关于数字化X射线摄影系统成像质量指标探讨

林联君 浙江省医疗器械检验研究院 （浙江 杭州 310018）

内容提要： 标准YY/T 0741-2018规定了数字化X射线摄影系统成像质量指标成像空间分辨率、低对比度分辨率、动态范围、影像均匀性、有效成像区域、残影和伪影、（长骨）图像拼接性能、探测器校正及稳定性试验和量子探测效率（DQE），其中量子探测效率（DQE）是一种对成像系统的信号和噪声从输入到输出的传输能力的表达，以百分比表示，它是最能代表图像质量的测量指标，以观察者能够探测到图像中感兴趣的目标为目的，文章重点对此指标展开探讨。

数字化X射线摄影系统（Digital Radiography，DR）是自CT发明以来X射线放射影像领域取得的最大突破性技术进步，其出色的影像质量、丰富的功能、快捷的工作效率和低曝光剂量的安全性是常规增感屏胶片成像系统和计算机化X射线摄影系统所无法比拟的。数字化X射线摄影系统检查已成为广大人民群众健康体检、就医诊断中接触最为普遍的一种检查方式，对于疾病的早期发现起到了关键作用。数字化X射线摄影系统成像性能指标直接关系到是否能够为医生诊断提供可靠依据，减少假阳性与假阴性的概率，以及是否能够保障患者在做检查时尽量少的受到电离辐射损伤。关于数字化X射线摄影系统成像性能指标客观评价方法的检测标准，主要涉及2份标准YY/T 0741-2018《数字化医用X射线摄影系统专用技术条件》和标准YY/T0590.1-2018《医用电气设备 数字X射线成像装置特性 第1-1部分：量子探测效率的测定普通摄影用探测器》，本文就通过这2份标准要求内容关于数字化X射线摄像系统成像质量指标展开探讨。

1.数字化X射线摄影系统成像质量指标

数字化X射线探测器技术的出现使得传统的对图像质量的测量方法变得不能完全适用，如空间分辨力及MTF等这样的指标特征不能再单独作为某个系统诊断功能的标准，随着标准YY/T 0741-2018《数字化医用X射线摄影系统专用技术条件》在2018年9月28日发布，并于2019年10月1日实施，此版标准关于数字化X射线摄影系统成像指标提出更多的要求。

1.1 空间分辨率

将YY/T 0741-2018附录B中多功能测试卡按图1进行测试布局，调制SID为正常临床使用的距离，设置影像视野为平板的最大有效成像区域，选择制造商规定的典型临床协议，手动设置X射线电压为75kV±7kV或是AEC模式下自动曝光，在厚度为25mm的铝（纯度＞99.5%）衰减体模情况下空间分辨力应不小于2.5Lp/mm。

1.2 低对比度分辨率

选择空间分辨率测试中的摄影图像，通过调整合适的窗宽窗位，分别记录圆度清晰可见的低对比度圆孔的个数，在标称入射野模式下的低对比度分辨率应不大于2.3%。

1.3 动态范围

选择空间分辨率测试中的摄影图像，通过调整合适的窗宽窗位，分别记录可辨别的动态阶楔数，在标称视野模式下可辨别的动态阶楔数应不小于16。

1.4 影像均匀性

制造商应规定数字化X射线摄影系统（DR系统）的影像均匀性的最大值及所使用的SID和加载因素。移走滤线栅，设置X射线管电压和SID为平板校准时使用的条件，置厚度为25mm的纯铝衰减体模于X射线束中心，使之覆盖整个照射野；按设置的SID和选择系统所提供的摄影程序进行摄影，存储图像；在影像中心，X轴、Y轴及对角线上离中心点约2/3的位置上选取9个采样区域，在每个采样区域中分别读取64×64个像素的灰度值，并计算出每个采样点内像素灰度值的平均值，影像规定采样点的灰度值标准差与规定采样点的灰度值均值之比应不大于2.5%。

1.5 有效成像区域

移走滤线栅，置铅刻度尺于靠近影像接收面的位置，与测量方向平行。AEC模式下或制造商声明的使用条件下曝光，在曝光所成影像中直接读取铅刻度尺上的数据x和y，应规定所采用的探测器的有效成像区域在x和y两个方向上的最大尺寸，实际有效视野尺寸（x和y两个方向）应不小于制造商声称有效视野尺寸的95%。

图1. 测试布局

1.6 残影与伪影

应无可见残影和无可见影响临床诊断的伪影存在。

1.7 图像拼接性能、探测器校正及稳定性

按制造商规定的方法进行检验DR系统如有长骨图像拼接功能应满足射线野重叠区域偏差要求和拼接调节要求及识别功能要求。DR系统应具有支持用户进行常规的探测器校正的功能，制造商应在随机文件中给出稳定性试验的内容及频次，DR系统宜提供稳定性试验程序。

1.8 量子探测效率（DQE）

制造商在随机文件中应给出使用的探测器在指定标准辐射质量、照射剂量和不同空间频率（至少0.5Lp/mm，1.0Lp/mm，1.5Lp/mm，2.0Lp/mm，2.5Lp/mm，直到略低于NYQUIST（奈奎斯特））采样频率的最高频率的量子探测效率值。

量子探测效率（DQE）不是简单的可见光强度与X射线强度之比，而是描述把入射X射线转化成输出影像效率和能力的指标。量子探测效率的定义与影像质量成正比，与入射剂量成反比，由于影像质量同时正比于入射X射线剂量，高的量子探测效率表现了DR系统在低入射剂量条件下获得高质量影像的能力如图2所示，其涉及到DR探测器的灵敏度、线性、噪声剂量及MTF等多项参数，因此量子探测效率对DR系统是较全面和完整的性能评价参数。对于众多不同的DR系统而言以量子探测效率指标来进行对比应较为全面和科学。

图2. 高、低DQE 成像质量对比

2.量子探测效率（DQE）指标

2.1 辐射质量

量子探测效率测量的结果依赖于测量所用的曝光条件和参数设置，标准YY/T 0590.1-2018《医用电气设备 数字X射线成像装置特性 第1-1部分：量子探测效率的测定 普通摄影用探测器》对其测试条件进行了具体的规定。一个重要的测试参数是X射线的辐射质量，即X射线能量谱，见表1。要获得其中规定的射线质要使用一定厚度的铝板对X射线进行滤过，并调整管电压使半价层接近表中的规定值。可以使用其中的一种或几种X射线辐射质量进行测量，如果只使用一种辐射质量则优先选择RQA5。

表1. 测量DQE 所使用的辐射质量和相关参数

图3. 线性系数

2.2 转换函数

数字化X射线成像装置的大面积输出值（原始数据）与探测器表面所在平面的单位面积曝光量子数的对应曲线。线性化数据通过对原始数据中逐个像素应用转换函数逆变换计算出来。转换函数是输出的原始数据对输入的单位面积接受的曝光量子数的函数，线性化数据的单位为单位面积接受的曝光量子数。实验数据点应按模拟函数拟合，如果假定转换函数是线性的，应只拟合出一个线性函数。所拟合的结果应满足线性相关系数R的平方应＞0.99，如图3测试结果。

2.3 调制传递函数（MTF）

调制传递函数代表数字化X射线摄影系统对入射X射线响应的系统函数，对数字化X射线摄影系统的空间分辨率反映的客观指标。选择合适的剂量条件进行校准，根据YY/T 0741-2018《数字化医用X射线摄影系统专用技术条件》中5.4.10条量子探测效率中要求至少需要考虑0.5Lp/mm、1.0Lp/mm、1.5Lp/mm、2.0Lp/mm和2.5Lp/mm的量子探测效率值，故在测试调制传递函数（MTF）时应至少对0.5Lp/mm、1.0Lp/mm、1.5Lp/mm、2.0Lp/mm和2.5Lp/mm沿X方向和Y方向的数值进行测试，如图4所示测试结果。

图4. 调制传递函数（MTF）

图5. 噪声功率谱（NPS）

2.4 噪声功率谱（NPS）

噪声功率谱（NPS）反映了平板探测器随机噪声水平，选择与测量调制传递函数的相同的剂量条件下进行测试，测试时应至少对0.5Lp/mm、1.0Lp/mm、1.5Lp/mm、2.0Lp/mm和2.5Lp/mm沿X方向和Y方向的噪声功率谱（NPS）值，如图5所示测试结果。

图6. 量子探测效率（DQE）

2.5 量子探测效率（DQE）

测试时应至少对0.5Lp/mm、1.0Lp/mm、1.5Lp/mm、2.0Lp/mm和2.5Lp/mm沿X方向和Y方向的量子检测效率值，如图6所示测试结果。

2.6 测试结果表述

根据标准YY/T 0590.1-2018中第8条准确度需要考虑量子探测效率（DQE）的测量不确定度值应满足如下要求：在包含因子（覆盖因子）K=2 时，扩展不确定度应小于：Δ[DQE(u)]=±0.06或者Δ[DQE(u)]/(DQE(u)=±0.10取其中数值大者为准。测量不确定度可以在实测结果中给出，供用户综合评估平板探测器性能。

3.结语

通过对数字化X射线摄影系统成像质量指标的综合测评，可以客观评价数字化X射线摄影系统达到一定成像性能时所需要入射X射线剂量，淘汰低量子检测的设备，降低医疗风险，为患者以尽量小的剂量达到适宜的诊断图像的要求以及医疗机构在使用X射线检查时要求的正当性、合理性和最优性提供有力的客观数据支持，并减少了人为的主观影响，减少假阳性与假阴性的概率，充分保障了患者可靠就医。