数字乳腺X线摄影系统成像参数优化研究

闵高瑜，胡益斌，金锡军，李大鹏，李明明

1.南京医科大学第一附属医院 a.临床医学工程处；b.放射科，江苏 南京210029；2.江苏省计量科学研究院，江苏 南京 210029

数字乳腺X线摄影系统成像参数优化研究

闵高瑜1a，胡益斌1a，金锡军1a，李大鹏1b，李明明2

1.南京医科大学第一附属医院 a.临床医学工程处；b.放射科，江苏 南京210029；2.江苏省计量科学研究院，江苏 南京 210029

目的 本文对数字乳腺X线摄影系统中成像参数的最优化进行初步研究。方法 采用4 cm厚的PMMA乳腺模体，选择不同的靶/滤过组合、管电压和管电流时间乘积，进行手动成像。利用ImageJ软件中的qa-distri插件得到图像信号区域和背景区域的像素均值和标准差，以此计算图像的对比度噪声比。然后根据对比度噪声比和平均腺体剂量两个参数，评估靶/滤过组合、管电压和管电流时间乘积对成像的影响。结果 对于厚度为 4 cm的乳房，使用钼/铑组合，在得到同等质量图像的情况下，受检者吸收的平均腺体剂量比使用钼/钼组合低。结论，在数字乳腺X线摄影系统临床使用过程中，要选择适宜的曝光参数，既能保证图像质量，又能降低受检者的辐射风险。

数字乳腺X线摄影系统；钼/铑组合；钼/钼组合；对比度噪声比；平均腺体剂量

乳腺癌是我国女性发病率最高的恶性肿瘤，在癌症相关死亡原因中位居第六[1]。尽管有研究表明，乳腺癌筛查约有15％～30％的漏检率[2],但乳腺X线摄影检查仍是诊断早期乳腺癌最有效和最准确的方法。乳腺组织对X线非常敏感，因此检查过程中需要在保证影像质量的基础上尽可能降低辐射剂量，以减少致癌风险。

关于X线能量最优化，Ragozzino等人提出在剂量恒定条件下，能量为20 keV左右的射线能带来最佳的图像质量[3-6]。如果能量较低，就会增加辐射剂量；如果能量较高，就会降低图像的对比度，从而影响图像质量[7]。因此，X线能量谱是决定图像质量和剂量的一个重要因素，而其主要取决于靶、滤过材料和管电压[8]。目前许多研究普遍采用放射医师目测的方法来评判图像质量，既耗费人力，又会引入人为误差。本研究根据对比度噪声比（Contrast to Noise Ratio，CNR）[9]和平均腺体剂量（Mean Glandular Dose，MGD）两个指标来优化数字乳腺X线摄影系统的成像参数，旨在保证图像质量的基础上尽可能降低辐射剂量。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 测试乳腺机

本研究采用的乳腺X线摄影系统是由Hologic公司开发的Selenia直接数字化全景乳腺机，其探测器采用非晶硒技术，有效面积为232.96 mm×286.72 mm，像素尺寸可达70 μm，最大空间分辨率为7.14 lp/mm。该系统还采用高通透性蜂窝状滤线栅，具备钼、钳和钼、铑两种滤过。SID为660 mm，焦点大小选择0.3 mm。

表1 不同靶/滤过组合和管电压下g和c的值

1.1.2 测试模体

采用Hologic公司提供的4 cm厚的PMMA乳腺模体。

1.1.3 其他

采用0.1 mm厚，10 mm×10 mm大小，纯度＞99.9％的铝箔作为钙化模体。

1.2 剂量计算

根据Dance等[10]提出的方法计算MGD，计算公式如下：

其中，ESAK表示表面入射空气比释动能，单位Gy；g表示在50％腺体含量和钼/钼（Mo/Mo）组合下，ESAK与MGD的耦合因子；c表示不同腺体含量下的影响因子；s表示不同靶/滤过组合下的影响因子。需要注意的是，影响g和c的厚度系数不是指PMMA的厚度，而是相对应乳腺的厚度，其取值如表1所示。

1.3 图像分析

1.3.1 对比度噪声比

因为0.1 mm厚度的铝箔相当于最低能见度的微钙化[11]，所以经常被用来测量CNR[12-13]。将一片铝箔放置在4 cm厚的PMMA上，在不同的靶/滤过组合、管电压和管电流时间乘积下进行曝光成像。

利用ImageJ软件平台[14]和qa-distri插件[15]，对获得的图像进行处理分析。分别计算铝箔区域内和背景区域内（中心对称分布，大小为10 mm×10 mm，距胸壁60 mm）的像素均值和标准差。采用欧洲乳腺癌筛查和诊断质控指南[12]中定义的公式计算CNR，表达式如下：

1.3.2 品质因素

最佳射线质量是能够在保证目标CNR的前提下，使得平均腺体剂量最少。针对数字乳腺X线摄影系统，品质因素（Figure of Merits，FOM）是最优化研究的常用参数[16]，但其在不同文献中的定义有所区别。为了消除因模体瑕疵、探测器的非均匀性和足跟效应带来的相关噪声，本研究采用Williams等[8]提出的定义。根据所得的CNR和MGD计算FOM，其计算公式如下：

2 结果与讨论

2.1 CNR

CNR是评价图像质量的标准，自动曝光控制（AEC）模式下图像的CNR为1.87521。以该值作为参考值，当CNR＞1.87521时，比较不同成像参数（管电压＞25 kV，TCTP＞40 mAs）对CNR和MGD的影响，以寻找最佳成像参数，在保证图像质量的基础上尽可能降低辐射剂量[17]。

在不同的管电压和靶/滤过组合下，CNR随管电流时间乘积（Tube Current Time Product，TCTP）的变化规律图，见图1。除管电压为25 kV和27 kV以外，在相同的管电压和TCTP下，钼/钼组合比钼/铑组合产生的图像的CNR高，且随TCTP增加，二者的差值越大。在相同的TCTP和靶/滤过组合下，CNR随管电压的增加而增加。在相同的管电压和靶/滤过组合下，CNR随TCTP的增加而增加。

2.2 MGD

在不同的管电压和靶/滤过组合下，MGD随TCTP的变化规律图，见图2。在相同的管电压和TPCP下，钼/钼组合比钼/铑组合产生的图像的MGD高，且随TCTP增加，二者的差值增大。在相同的TCTP和靶/滤过组合下，MGD随管电压的增加而增大。在相同的管电压和靶/滤过组合下，MGD随TCTP的增加而增大。

图1 CNR随TCTP的变化规律图

图2 MGD随TCTP的变化规律图

图3 不同管电压和靶/滤过组合下，CNR与MGD的对应关系图

2.3 CNR和MGD

管电压分别为25、27、29、31、33 kV，TCTP分别为45、50、55、60、65、70、75、80、85 mAs，不同靶/滤过组合下，CNR与MGD的对应关系图，见图3。由图3可知，在图像质量同等的情况下，钼/铑组合比钼/钼组合产生的MGD少。

2.4 FOM

在不同管电压和靶/滤过组合下，FOM随TCTP的变化规律图，见图4。在相同的管电压和TCTP（29 kV，50 mAs时除外）条件下，钼/铑组合比钼/钼组合的FOM更高。

图4 不同管电压和靶/滤过组合下，FOM随TCTP的变化规律图

在不同管电压和靶/滤过组合下，FOM随 TCTP的变化规律图，见图5。

图5 不同管电压和靶/滤过组合下，FOM随TCTP的变化规律图

钼/钼组合时，最佳成像参数是：管电压=29 kV，TCTP=50 m As。钼/铑组合时，最佳成像参数是：管电压=27 kV，TCTP=55 m As。当管电压为27 kV，TCTP为55 m As，钼/铑组合时，FOM最大。

3 结论

从上述结果可以看出，在乳腺X线摄影中，靶/滤过组合、管电压和TCTP不同，所得的图像质量和平均腺体剂量会存在很大的差异。针对Hologic公司开发的Selenia乳腺机，对于压迫后厚度为4 cm的乳房，使用钼/铑组合，在得到同等质量图像的情况下，受检者吸收的平均腺体剂量比使用钼/钼组合低。因此，在数字乳腺X线摄影系统临床使用过程中，要选择适宜的曝光参数，既能保证图像质量，又能降低受检者的辐射风险。

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Prelim inarily Investigation of Optim ization of Imaging Parameters in Digital M ammography System

MIN Gao-yu1a, HU Yi-bin1a, JIN Xi-jun1a, LI Da-peng1b, LI Ming-m ing2
1.a.Department of Clinical Engineering；b.Department of Radiology, The First A ffiliated Hospital of Nanjing Medical University, Nanjing Jiangsu 210029, China；2.Jiangsu Institute of Metrology, Nanjing Jiangsu 210029, China

Objective Optim izing imaging parameters in digital mammography system was prelim inarily investigated in this paper.Methods The 4-cm-thick PMMA（Poly-M ethyl-Meth-Acrylate）breast simulating phantom was used, and two different combinations of anode/fi lter material and a w ide range of peak tube voltage and tube current-time product were employed for manually imaging.The images were analyzed by using a set of plug-in applications in the ImageJ software for acquisition of the pixel mean value and standard deviation measurements so as to calculate contrast noise ratio.Then, the impact of combination of anode/fi lter material, peak tube voltage and tube current-time product on images was assessed by using contrast noise ration and mean glandular dose.Resu lts For the 4-cm-thick breast, the same image quality could be achieved w ith a lower dose by using the combination of Mo/Rh anode/fi ler than the combination of Mo/Mo.Conclusion Therefore, imaging parameters should be optimized in using of the digital mammography system to assure image quality and keep glandular dose lower.

digital mammography system；combination of Mo/Rh；combination of Mo/Mo；contrast to noise ratio；mean glandular dose

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.12.011

1674-1633（2015）12-0041-04

2015-10-15

2015-10-29

作者邮箱：mgy514011987@126.com