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| 附加铝质滤过板对X线图像质量和患者吸收剂量的影响 | |||||
作者：佚名 论文来源：本站原创 点击数： 更新时间：2008-10-4  |
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【关键词】 X线;投影成像；,附加滤过板；图像质量 Effect of increase in thickness of additional Al filtration on Xray image quality and patient doses 【Abstract】 AIM: To investigate the effect of different thickness of additional Al filtration on image quality and patient doses in diagnostic radiology. METHODS: A series of additional Al filtrations of 0, 1, 2, 3, and 4 mm in thicknesses were attached to the Xray collimator respectively, and the radiographs of the phantoms with thicknesses of 8, 10, 13, 15, 20, and 25 cm, each thickness of which combines with different thickness of additional Al filtration mentioned above were acquired employing different Xray tube voltage (kVp) with Xray dose of about 1 μGy/frame at the input of image intensifier. The effects of additional Al filtrations on the skin entrance dose, image quality, and Xray tube loading were assessed. RESULTS: The entrance doses of the phantoms decreased squareinversely and tube current (mAs) used to get the images with the same ratio of signal to noise increased linearly with the increase in thickness of additional Al filtration. Receiver Operating Characteristic (ROC) assessment, showed that both effects of focus "blooming" on the image definition due to mAs increasing and the beam hardening on image contrast were not significant visually. CONCLUSION: The increase in thickness of additional Al filtration within a certain range may decrease the skin entrance dose of the patients relatively and not affect significantly the Xray image definition. 【Keywords】 Xray; projectimaging; additional filtration; image quality 【摘要】 目的: 研究不同附加滤过板厚度对图像质量和患者吸收剂量的影响. 方法： 在X线准直器上分别添加0，1，2，3和4 mm厚的铝质附加滤过板，影像增强器表面的输入剂量约为1 μGy/帧. 采用不同的管电压（kVp）分别对8，10，13，15，20和25 cm厚的体模成像，分析上述附加滤过板对体模表面剂量、图像质量以及X线管负荷的影响. 结果: 随着附加滤过板厚度的增加，体膜表面剂量呈平方关系下降；若获得同样的图像信噪比，则管电流（mAs）呈线性增加；图像ROC分析显示，X线管焦点胀增对图像清晰度影响不大，射束硬化效应对图像对比度的影响不明显. 结论: 一定范围内的附加滤过板厚度增加可以减少患者表面剂量，同时不会造成X线图像质量下降. 【关键词】 X线;投影成像； 附加滤过板；图像质量 【中图号】 R814 0引言 当利用通用X线设备产生的X线束进行摄影时，X线束中的Ｘ线光子在与人体相互作用的过程中有三种可能的结局：① 不与人体发生作用而穿过人体直接到达X线探测器；② 与人体发生相互作用的过程中被人体组织吸收而达不到探测器；③ 与人体发生相互作用时，改变原有的方向穿出人体. X线束中的软射线成分（低能X线光子）越多，在与人体发生相互作用的过程中，被人体吸收的可能性也越大，因此人体接受到的Ｘ线剂量也就越大. 根据线性无阈值放射线风险模型（the linear nothreshold radiation risk model），受检查者受到的辐射剂量越大，则产生癌症的风险以及将风险遗传给下一代的可能性也越大. 为了降低放射摄影对患者造成的损害，有关法规规定必须设法减少用于摄影的X线束中的软射线成分［1］. 其中利用适当厚度的附加滤过板是减少X线束中软射线成分的有效手段之一［2］. 我们研究利用滤过板降低X线束中的软射线成分后，对患者剂量、图像质量以及X线管负荷的影响. 1材料和方法 1.1材料 1.1.1体模管在其中一块丙烯酸模块上沿水平方向钻25组（每组两根）圆柱状孔（模拟人体血管）. 体模管直径为1.2 mm，长40 mm. 在体模管中按浓度顺序依次注入含碘浓度范围从4.0~50 g/L变化的造影剂，任意两个相邻体模管内溶液中碘浓度的比是0.90（浓度按照等比数列关系排列）. 1.1.2X线成像设备用北京万东公司生产的超越2000型800 mA数字胃肠机. 剂量测试设备用瑞典RTI Electronics公司生产的PMXIII型剂量仪. 体模利用25块30 cm×30 cm×1.0 cm的丙烯酸模块自制成厚度可以从1 cm到25 cm变化的实验用体模，以便模拟人体的不同部位. 取6种不同厚度的体模，其中，10, 15, 20和25 cm厚度分别模拟儿童头颅、成人头颅、儿童腹部和成人腹部等的平均厚度. 1.2方法根据体厚的需要，将不同数量的丙烯酸体模组块放置于检查床上，打开准直器上的定位灯，将X线球管的中心线对准体模的中心位置. 为了保证在不同体模厚度下，体模管的几何放大倍数接近一致，将带有体模管的有机玻璃块调整到离检查床面固定的高度. 将X线技术选择开关设置在手动操作功能档，将管电流固定在400 mA，利用30.48 cm直径的影像增强器获得X线图像. 不同体厚条件下的管电压（kVp）利用经过验证的优化公式［3］计算：kVp=64+0.89D，其中D为体模厚度（D=5~28 cm）. 根据上面提供的管电压优化公式，各试验体模厚度及其计算得到的相应的kVp值如下：厚度为8 cm，kVp=71；厚度为10 cm，kVp=73；厚度为13 cm，kVp=75；厚度为15 cm，kVp=77；厚度为20 cm，kVp=82；厚度为25 cm，kVp=86）. 1.2.1① 选定8 cm体模厚度和71 kVp后，先将PMXIII剂量仪的电离室放置在影像增强器（II）输入表面处（探头的放置位置以不影响对图像的观察为宜），调整毫安秒（mAs），曝光，使剂量仪测量得到的剂量值读数等于或接近于1 μGy/帧，记录mAs的值. 重复曝光3次，记录II表面的剂量值；② 将电离室移到体模表面，利用上述kVp和mAs值的组合，重复上述过程3次，并记录每次的体模表面剂量值. 1.2.2① 将厚度为1 mm的铝质滤过板插入X线机准直器，将电离室放置在II输入表面处，利用选定的kVp，调整mAs并曝光，使剂量仪的读数等于或接近于1 μGy/帧，记录mAs的值，重复曝光3次；② 将电离室移到体模表面，重复1.2.2 ①中的kVp和mAs的组合，重复曝光3次，记录每次的体模表面剂量值；将铝质附加滤过板厚度每次增加1 mm，重复，直到总厚度为4 mm为止；选用其他体厚和相应的kVp值，重复上述全过程. 2结果 在体模厚度为25 cm，管电压为86 kVp条件下，随着附加铝质滤过板厚度（mm）的增加，体模表面剂量与达到影像增强器（II）表面的剂量的比值下降（图1A,B）. 这表明患者皮肤表面所接受的剂量减少. 随着附加滤过板厚度的增加，在管电压（kVp）不变的条件下，达到同样的II表面剂量所需管电流（mAs）增加（图1C），实验结果达到预期目的（表1）. 图1体模表面的剂量、X线球管负荷与铝质滤过板厚度的关系（略） 3讨论 我们实验表明，随着附加滤过板厚度的增加，体模表面的剂量与到达II表面的剂量之间的比值缩小. 这意味着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. 这样的直接好处是减少了体模表面的剂量，在临床上有利于降低患者发生随机效应的风险. 对所有到达II表面剂量相对于附加滤过板厚度为零时做归一化处理后，计算所得要达到同样的II表面剂量，所需的体模表面剂量（μGy/帧）. 在体模厚度为20 cm,管电压为82 kVp的条件下，加4 mm铝质滤过板后，达到同样的II表面剂量，体模表面的剂量减少约30%. 可见，适当增加附加滤过板厚度，对将放射线剂量降低到合理可达到的程度，即ALARA（as low as reasonably achievable），以保护患者免遭癌症风险和将放射线引起的危害遗传给下一代的风险是有重要意义的. 表1试验数据记录及处理结果（略） 经过归一化处理后计算得到的X线管输出量与附加滤过板厚度的关系曲线表明，随着附加滤过板厚度的增加，要到达同样的II表面剂量，所需X线管的输出量（mAs）也近似线性地增加. 增大mAs的途径有固定曝光时间，加大管电流； 固定管电流，延长曝光时间. 在固定曝光时间增大管电流，保持kVp不变的条件下，mA的增加，则会引起X线管阳极靶面实际焦点相对于标称焦点的“胀增”（Blooming），从而引发因实际焦点的增大而使图像的清晰度相对下降，且管电流越大，焦点胀增就越明显，对图像的清晰度的影响也就越大. 在本实验所选用的mA范围，因焦点胀增引起的图像清晰度下降不明显. 固定管电流，适当延长曝光时间，可能会因被摄影对象的移动（包括自主运动和不自主运动）而引起图像运动模糊，从而造成图像的空间分辨率下降. 这对于不合作的患者尤为明显. 在同样的影像增强器表面剂量条件下，由于附加滤过板的引入，使得X线束中的软射线成分相对减少，高能光子含量相对增加，使得在II输入表面获得同样比释动能的条件下，由于X线光子平均能量的增高而所需X线光子数目相对减少，产生量子噪声，使得所获取的图像有可能会出现量子斑点. 另一方面，由于能量的提高，可能会使得图像的对比度相应下降. 对图像质量的综合评价，大致有测量图像的调制传递函数和ROC评估. 本次实验所获得的部分结果的实验条件是，体模厚度20 cm，管电压82 kVp. 可以看出，在不同厚度的附加滤过板条件下，在ROC实验中所能看见的最大体模管组数存在差别. 其中铝质附加滤过板厚度分别为2 mm和4 mm时，从实验获得的图像中可以看见的最大体模管都是16组. 但是，在获取这两种滤过板条件下的图像时，到达II表面的剂量分别是附加铝质滤过板厚度为0 mm时的81.5%和85.7%. 我们认为，图像质量的差别主要是由于达到II表面的剂量差别引起的. 在比较厚的滤过板条件下，只要保证到达图像探测器的剂量一定（即一定的信噪比），图像的质量在视觉上差别不大. 【参考文献】 ［1］ Richard HB, Yasuda G. Effective dose in diagnostic radiology as a function of xray beam filtration for a constant exit dose and a constant film density［J］. Med Phys， 1998，25（5）: 780-790. ［2］ Richard HB. The impact of increased Al filtration on xray tube loading and image quality in diagnostic radiology［J］. Med Phys, 2003，30(1): 69-78. ［3］ 高凯. X线图像质量与放射剂量和造影剂浓度相关性研究［D］. 西安: 第四军医大学学位论文， 2005 |
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