全數(shù)字化乳腺X射線(xiàn)成像系統(tǒng)自動(dòng)曝光控制可重復(fù)性及探測(cè)器均勻性檢測(cè)*

陳建新　付麗媛　梁永剛　倪　萍　吳劍威　陳　堅(jiān)　李　威　劉冰川　陳自謙*

全數(shù)字化乳腺X射線(xiàn)成像系統(tǒng)自動(dòng)曝光控制可重復(fù)性及探測(cè)器均勻性檢測(cè)*

陳建新①付麗媛①梁永剛①倪萍②*吳劍威②陳堅(jiān)①李威②劉冰川①陳自謙①*

目的：研究數(shù)字乳腺X射線(xiàn)攝影（DR）自動(dòng)曝光控制（AEC）可重復(fù)性及探測(cè)器均勻性檢測(cè)方法。方法：使用M12乳腺X射線(xiàn)機(jī)性能測(cè)試模體，對(duì)AEC重復(fù)性及探測(cè)器均勻性進(jìn)行檢測(cè)。參考標(biāo)準(zhǔn)：最大相對(duì)誤差＜10%，異變系數(shù)＜5%，結(jié)果：①AEC可重復(fù)性檢測(cè)最大相對(duì)誤差為0.45%，異變系數(shù)為0.41%，自動(dòng)曝光控制重復(fù)性檢測(cè)符合標(biāo)準(zhǔn)要求；②探測(cè)器均勻性測(cè)量的最大相對(duì)誤差為2.83%，參考標(biāo)準(zhǔn)最大相對(duì)誤差＜7%，探測(cè)器均勻性檢測(cè)通過(guò)。結(jié)論：該檢測(cè)方法可有效對(duì)全數(shù)字化乳腺X射線(xiàn)成像系統(tǒng)的AEC可重復(fù)性及探測(cè)器均勻性進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)可快速掌握系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，保證設(shè)備始終處于良好的工作狀態(tài)。

全數(shù)字化乳腺X射線(xiàn)成像系統(tǒng)；自動(dòng)曝光控制可重復(fù)性檢測(cè)；探測(cè)器均勻性；M12模體

［First-author’s address］ Medical Image Center of Fuzhou General Hospital of PLA， Fuzhou 350025， China.

乳腺癌是婦女最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，嚴(yán)重威脅著廣大婦女的健康和生命安全。全數(shù)字化乳腺X射線(xiàn)成像系統(tǒng)作為一種無(wú)創(chuàng)便捷的檢查方法，已成為乳腺癌篩查的主要檢查手段［1］。一幅高質(zhì)量的乳腺影像對(duì)于提高影像診斷準(zhǔn)確性、保證檢出率有重要的意義。開(kāi)展全數(shù)字化乳腺X射線(xiàn)成像（Digital radiography， DR）系統(tǒng)定期質(zhì)量控制檢測(cè)工作，是保證乳腺攝影圖像質(zhì)量的根本［2］。本研究參考國(guó)內(nèi)外多品牌全數(shù)字化乳腺X射線(xiàn)成像系統(tǒng)的質(zhì)量控制檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，在保證機(jī)器性能和圖像質(zhì)量的前提下，選擇自動(dòng)曝光控制（automatic exposure control，AEC）重復(fù)性及探測(cè)器均勻性作為快速質(zhì)量控制需要測(cè)量的參數(shù)進(jìn)行研究，以保證全數(shù)字化乳腺X射線(xiàn)成像系統(tǒng)的穩(wěn)定性、有效性及探測(cè)器的狀態(tài)［3-5］。

1　資料與方法

1.1設(shè)備及檢測(cè)器材

受檢設(shè)備為Siemens MAMMOMAT Novation DR乳腺成像系統(tǒng)（德國(guó)西門(mén)子公司），啟用日期為2009年10月。該設(shè)備搭載的探測(cè)器為非晶硒平板探測(cè)器，24 cm×30 cm，球管為鉬和（或）鎢X射線(xiàn)球管。檢測(cè)設(shè)備為M12乳腺X射線(xiàn)機(jī)性能測(cè)試模體（瑞典奧利科公司），如圖1所示。

圖1　M12乳腺X射線(xiàn)機(jī)模體圖

1.2檢測(cè)方法

（1）環(huán)境條件。室內(nèi)溫度為20～22 ℃，濕度為50%～60%，電源電壓為（380±10）V。

（2）創(chuàng)建一個(gè)新的患者記錄，選擇AEC，管電壓為28 kV，默認(rèn)的陽(yáng)極濾過(guò)組合，如圖2所示。

圖2　放置模體位置示意圖

（3）將20 mm厚的模體放置于乳房支撐臺(tái)上，注意定位于正中位置，開(kāi)始曝光，記錄管電壓kV、管電流mAs；更換40 mm和60 mm厚度的模體重復(fù)上述操作。每周檢測(cè)一次，連續(xù)檢測(cè)5周。所拍攝的模體圖像如圖3、圖4和圖5所示。

圖3　20 mm厚模體影像圖

1.3測(cè)試計(jì)算

1.3.1AEC重復(fù)性測(cè)算

圖4　40 mm厚模體影像圖

圖5　60 mm厚模體影像圖

根據(jù)所拍攝圖像上感興趣區(qū)域（region of interest，ROI）的平均像素值判斷。打開(kāi)模體圖像，根據(jù)質(zhì)量控制指南在拍攝的模體圖像上選取大于模體面積70%的區(qū)域作為ROI（如圖6所示）。

圖6　AEC重復(fù)性測(cè)算ROI選取影像圖

記錄模體厚度和ROI的平均像素值，重復(fù)上述步驟得到20 mm、40 mm和60 mm模體的平均像素值，計(jì)算得到3個(gè)ROI的總平均像素值xav為公式1：

試中xN為ROI的平均像素值。

計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)差σx為公式2：

計(jì)算出異變系數(shù)Cvar，x為公式3：

最后計(jì)算出相對(duì)誤差Δxrel，n為公式4：

1.3.2探測(cè)器均勻性測(cè)算

探測(cè)器均勻性的測(cè)算選用20 mm厚模體的圖像。打開(kāi)20 mm厚模體的圖像，在其上選擇4個(gè)4 mm2的ROI（如圖7所示）。

圖7　探測(cè)器均勻性測(cè)算ROI選取影像圖

表1　一次AEC重復(fù)性測(cè)量數(shù)據(jù)

記錄下平均像素值，根據(jù)公式（1）計(jì)算出總平均像素值，根據(jù)公式（4）計(jì)算出相對(duì)誤差。

2　結(jié)果

2.1AEC重復(fù)性測(cè)量結(jié)果

一次AEC重復(fù)性測(cè)量條件及結(jié)果見(jiàn)表1，5次測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　5次AEC重復(fù)性測(cè)量結(jié)果

表2中最大相對(duì)誤差為0.45%，異變系數(shù)為0.41%。參考標(biāo)準(zhǔn)：最大相對(duì)誤差＜10%，異變系數(shù)＜5%，因此AEC重復(fù)性檢測(cè)通過(guò)。

2.2探測(cè)器均勻性測(cè)量結(jié)果

一次探測(cè)器均勻性測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3，5次測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4。

表3　一次探測(cè)器均勻性測(cè)量數(shù)據(jù)

表4　5次探測(cè)器均勻性測(cè)量數(shù)據(jù)匯總

表4中最大相對(duì)誤差為2.83%，參考標(biāo)準(zhǔn)最大相對(duì)誤差＜7%，因此探測(cè)器均勻性檢測(cè)通過(guò)。

3　討論

乳腺X射線(xiàn)攝影檢查是目前診斷乳腺疾病的首選和最簡(jiǎn)便、最可靠的無(wú)創(chuàng)性檢測(cè)手段，痛苦相對(duì)較小，簡(jiǎn)便易行，且分辨率高，重復(fù)性好，存儲(chǔ)的圖像可供前后對(duì)比，不受年齡和體形的限制，目前已作為常規(guī)的檢查。但這種成像方法的效用依賴(lài)于高分辨、高對(duì)比度以及最低劑量的乳腺攝影圖像，要想獲得高質(zhì)量的影像質(zhì)量，就必須要進(jìn)行系統(tǒng)的質(zhì)量控制［6］。

全數(shù)字化乳腺X射線(xiàn)攝影系統(tǒng)應(yīng)該在系統(tǒng)安裝或每一次發(fā)生改動(dòng)后進(jìn)行計(jì)量，并把其獲得的數(shù)據(jù)作為基線(xiàn)值供以后的質(zhì)量控制參考，其內(nèi)容主要包括壓迫力檢測(cè)、胸壁側(cè)準(zhǔn)直、壓迫板準(zhǔn)直、準(zhǔn)直器評(píng)估、管電壓的測(cè)量和重復(fù)性、偽影檢測(cè)、AEC檢測(cè)（包括安全性、重復(fù)性和跟蹤測(cè)試）、探測(cè)器均勻性、空間分辨率、模體圖像質(zhì)量以及平均腺體劑量等［7-9］。從不同廠商和國(guó)內(nèi)外的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，全數(shù)字化乳腺X射線(xiàn)成像系統(tǒng)質(zhì)量控制參數(shù)有很多，本研究用于進(jìn)行短周期全數(shù)字化乳腺X射線(xiàn)成像系統(tǒng)質(zhì)量控制的檢測(cè)，因此挑選AEC重復(fù)性作為評(píng)估系統(tǒng)穩(wěn)定性和有效性的參數(shù)。

AEC重復(fù)性是在X射線(xiàn)發(fā)生裝置中，通過(guò)1個(gè)或數(shù)個(gè)加載因素自動(dòng)控制，以便在預(yù)選位置上獲得理想照射量的操作方法。AEC的重復(fù)性用于評(píng)估其功能的穩(wěn)定性和有效性。自動(dòng)曝光控制重復(fù)性的測(cè)算是根據(jù)所拍攝圖像上ROI的平均像素值來(lái)判斷得出，計(jì)算其最大相對(duì)誤差與變異系數(shù)，若結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求，則無(wú)需進(jìn)行校正；若檢測(cè)結(jié)果不通過(guò)，則需要進(jìn)一步校正。探測(cè)器均勻性是指其整個(gè)表面上的探測(cè)器響應(yīng)的均勻性，其在整個(gè)圖像范圍內(nèi)靈敏度應(yīng)是恒定不變的。為此，期望探測(cè)器自身的一致性保持均勻和穩(wěn)定。在所拍攝的模體影像上，計(jì)算每一個(gè)感興趣區(qū)內(nèi)的平均像素值和標(biāo)準(zhǔn)差，平均像素值應(yīng)該在總體平均值的10%范圍內(nèi)。

全數(shù)字化乳腺X射線(xiàn)攝影系統(tǒng)的設(shè)備性能隨著時(shí)間推移也有所下降，從測(cè)試結(jié)果可以看出，AEC穩(wěn)定性的最大相對(duì)誤差和異變系數(shù)雖然在正常值以下，但均在緩慢上升，探測(cè)器均勻性的最大相對(duì)誤差也在波動(dòng)上升。影響全數(shù)字化乳腺X射線(xiàn)攝影系統(tǒng)設(shè)備性能的因素包括噪聲、散射線(xiàn)、濾線(xiàn)柵和劑量等［10-15］。

4　結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程表明，噪聲最有可能對(duì)設(shè)備性能產(chǎn)生影響，而噪聲包括X射線(xiàn)噪聲、視頻系統(tǒng)噪聲、量子化噪聲、散射線(xiàn)引起的噪聲、存儲(chǔ)器或磁盤(pán)存取時(shí)出現(xiàn)的存儲(chǔ)噪聲等。因此在進(jìn)行乳腺攝影時(shí)，要盡量降低噪聲對(duì)影像質(zhì)量的影響。

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Test AEC repeatability and detector uniformity of full field digital mammography system

HEN Jian-xin， FU Li-yuan， LIANG Yong-gang， et al// China Medical Equipment，2016，13（10）:15-18.

Objective: To investigate the skill of test the AEC repeatability and detector uniformity of full field digital mammography system. Methods: AEC reproducibility and detector uniformity of full field digital mammography system were measured using M12 breast X-ray performance test phantom.

tandard: the maximum relative error was lower than 10% and variation coefficient lower than 5%. Results: ①The maximum relative error and coefficient of variation were 0.45% and 0.41% and AEC met requirements of the standard. ②The maximum relative error of detector uniformity was 2.83% meeting requirements of the standard. Reference standard: the maximum relative error was lower than 7%. Conclusion: The stability and effectiveness of the full field digital mammography system were reflected by testing the AEC reproducibility and detector uniformity， to ensure the system was in good working condition.

Full field digital mammography system； Automatic exposure control repeatability； Detector uniformity；M12 phantom

1672-8270（2016）10-0015-04

R812

A

2016-06-21

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃數(shù)字診療裝備研發(fā)重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)（2016YFC0103100）“數(shù)字診療裝備質(zhì)控仿生動(dòng)態(tài)體模及其臨床應(yīng)用軟件符合性

評(píng)價(jià)研究”；軍事醫(yī)學(xué)計(jì)量科研專(zhuān)項(xiàng)（2011-JL2-014）“功能磁共振成像專(zhuān)用體模及質(zhì)量控制檢測(cè)方法的研究”

①解放軍福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心 福建 福州 350025

②解放軍福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科 福建省醫(yī)學(xué)裝備管理質(zhì)量控制中心 福建 福州 350025

nping6@sohu.com；chenziqianfz@sina.com

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.10.005

陳建新，男，（1960- ），本科學(xué)歷，副主任技師。解放軍福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心，從事醫(yī)學(xué)影像技術(shù)學(xué)、質(zhì)量控制和質(zhì)量管理方面的研究。