数字断层融合胸部成像曝光参数与图像质量相关性研究＊

郁仁强，曾勇明△，赵 峰，彭 刚，彭盛坤，谭 欢，王 杰，刘 潇，蔡文晶

（1.重庆医科大学附属第一医院放射科 400016；2.岛津企业管理（中国）有限公司，北京100020）

数字断层融合（digital tomosynthesis，DTS）技术是近几年的一种新的成像技术，其优点是成像时间短、辐射剂量低、三维容积成像［1－2］。传统的X线断层摄影一次曝光仅能获取一层图像，而DTS可以一次性获取选定部位的全部容积信息。DTS技术成像能有效避开周围组织的重叠与干扰，清晰的显示每一层的感兴趣层面，提高了组织分辨能力。DTS技术已经被证实成功应用于骨骼、骨关节、肾脏等多个组织及器官的影像学检查［3－5］。本文应用仿真胸部体模，就胸部DTS技术曝光参数对图像质量的影响进行分析，探讨胸部成像曝光参数的优化方法。

1 材料与方法

1.1材料 扫描所用体模为N1“Lungman”型亚洲标准体型成年男性仿真胸部体模。它具有胸壁、肋骨、脊柱，肺、心脏、气管支气管以及肺纹理等结构，其仿真组织对X线衰减与人体等效。采用日本岛津公司SONIALVISION SafireⅡ数字化大平板X线透视摄影系统及后处理工作站。

1.2方法 在 Tomo Chest/Abd模式下，（1）固定 mAs（0.5 mAs），分别选择60、70、80、90、100、110、120kV及130kV，采用系统默认的重建方式［层高100mm，层间距5mm，范围200 mm，滤波反投影（filter back－projection，FBP）/层厚＋＋］重建后评价图像质量；（2）固定kV（100kV），分别选择0.5、0.56、0.63、0.71、0.8、1.0、1.6mAs及3.2mAs采用默认重建方式（层高100mm，层间距5mm，范围200mm，FBP/层厚＋＋）重建后评价图像质量。

1.3评价标准及图像选择 默认方式的重建图像。评价图像时，不对图像灰度和对比度做任何调整。评价标准为五级评分法。5分：图像整体对比度好，各组织结构（气道、肺纹理、软组织及骨骼）均清晰可见；4分：图像整体对比度较好，各组织结构75%以上清晰可见；3分：图像整体对比度中等，各组织结构50%以上清晰可见；2分：图像整体对比度稍差，各组织结构25%以上可见；1分：图像整体对比度差，各组织结构仅25%以下可见。

从每一序列的41幅重建后图像中均取出第1、7、14、21、28、35幅图像，即一个序列用6幅图像代表。kV组和mAs组共16个扫描序列、96幅图像。将图像编号并将顺序打乱，由两位放射科医生根据以上制订的影像图像五级评分法做相关的说明，并以相应的图像做实例，然后采用盲法评价，并记录每幅图像的得分情况，对于有分歧的评价，于评价结束后再行商量并得出结果。

1.4统计学处理 采用SPSS13.0软件进行数据处理。采用Kappa值评价两名医生对图像的判断结果一致性，Kappa≤0.40时，表明一致性较差；0.40＜Kappa≤0.60时，表明中度一致；0.60 ＜Kappa≤0.80时，表明较高度的一致性；Kappa＞0.80时，表明有极好的一致性。用s表示每个序列中6幅图像的平均的得分。

2 结 果

2.1一致性检验 两位放射科医生采用盲法对kV组和mAs组图像评价的一致性如下：在共96幅图像中，评分一致的图像有84幅，评分不一致的图像有12幅。其中，两名医生均评价为5分的图像有21幅；均评价为4分的图像有17幅；均评价为3分的图像有22幅；均评价为2分的图像有17幅；均评价为1分的图像有7幅；得出的Kappa值为0.84，表明两位放射科医生对kV组和mAs组图像质量的评价有极好的一致性。

2.2固定 mAs变化 kV 组 各 kV 组（60、70、80、90、100、110、120和130kV）得分情况分别为2.50±0.55、2.67±0.82、3.67±1.37、4.00±1.27、4.00±1.27、4.00±1.27、3.83±1.67和3.00±0.89，其中，曝光参数90、100和110kV时得分最高。

2.3固定 kV 变化 mAs组 各 mAs组（0.5、0.56、0.63、0.71、0.8、1.0、1.6和 3.2mAs）得分分别为3.83±1.17、3.67±1.21、3.50±1.23、3.33±1.37、3.00±1.41、2.67±1.21、2.67±1.21和1.33±0.52，其中，曝光参数0.5mAs得分最高。

图1 曝光条件60kV、0.5mAs

图2 曝光条件100kV、3.2mAs

2.4曝光参数与图像质量的关系 图1～3为同一层面不同曝光参数得到的影像。当采用低管电压（60kV）、低管电流量（0.5mAs）的曝光条件时，X线能量不够，穿不透成像结构，获取的信息量不多，仅部分肺门处肺纹理可显示，图像对比度差，噪声明显（图1）；当采用较高管电压（100kV）、较高管电流量（3.2mAs）曝光条件时，无法形成有利的对比，图像透亮使肺纹理显示较差（图2）；适中的曝光条件（90kV、0.5mAs）时，DTS图像对比较好，图像中气道、肺纹理、软组织及骨骼均显示清晰（图3）。虽然DTS属于数字成像技术，但曝光条件过低的图像（图1）经过灰度和对比度的调整，仍难于取得较好的图像质量（图4）。

图3 曝光条件90kV、0.5mAs

图4 经灰度及对比度调整后

3 讨 论

随着平板探测器技术的不断改进，DTS技术使数字X线摄影在容积成像领域变成现实。DTS技术目前尚属于一项新技术，对于大多数的放射学工作人员及临床医生而言比较陌生，即使是设备公司也未提供实际操作的扫描参数范围。本研究旨在探索DTS技术在胸部断层扫描的参数范围，供在实际工作中有据可依。

胸部X线片检查是放射科常见的检查。由于胸部是一个组织结构层次比较丰富的部位，包括低密度的气道、肺组织，中等密度的软组织、纵隔及高密度的多种骨组织，可能涉及的病变类型很多，放射学工作人员及临床医生希望通过一次影像检查能够将胸部组织全部显示出来。普通X线摄影存在一定漏诊的可能及定位不准的缺陷，特别是在肺癌小结节的早期诊断方面，CT虽然在作为胸部小结节检出的金标准，但其花费昂贵，并且辐射剂量相当高［6］。DTS技术吸收了传统的断层摄影技术的思想，集成了CT检查中断层成像及普通X线摄影低剂量的优点，而且与CT相比，在一定程度上降低患者的医疗支出。DTS技术的缺点，主要在于可能出现多种伪影［7］，及胸部检查时需要患者屏住呼吸时间稍长。

DTS成像遵循传统X线成像原理：图像质量受kV及mAs影响。kV主要影响图像整体的对比度，当 mAs（0.5 mAs）固定时，低的kV（如60kV）代表着低能量的X线，无法穿透成像结构（胸部）形成有效的对比；相反，高的kV（如130 kV）穿透成像结构（胸部）的X线过多，图像的整体对比度低，亦不利于病变的检出。mAs主要影响图像整体的灰度，当固定100kV时，用0.5mAs DTS扫描所得的图像已有较高的质量评分；当mAs增大时，图像质量有所下降，当mAs上升至3.2mAs时，双侧肺野内出现明显曝光过度的现象，无法辨别肺野内的结构。

DTS技术属于数字成像，数字成像的优势在于获取原始图像后，可通过图像后处理进行图像的灰度和对比度调整。然而，数字影像的形成仍需要在适宜曝光条件下才能具有诊断价值。本研究中发现SONIALVISION SafireⅡ数字化大平板X线透视摄影系统中胸部DTS检查的最适宜曝光参数范围为：管电压90～110kV、管电流量0.5mAs，既能保证图像整体对比度较好，又能使胸部组织结构有良好的显示。

放射诊断学检查在给患者带来益处的同时，同样存在着潜在的危害。在保证图像质量的同时，遵循尽可能的低剂量（as low as reasonably achievable，ALARA）原则，降低患者所接受的辐射剂量。由于本体模代表了经过等效性验证的亚洲成年男性标准体型，故对于标准体型成人胸部DTS扫描，权衡图像质量及辐射剂量两方面因素，本实验推荐的曝光参数为90 kV、0.5mAs。在实际工作中，放射工作人员可以根据受检者的实际情况（如患者的身高、体质量、疾病等），做相应的调整。

［1］Ren L，Zhang J，Thong phiew D，et al.A novel digit al－tomsis（DTS）reconstruction method using a deformation field map［J］.Med phys，2008，35（7）：3110－3115.

［2］Svalkvist A，Mansson LG，Bath M.Monte Carlo simulations of the dosimetry of chest tomosynthesis［J］.Radiat Prot Dosimetry，2010，139（1/2/3）：144－152.

［3］田军，巩武贤，张殿星，等.数字化断层融合在隐蔽骨折诊断中的应用［J］.中华放射学杂志，2011，45（6）：566－568.

［4］Machida H，Yuhara T，Sabol JM，et al.Postoperative follow－up of olecranon fracture by digital tomosynthesis radiography［J］.Jpn J Radiol，2011，29（8）：583－586.

［5］Mermuys K，De Geeter F，Bacher K，et al.Digital tomosynthesis in the detection of urolithiasis：diagnostic performance and dosimetry compared with digital radiography with MDCT as the reference standard［J］.AJR Am J Roentqenol，2010，195（1）：161－167.

［6］Vikgren J，Zachrisson S，Svalkvist A，et al.Comparison of chest tomosynthesis and chest radiography for detection of pulmonary nodules：human observer study of clinical cases［J］.Radiology，2008，249（3）：1034－1041.

［7］Machida H，Yuhara T，Mori T，et al.Optimizing parameters for flat－panel detector digital tomosynthesis［J］.Radiographics，2010，30（2）：549－562.