计算机数字摄影检测结果的分析及思考

丁 力，樊俊显，黄成伟

（1.河南省计量科学研究院，河南 郑州 450008；2.平顶山市质量技术监督检验测试中心，河南 平顶山 467000）

0 引 言

随着先进的科学技术和仪器越来越多地广泛应用于临床医学中，放射诊断工作进入了计算机数字化摄影（CR、DR）时代[1]。计算机摄影（computed radiography，CR）是通过一个可反复读取的成像板（IP板）来替代胶片。曝光后，IP板上生成潜影，将IP板放入CR扫描仪，用激光束对IP板进行扫描，读取信息，经模/数转换后生成数字影像。数字化摄影（digital radiography，DR）也称直接数字化X线摄影（direct digital radiography，DDR），是通过一块平板探测器来替代胶片[2]。X线照射到平板探测器后，直接形成数字信号，传入计算机即为数字影像。

CR、DR在信息采集、信息处理及信息输出等系列成像过程中，每一个环节都可能对影像的质量产生影响[3]，随之而出现的问题是如何切实保障CR、DR的影像质量，以适应日益普及的数字化摄影的需要。

1 检测结果及分析

该文采用的测量设备是多功能质量检测仪Barracuda和DIGI-13检测模体。检测方法：（1）将诊断水平多功能探头置于X线照射野的中心，探头中心轴与射线束轴垂直，焦点距探头中心100 cm，曝光条件为70kVp/20mAs；（2）将DIGI-13检测模体置于X线照射野的中心，模体表面与射线束轴垂直，焦点距模体表面100 cm，曝光条件为70 kVp/20mAs；重复测量3次，取其平均值。表1和表2分别列出了CR和DR的检测结果，由于CR、DR的国家规程没有出台，因此不列出设备的厂家和型号。

按照上述方法对41台CR分别进行了检测，涉及了6个厂家18个型号的机器。由于CR没有国家规程、规范可参考，现只有参考JJG 744-2004《医用诊断X线辐射源》和其他地方检定规程，选取辐射质、空间分辨力和低对比分辨力暂时设置限值进行统计分析，要求：辐射质不小于2.0mmAl、空间分辨力不小于14Lp/cm、低对比分辨力不大于1.2%。对于单台CR的所有项目均满足限值要求的，也不一一详细列出其检测结果，对于1项及以上不满足限值要求的，如表1所示。

表1 不满足限值要求的CR检测结果

从表1可以看出：辐射质小于2.0mmAl的机器为3台；空间分辨力小于14Lp/cm的机器为4台；低对比分辨力大于1.2%的机器为4台；2项及其以上指标超出限值要求的机器为2台；1项指标超出限值要求的机器为7台。

按照上述方法对37台DR分别进行了检测，涉及了13个厂家25个型号的机器。由于DR没有国家规程、规范可参考，现只有参考JJG 744-2004《医用诊断X线辐射源》和其他地方检定规程，选取辐射质、空间分辨力和低对比分辨力暂时设置限值进行统计分析，要求：辐射质不小于2.1mmAl、空间分辨力不小于14Lp/cm、低对比分辨力不大于1.2%。对于单台DR的所有项目均满足限值要求的，也不一一详细列出其检测结果，对于1项及以上不满足限值要求的，如表2所示。

表2 不满足限值要求的DR检测结果

从表2可以看出：所有机器的辐射质均大于2.1mmAl；空间分辨力小于14Lp/cm的机器为3台；低对比分辨力大于1.2%的机器为1台；2项及其以上指标超出限值要求的机器为0台；1项指标超出限值要求的机器为4台。

评价成像性能的参数很多，空间分辨力是其中的重要参数之一[4]。空间分辨力（或高对比度分辨力）评价系统空间分辨能力，即物体内很小细节在图像上可被识别的能力。以上检测结果以空间分辨力超出限值要求者居多，首先从CR空间分辨力常见的影响因素进行分析：

（1）X线焦点大小对CR空间分辨力的影响。X线焦点大，图像模糊，分辨力下降。

（2）图像放大对CR空间分辨力的影响。图像放大会大大提高CR空间分辨力观测结果。

（3）IP板对CR空间分辨力的影响。像素尺寸较小IP板，可以分辨更小的物体，所以其空间分辨力较高。

（4）曝光剂量大小对CR空间分辨力的影响。曝光剂量过小，IP板接收光子数少，图像噪声大，无法分辨物体与背景，因此，CR空间分辨力较低。随着曝光剂量增加，空间分辨力增大。当达到CR空间分辨力的极限剂量时，空间分辨力不会持续增大，如果曝光剂量过大，导致图像质量恶化，降低CR空间分辨力。

（5）影响CR空间分辨力的其他因素。CR空间分辨力与射野和光野一致性、IP板清洁度及软件系统有关，因此要及时清洁IP板，校准射野和光野及升级软件系统[5]。

其次DR空间分辨力常见的影响因素有以下4个方面：

（1）空间分辨力的提高取决于像素的增加，像素越大空间分辨力越高，因此空间分辨力的提高不是无限的。

（2）根据X线成像原理，X线管电压增大，增强了射线强度，使穿过物体的X线增多[6]。随着管电压的升高，空间分辨力增大，但管电压增大到70kV后，空间分辨力保持相对稳定[7]。

（3）由于DR系统探测器本身的分辨力一般高于系统所配显示器的分辨力，因此显示器性能也会影响DR空间分辨力。

（4）影响空间分辨力的其他因素有X线焦点、SID、患者运动、曝光时间、探测器感光灵敏度、计算机图像处理、显示器性能等。

X线成像系统在照射射线剂量一定情况下，对同一被测物或被检查患者，越小的物体对比度在其检查图像上越容易被识别。为了表征系统这一性能的优劣，用低对比分辨率评价，说明被测物内部相邻两低物体对比度部分（在射线垂直方向伸展可以较大）的能力。以被测物内可被检测到的最小物体对比度（百分数）表示。低对比分辨力又称密度分辨力，其定义为可以从均一背景中分辨出来的特定形状和面积的低对比度微小目标。低对比分辨力受其他因素影响比较大，包括噪声、散射线、管电压、空间分辨力等。

（1）系统的噪声限制了信噪比，是决定低对比分辨力的主要因素。根据成像设备的不同所产生的噪声也会不同，CR系统有量子噪声、结构噪声和颗粒噪声等，DR系统的噪声主要是量子噪声、电子元件形成的噪声和重建算法的噪声，噪声会降低影像细节可见度。

（2）散射线（主要是由康普顿效应产生）会导致影像对比度降低。散射线的叠加会导致影像上叠加一层没有任何诊断信息的密度，使处于影像低密度区的结构不能区别，某些低密度信号检测不出，因而对低对比分辨力有影响。在测试时除了机器固有的滤过之外还应该加上附加滤过，这样可以提高X线光子平均能量，使康普顿效应所产生的散射光子的散射角变小。

（3）高管电压时，X线光子能量较高，以康普顿效应为主，因而形成了低对比影像；低管电压时，X线光子的能量较低，以光电效应为主，形成高对比度的影像。对于同样一个模体，管电压升高后所形成的对比度会降低。

（4）在高的空间分辨力情况下，由于空间频率特性好，因此观察到的低对度细节的边缘较清晰，易于识别。

辐射质即是辐射能量的确定，它用来表示光子穿透物质的能力，可用有效能量来表征，可以通过测量给定X线管电压和过滤（包括固有过滤和附加过滤）条件下的半值层（half value layer，HVL）来评价线质。在X线诊断中，人们通常把施加在X线管两极间的峰值电压（kVp）来表示射线的线质。这是因为管电压越高，X线管内的电子运动速度就越快，撞击阳极靶面的能量就越高，因而产生的射线穿透物质的能力也越强。但是，由于整流装置的效能（取决于电压波形）、靶材料及X线管射出窗口过滤片的吸收效应，管电压只能粗略地反映X线的线质。

对于放射影像来说，如何以较低的入射X线剂量获得高信噪比的影像是反映探测器性能和技术水平的标志。当前厂家采用量子检测效率（detective quantum efficient，DQE）对数字影像系统的对比度检测能力进行表述，DQE结合了影像对比度、噪声、空间分辨率和入射X线剂量4个重要参数。但DQE的测量是比较烦琐的过程，影响DQE测量结果的因素也比较多，不同的测量条件和测量方法所得结果误差也较大。

2 值得思考的地方

首先是加强交流沟通和提高服务水平。随着医学科学技术的飞速发展，技术先进的医用计量器具不断涌现，围绕法制检定和客户的需求，要不断研究新的检测技术，开拓新的检测项目，通过检测发现问题，并主动与客户交流沟通，消除事故隐患，延长仪器设备寿命、降耗增效。现代医学诊疗技术和远程会诊技术的发展，需要大量的客观信息，而这些信息几乎都来自于测量结果。要保障如此众多的测量数据准确可靠，离开计量的支持是不可想象的。

其次是要对设备采购调研突出重点。对该设备的检定、校准证书，以及输入信号、激励信号和输出信号等方面的计量性能重点资料（而不是厂家的宣传资料）直接关系到该设备是否具有高性价比。

再次是为制定规程规范和开发科研产品奠定基础。要制定规程，这样才能领导变，而不是一味的跟着变和应付变，只有主动行动，才不会被动执行。制定规程和开发科研产品二者是相互依存的，不可分割的，二者都需要做好扎实基础工作。该文通过对CR、DR检测结果的分析就是希望为以后制定规程和开发科研产品提供参考。

3 结束语

CR、DR具有动态范围大、线性好、影像层次丰富、信息量大、采集速度快和可立即网络传输或远程会诊等优点，为临床影像诊断的发展开辟了新局面。该文通过对检测结果的分析和思考，希望为下一步的制定规程和开发科研产品提供参考。

[1]王永方.直接X线摄影技术及其临床应用[J].中华现代影像学杂志，2008，5（5）：462-463.

[2]祁吉.计算机X线摄影[M].北京：人民卫生出版社，1997.

[3]张志元.CR、DR的质量控制[J].中华现代影像学杂志，2008，5（7）：669-671.

[4]Sameia E.Performance evaluation of computed radiography systems[J].Med Phys，2001，28（3）：361-371.

[5]曾勇明，罗天友，张志伟，等.数字X线成像系统图像质量影响因素的实验研究[J].实用医学影像杂志，2008，9（2）：69-71.

[6]Sameia E.Evaluation of a flat panel digital radiographic system for low-dose portable imaging of neonates[J].Med Phys，2003，30（4）：604-607.

[7]崔志敏，穆晶伟，朱永峰.DR摄影中不同摄影仟伏对成像质量和辐射效能的影响[J].实用医学杂志，2009，25（10）：1623-1624.