數字乳腺X線攝影系統成像參數優化研究

閔高瑜，胡益斌，金錫軍，李大鵬，李明明

1.南京醫科大學第一附屬醫院 a.臨床醫學工程處；b.放射科，江蘇 南京210029；2.江蘇省計量科學研究院，江蘇 南京 210029

數字乳腺X線攝影系統成像參數優化研究

閔高瑜1a，胡益斌1a，金錫軍1a，李大鵬1b，李明明2

1.南京醫科大學第一附屬醫院 a.臨床醫學工程處；b.放射科，江蘇 南京210029；2.江蘇省計量科學研究院，江蘇 南京 210029

目的 本文對數字乳腺X線攝影系統中成像參數的最優化進行初步研究。方法 采用4 cm厚的PMMA乳腺模體，選擇不同的靶/濾過組合、管電壓和管電流時間乘積，進行手動成像。利用ImageJ軟件中的qa-distri插件得到圖像信號區域和背景區域的像素均值和標準差，以此計算圖像的對比度噪聲比。然后根據對比度噪聲比和平均腺體劑量兩個參數，評估靶/濾過組合、管電壓和管電流時間乘積對成像的影響。結果 對于厚度為 4 cm的乳房，使用鉬/銠組合，在得到同等質量圖像的情況下，受檢者吸收的平均腺體劑量比使用鉬/鉬組合低。結論，在數字乳腺X線攝影系統臨床使用過程中，要選擇適宜的曝光參數，既能保證圖像質量，又能降低受檢者的輻射風險。

數字乳腺X線攝影系統；鉬/銠組合；鉬/鉬組合；對比度噪聲比；平均腺體劑量

乳腺癌是我國女性發病率最高的惡性腫瘤，在癌癥相關死亡原因中位居第六[1]。盡管有研究表明，乳腺癌篩查約有15％～30％的漏檢率[2],但乳腺X線攝影檢查仍是診斷早期乳腺癌最有效和最準確的方法。乳腺組織對X線非常敏感，因此檢查過程中需要在保證影像質量的基礎上盡可能降低輻射劑量，以減少致癌風險。

關于X線能量最優化，Ragozzino等人提出在劑量恒定條件下，能量為20 keV左右的射線能帶來最佳的圖像質量[3-6]。如果能量較低，就會增加輻射劑量；如果能量較高，就會降低圖像的對比度，從而影響圖像質量[7]。因此，X線能量譜是決定圖像質量和劑量的一個重要因素，而其主要取決于靶、濾過材料和管電壓[8]。目前許多研究普遍采用放射醫師目測的方法來評判圖像質量，既耗費人力，又會引入人為誤差。本研究根據對比度噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）[9]和平均腺體劑量（Mean Glandular Dose，MGD）兩個指標來優化數字乳腺X線攝影系統的成像參數，旨在保證圖像質量的基礎上盡可能降低輻射劑量。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 測試乳腺機

本研究采用的乳腺X線攝影系統是由Hologic公司開發的Selenia直接數字化全景乳腺機，其探測器采用非晶硒技術，有效面積為232.96 mm×286.72 mm，像素尺寸可達70 μm，最大空間分辨率為7.14 lp/mm。該系統還采用高通透性蜂窩狀濾線柵，具備鉬、鉗和鉬、銠兩種濾過。SID為660 mm，焦點大小選擇0.3 mm。

表1 不同靶/濾過組合和管電壓下g和c的值

1.1.2 測試模體

采用Hologic公司提供的4 cm厚的PMMA乳腺模體。

1.1.3 其他

采用0.1 mm厚，10 mm×10 mm大小，純度＞99.9％的鋁箔作為鈣化模體。

1.2 劑量計算

根據Dance等[10]提出的方法計算MGD，計算公式如下：

其中，ESAK表示表面入射空氣比釋動能，單位Gy；g表示在50％腺體含量和鉬/鉬（Mo/Mo）組合下，ESAK與MGD的耦合因子；c表示不同腺體含量下的影響因子；s表示不同靶/濾過組合下的影響因子。需要注意的是，影響g和c的厚度系數不是指PMMA的厚度，而是相對應乳腺的厚度，其取值如表1所示。

1.3 圖像分析

1.3.1 對比度噪聲比

因為0.1 mm厚度的鋁箔相當于最低能見度的微鈣化[11]，所以經常被用來測量CNR[12-13]。將一片鋁箔放置在4 cm厚的PMMA上，在不同的靶/濾過組合、管電壓和管電流時間乘積下進行曝光成像。

利用ImageJ軟件平臺[14]和qa-distri插件[15]，對獲得的圖像進行處理分析。分別計算鋁箔區域內和背景區域內（中心對稱分布，大小為10 mm×10 mm，距胸壁60 mm）的像素均值和標準差。采用歐洲乳腺癌篩查和診斷質控指南[12]中定義的公式計算CNR，表達式如下：

1.3.2 品質因素

最佳射線質量是能夠在保證目標CNR的前提下，使得平均腺體劑量最少。針對數字乳腺X線攝影系統，品質因素（Figure of Merits，FOM）是最優化研究的常用參數[16]，但其在不同文獻中的定義有所區別。為了消除因模體瑕疵、探測器的非均勻性和足跟效應帶來的相關噪聲，本研究采用Williams等[8]提出的定義。根據所得的CNR和MGD計算FOM，其計算公式如下：

2 結果與討論

2.1 CNR

CNR是評價圖像質量的標準，自動曝光控制（AEC）模式下圖像的CNR為1.87521。以該值作為參考值，當CNR＞1.87521時，比較不同成像參數（管電壓＞25 kV，TCTP＞40 mAs）對CNR和MGD的影響，以尋找最佳成像參數，在保證圖像質量的基礎上盡可能降低輻射劑量[17]。

在不同的管電壓和靶/濾過組合下，CNR隨管電流時間乘積（Tube Current Time Product，TCTP）的變化規律圖，見圖1。除管電壓為25 kV和27 kV以外，在相同的管電壓和TCTP下，鉬/鉬組合比鉬/銠組合產生的圖像的CNR高，且隨TCTP增加，二者的差值越大。在相同的TCTP和靶/濾過組合下，CNR隨管電壓的增加而增加。在相同的管電壓和靶/濾過組合下，CNR隨TCTP的增加而增加。

2.2 MGD

在不同的管電壓和靶/濾過組合下，MGD隨TCTP的變化規律圖，見圖2。在相同的管電壓和TPCP下，鉬/鉬組合比鉬/銠組合產生的圖像的MGD高，且隨TCTP增加，二者的差值增大。在相同的TCTP和靶/濾過組合下，MGD隨管電壓的增加而增大。在相同的管電壓和靶/濾過組合下，MGD隨TCTP的增加而增大。

圖1 CNR隨TCTP的變化規律圖

圖2 MGD隨TCTP的變化規律圖

圖3 不同管電壓和靶/濾過組合下，CNR與MGD的對應關系圖

2.3 CNR和MGD

管電壓分別為25、27、29、31、33 kV，TCTP分別為45、50、55、60、65、70、75、80、85 mAs，不同靶/濾過組合下，CNR與MGD的對應關系圖，見圖3。由圖3可知，在圖像質量同等的情況下，鉬/銠組合比鉬/鉬組合產生的MGD少。

2.4 FOM

在不同管電壓和靶/濾過組合下，FOM隨TCTP的變化規律圖，見圖4。在相同的管電壓和TCTP（29 kV，50 mAs時除外）條件下，鉬/銠組合比鉬/鉬組合的FOM更高。

圖4 不同管電壓和靶/濾過組合下，FOM隨TCTP的變化規律圖

在不同管電壓和靶/濾過組合下，FOM隨 TCTP的變化規律圖，見圖5。

圖5 不同管電壓和靶/濾過組合下，FOM隨TCTP的變化規律圖

鉬/鉬組合時，最佳成像參數是：管電壓=29 kV，TCTP=50 m As。鉬/銠組合時，最佳成像參數是：管電壓=27 kV，TCTP=55 m As。當管電壓為27 kV，TCTP為55 m As，鉬/銠組合時，FOM最大。

3 結論

從上述結果可以看出，在乳腺X線攝影中，靶/濾過組合、管電壓和TCTP不同，所得的圖像質量和平均腺體劑量會存在很大的差異。針對Hologic公司開發的Selenia乳腺機，對于壓迫后厚度為4 cm的乳房，使用鉬/銠組合，在得到同等質量圖像的情況下，受檢者吸收的平均腺體劑量比使用鉬/鉬組合低。因此，在數字乳腺X線攝影系統臨床使用過程中，要選擇適宜的曝光參數，既能保證圖像質量，又能降低受檢者的輻射風險。

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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

作者郵箱：mgy514011987@126.com