剂量约10 μGy条件下重复曝光三次，是否在此方法中有必要，依据拟合实验数据越多，拟合效果越好，相关度越高，计算结果更准确，是可以在此方法中延续，但需要在规定方法中统一要求。

3.5 对流程质控的要求

所涉及的质控检测的设备，必须进行检定校准，并在实际工作中准确使用检测设备的剂量修正因子修正，才能得到科学准确的基线值。

综上所述，现行的DR 设备检测标准WS76-2020 于2021 年5 月1 日开始实施，其中通用检测项目实施多年，其检测方法和结果已无太大争议，但对于DR 专用检测项目中的DDI、高、低对比度分辨力等需要建立基线值项目，由于对项目检测方法及意义的描述相对不足，模体规格参数不统一[11]，在实际工作中给相关设备的质量控制检测留下一定改进的方向，未来需要相关专业同仁深入学习理解，摸索各品牌DR 设备规律，更新完善标准方法。