直接數字化X射線攝影系統的空間分辨率測試及研究

徐月萍 劉曉軍 郭永平 高建全 張春潮 葉 踐 王 魏

數字探測器是醫用數字化X射線攝影(digital radiography, DR)成像的核心器件，其質量直接關系到圖像品質，進而影響到臨床診斷的準確性，因此保證探測器的質量尤為關鍵，其評價參數分別為空間分辨率、低對比度分辨率、影像均勻性、殘影及偽影等。準確的測量性能參數對保證探測器的質量起著至關重要的作用[1-3]。本文重點介紹空間分辨率的概念、測試結果，并對測試條件進行討論與分析。

1 空間分辨率

X射線成像的重要特征是顯示人體解剖結構細節的能力，其涉及到在正常解剖或不同病理狀態下所表現出來的細小結構和組織特征，一般使用空間分辨率來衡量[4-6]。空間分辨率，又稱高對比分辨力，指對于物體空間大小(幾何尺寸)的鑒別能力，代表成像系統區分或分辨互相靠近的物體的能力，單位為l p/mm，將相鄰的一條白線條和一條黑線條稱為一個線對。單位距離內可分辨的線對數目表示為該成像系統的空間分辨率，在單位寬度范圍內能夠分辨線對數目越多則表示圖像空間分辨率越高。

2 實際測試結果

搭建實驗環境，對DR探測器進行空間分辨率的實驗，測試器件為矩形分辨率測試卡，實驗方法及條件均按照標準實施，如圖1所示(以中間測試卡所測分辨率為準)：分辨率測試卡與防散射濾線柵呈45o，置于視野中心位置，測試卡盡可能靠近影像接收面，通過目測觀察確定其分辨率。

圖1 實驗圖片

標準規定：在標稱有效成像區域，無衰減體模，用45 kV、100 mA、200 ms進行曝光，其空間分辨率≥3.1 lp/mm；在標稱有效成像區域，有衰減體模，用70 kV、100 mA、250 ms，其空間分辨率≥2.5 lp/ mm。

測試結果如圖2所示，其為未附加衰減體模下的空間分辨率，達到3.1 lp/mm；如圖3所示，其為附加衰減體模下的空間分辨率，達到2.8 lp/mm。完全達到DR所規定的空間分辨率[7]。

圖2 未附加衰減體模下的空間分辨率

圖3 附加衰減體模下的空間分辨率

3 測試條件對空間分辨率影響的討論

3.1 分辨率測試卡的放置方式對空間分辨率的影響

相對于探測器，測試卡傾斜45o放置比水平放置或垂直放置空間分辨率高倍，能夠分辨更小的影像細節。因此，通常推薦測試卡傾斜45o放置于整個視野的中心，并且盡可能靠近影像接收面，充分保證空間分辨率的準確性[8-10]。

3.2 曝光劑量對空間分辨率的影響

曝光劑量過小，探測器接收的光子較少，圖像噪聲大，無法分辨物體與背景；隨著曝光劑量增加，空間分辨率增大，當達到一定劑量時，已經達到了分辨率的極限，空間分辨率不會持續增大；若曝光劑量過大，超出正常劑量范圍，導致圖像質量惡化，降低空間分辨率[11]。在實際的測試中應該選擇合適的曝光劑量，得到較好的空間分辨率(見表1)，表1為根據實驗得到的空間分辨率隨曝光劑量的變化情況。

表1 空間分辨率與曝光劑量的關系

3.3 X射線焦點對空間分辨率的影響

X射線焦點大，影像半影區則大，會造成空間分辨率下降，因此在測試過程中推薦使用小焦點曝光。試驗中所使用的小焦點為100 mA。

3.4 屏焦距對空間分辨率的影響

通常屏焦距較大，空間分辨率則較好，但是隨著屏焦距的增加，X射線衰減較大，因此需增加曝光劑量，但在臨床上并不可取，因此測試空間分辨率時SID最大選取1.8 m。

3.5 衰減體模對空間分辨率的影響

透過體模X射線衰減，有效曝光劑量降低，同時引進噪聲從而致使空間分辨率的降低，因此對空間分辨率的評價需要區別于有衰減體模和無衰減體模。

相關測試條件統一配合才能保證準確的空間分辨率，任何一個測試條件都會導致空間分辨率的測試結果不準確，因此測試條件的合理選取尤為重要。DR企業標準在空間分辨率的測試過程中均對上述影響因素做出明確的規定條件，均保證了較好的空間分辨率[12]。

4 臨床測試

對DR系統的成像性能進行臨床測試，拍攝胸片及腰椎片，選取其中2例患者的影像圖片說明其測試結果。

(1)患者1例，男性，27歲，胸片如圖4所示：胸廓對稱，縱膈居中；雙側肺紋理清晰，走行自然；雙側膈面清晰，肋骨角銳利；心臟形態未見異常。

(2)患者1例，女性，29歲，腰椎正、側位片如圖5所示：腰椎生理曲度存在，椎間隙未見狹窄，諸椎體邊緣可見輕度骨質增生，椎間孔、骨突關節及余附件未見異常；L4～5椎間隙前方條形高密度影。

由此可見，DR成像性能得到了較好的保證，能夠得到較高品質的圖像，能夠滿足臨床檢查與診斷的要求。

圖4 胸片

圖5 腰椎

5 結論

通過DR空間分辨率的測量以及對測試條件的分析討論，證明了正確的測試能夠準確反映空間分辨率的大小，有助于把握好探測器的質量關，將不合格產品排除在市場之外。實驗進一步顯示了標準規定的DR系統測試方法符合正確操作規范，能夠準確衡量并保證探測器的成像性能，進而保證了臨床放射檢查與診斷的準確性。

[1]中華人民共和國醫藥行業標準.數字化醫用X射線攝影系統專用技術條件YY/T 0741-2009[S].國家食品藥品監督管理局,2009-11-15.

[2]董旭.醫用X射線數字攝影(CR/DR)系統檢測方法的研究和評定[J].中國醫學裝備,2010,7(1):8-11.

[3]曾勇明,羅天友,張志偉,等.數字X線成像系統圖像質量影響因素的實驗研究[J].實用醫學影像雜志,2008,9(2):69-71.

[4]潘俊杰,趙寶升,賽小鋒,等.影響X射線像增強器分辨率的因素分析[J].光子學報,2008,37(6):1116-1118.

[5]曾祥照.X射線實時成像檢測圖像最佳放大倍數和最小檢出缺陷[J].CT理論與應用研究,2002,11(4):13-16.

[6]郭智敏,倪培君.CT系統空間分辨率測試方法研究進展[J].兵器材料科學與工程,2010,33(2):113-117.

[7]高超.數字化X射線照相檢測技術[J].硅谷,2011(7):13,50.

[8]李偉.高分辨率X射線數字化成像技術研究[D].中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所),2009.

[9]寧潤宇.DR的圖像質量管理與控制[J].實用醫技雜志,2007,14(33):4590.

[10]黃鄰彬,儲曉陽,林盛才.DDR空間分辨率探討[J].醫療裝備,2004,17(11):10.

[11]但唐仁,田景全,李野,等.基于多幀平均和小波分析的X射線影像圖像去噪處理[J].長春理工大學學報,2003,26(2):26-28.

[12]李軍,范醫魯,羅毅,等.DR臨床應用及質量管理的研究[J].現代醫用影像學,2008,17(4):218-220.

[13]繆輝,趙會娟,高峰,等.數字合成X線體層成像中軸向強度衰減的校正[J].中國激光,2012,39(1):122-128.

[14]鄭世才,數字射線檢測技術基本理論[J].無損探傷,2011,35(5):4-9.

[15]聶世琦,數字式圖像增強系統及其圖像的清晰化[J].真空科學與技術,2002,22(3):228-230.