數字乳腺X線攝影曝光模式對乳腺體模圖像質量和輻射劑量的影響

譚 歡，曾勇明，朱明霞

（重慶醫科大學附屬第一醫院放射科，重慶 400016）

美國和日本等國家早已規定：40歲以上女性每年必須進行乳腺X線檢查以篩查乳腺癌［1－2］。我國也越來越重視乳腺癌的篩查工作［3－4］。由于乳腺腺體組織的性質與X線的吸收有關聯，因此在乳腺X線攝影時，探討乳腺不同組織的最適宜曝光模式和曝光參數有助于對患者輻射劑量實施有效的控制，以避免醫源性輻射導致的乳腺癌等疾病的發生。國內外有對乳腺體模的相關研究，但本研究重點比較在不同曝光參數下不同模擬病變的圖像質量受影響的情況。與既往研究比較，本研究采用乳腺體模作為實驗對象，可反復實驗，保證了實驗數據的準確性，同時避免了對患者不必要的輻射。

1 材料與方法

1.1 主要材料和設備 Fluke NA 18－220乳腺體模由模擬纖維組織、模擬鈣化群和模擬團塊3種試驗材料構成，相當于50%的腺體和50%的脂肪壓迫后厚度為4.2cm的乳腺組織。見圖1。

圖1 Fluke NA 18－220型乳腺體模的模擬結構圖Fig.1 Simulated structure chart of Fluke NA 18－220breast phantom

采用美國GE公司的Senographe DS全數字化乳腺鉬銠雙靶攝影機和SecurViewDX后處理工作站 （含5MBARCO高分辨率醫用顯示器）。

1.2 實驗方法 將乳腺體模水平放在攝影臺中間且與胸壁側邊緣對齊，施加壓力，使壓迫厚度與體模厚度相同 （4.2cm），此時壓力為40N。加壓后再將丙烯酸圓盤置于壓迫板上方與乳腺體模中第一、二根纖維中間下方的固定位置上。曝光模式：①自動曝光，分別應用低劑量 （DOSE）、標準（STD）和高對比度 （CNT）3種曝光模式；②手動曝光，固定管電流量32mAs，分別改變管電壓為 25、26、27、28、29、30、32、34、36、38和40kV曝光11次；固定管電壓29kV，分別改變管電流量為20、32、40、45、56、63、80、100、125、160和200mAs曝光11次。記錄各曝光條件下平均腺體劑量 （average glandular dose，AGD）數值。

1.3 圖像質量評價 根據美國放射學會（American College of Radiology，ACR）評分標準［5］，由3名具有5年以上臨床經驗的影像診斷醫生在相同觀片條件下分別對自動和手動曝光產生的體模影像中的模擬纖維組織、模擬鈣化群和模擬團塊的圖像質量進行評分。

1.4 統計學分析 采用SPSS 17.0統計軟件進行數據分析。3種模擬病變的圖像質量評分以表示，組間比較采用方差分析，以α＝0.05為檢驗水準。手動曝光模式下，管電流量和管電壓與AGD的相關性分析采用回歸和曲線擬合法。

2 結 果

2.1 自動曝光模式下3種模擬病變的圖像質量評分 模擬纖維組織在3種自動曝光模式下的圖像質量評分比較差異有統計學意義 （P＜0.05），模擬鈣化和模擬團塊在3種自動曝光模式下的圖像質量評分比較差異無統計學意義 （P＞0.05）。見表1。

2.2 手動曝光模式下3種模擬病變的圖像質量評分 固定管電壓為29kV，改變管電流量曝光，模擬纖維組織、模擬鈣化和模擬團塊的圖像質量評分隨著管電流量的增加而增加。圖像質量評分趨勢：模擬纖維組織的圖像質量評分隨著管電流量的增加而逐漸增大，在3種病變中增幅最大；模擬團塊的圖像質量評分也隨管電流量的增加而增大，增幅次于模擬纖維組織，但當管電流量升到125mAs時，其圖像質量評分出現下降趨勢；模擬鈣化隨管電流量的增大增幅最小，20～40mAs時，其圖像質量評分呈上升趨勢，40～160mAs時，其圖像質量評分無變化，160～200mAs時，其圖像質量評分稍升高。見表2。

表1 不同自動曝光模式下3種模擬病變的圖像質量評分Tab.1 Quality scores of images of three simulated lesions under different automatic exposure modes （）

表1 不同自動曝光模式下3種模擬病變的圖像質量評分Tab.1 Quality scores of images of three simulated lesions under different automatic exposure modes （）

“－”：No data.

Automatic exposure mode Qualityscore DOSE STD CNT.00 Specks 4.00±0.00 4.00±0.00 4.00±0.00 － －Masses 3.67±0.29 3.83±0.29 4.17±0.58 1.17 0.F P Fibers 3.83±0.29 4.50±0.00 4.50±0.00 25.00 037

表2 29kV管電壓時不同管電流量下3種模擬病變的圖像質量評分Tab.2 Quality scores of images of three simulated lesions under different tube loadings with 29kV tube voltage（）

表2 29kV管電壓時不同管電流量下3種模擬病變的圖像質量評分Tab.2 Quality scores of images of three simulated lesions under different tube loadings with 29kV tube voltage（）

Group Qualityscore（I／mAs）.00 4.67±0.29 5.00±0.50 Specks 3.00±0.00 3.83±0.29 4.00±0.00 4.00±0.00 4.00±0.00 4.00±0.00 Masses 2.67±0.29 3.33±0.29 3.50±0.00 3.50±0.00 3.83±0.29 3.83±0.29 Group Qualityscore 20 32 40 45 56 63 Fibers 3.50±0.00 3.83±0.29 4.00±0.00 4.50±0.29 6.00±0.00 20.39 0.00 Specks 4.00±0.00 4.00±0.00 4.00±0.00 4.00±0.00 4.17±0.29 19.10 0.00 Masses 4.00±0.50 4.50±0.00 4.50±0.50 4.33±0 F P Fibers 5.17±0.58 5.50±0.00 5.50±0.50 5.67±080 100 125 160 200.29 4.17±0.58 8.21 0.00

固定管電流量為32mAs，改變管電壓進行曝光，模擬纖維組織、模擬鈣化和模擬團塊的圖像質量評分隨著管電壓的增加而增加。圖像質量評分的趨勢：模擬纖維組織的圖像質量評分隨著管電壓的增加變化最大，25～32kV，其圖像質量評分呈上升趨勢；32～36kV，其評分無變化；36～40kV，其評分成下降趨勢；模擬團塊的圖像質量評分變化幅度次于模擬纖維，25～36kV，其評分呈緩慢上升趨勢，36～40kV，圖像質量評分出現下降趨勢；模擬鈣化隨管電壓的增大變化最小，25～27kV，其圖像質量評分呈上升趨勢；27～40kV，其評分幾乎無變化。見表3。

2.3 自動曝光模式的曝光參數和AGD值 自動曝光模式中DOSE模式的管電壓為29kV，管電流量為33mAs，AGD值為0.81mGy；STD模式的管電壓為28kV，管電流量為43mAs，AGD值為0.97mGy；DOSE模式的管電壓為29kV，管電流量是75mAs，AGD值是1.74mGy。DOSE模式的AGD值最低，CNT模式的AGD值最高，相當于DOSE模式的2倍。

2.4 手動曝光模式中管電壓和管電流量與AGD值的相關性 固定管電壓為29kV時，管電流量由20mAs升至200mAs，AGD值由0.45mGy升至4.54mGy，增加了909%，管電流量與AGD呈線性正相關關系 （R2＝0.998，t＝62.085，P＝0.000）。AGD＝－0.002＋0.022×管電流量。

固定管電流量為32mAs時，管電壓由25kV升至40kV，AGD值由0.39mGy升至2.52mGy，增加了546%，管電壓的平方與AGD成正相關關系 （R2＝0.979，t＝20.323，P＝0.000）。AGD＝－1.041＋0.002×管電壓2。見圖2和3。

表3 32mAs管電流量時不同管電壓下3種模擬病變的圖像質量評分Tab.3 Quality scores of images of three simulated lesions under different tube voltages with 32mAs tube loading（）

表3 32mAs管電流量時不同管電壓下3種模擬病變的圖像質量評分Tab.3 Quality scores of images of three simulated lesions under different tube voltages with 32mAs tube loading（）

Group Qualityscore（U／kV）.58 4.00±0.50 4.33±0.29 Specks 3.33±0.29 3.33±0.29 4.00±0.00 3.83±0.29 4.00±0.00 4.00±0.00 Masses 3.33±0.29 3.50±0.00 3.50±0.00 3.83±0.29 3.67±0.29 4.00±0.00 Group Qualityscore 25 26 27 28 29 30 Fibers 3.33±0.29 3.50±0.00 3.50±0.00 3.83±0.29 4.17±0.29 3.86 0.00 Specks 3.83±0.29 4.00±0.00 4.00±0.00 4.00±0.00 4.00±0.00 6.85 0.00 Masses 3.83±0.29 4.17±0.29 4.17±0.29 3.83±0 F P Fibers 4.50±0.50 4.50±0.50 4.50±0.50 4.33±032 34 36 38 40.29 3.83±0.29 3.60 0.01

圖2 29kV管電壓時不同管電流量下AGD值Fig.2 AGD values under different tube loadings with 29kV tube voltage

圖3 32mAs管電流量時不同管電壓下AGD值Fig.3 AGD values under different tube voltages with 32mAs tube loading

3 討 論

平板數字攝影技術具有較高的密度分辨率、空間分辨率、曝光寬容度大和強大的圖像后處理功能等優勢，使其乳腺X線攝影的圖像質量、輻射劑量和成像速度等方面都優于數字存儲熒光體成像（CR）和屏膠系統［6－8］。乳腺 X線攝影作為乳腺癌篩查的常規手段越來越被廣泛采用，但同時也存在潛在的危險。國際放射防護委員會對人體主要器官和組織的隨機性總體輻射危害給出了定量的估計，其中乳腺組織危害的權重系數 （組織權重因子）從60號 報 告［9］的0.05 提 高 到 了 103 號 報 告［10］的0.12，提示乳腺輻射致癌危險增加了2.4倍。乳腺對電離輻射致癌效應較敏感，且乳腺X線攝影使用低能X線，在乳腺X線檢查時應特別關注輻射的正當性和最優化原則［11］，既要保證影像滿足醫生診斷疾病的需要，又要使患者所受輻射劑量最低。因此，優化乳腺X線攝影成像技術是必要的［12－13］。

本研究基于仿真乳腺體模模擬不同組織結構（纖維、鈣化和團塊），通過不同自動曝光模式 （低劑量、標準和高對比度）和手動曝光模式下改變管電流量和管電壓，以評價標準乳腺攝影成像狀態下，曝光模式和曝光參數與圖像質量及輻射劑量的相關性，為臨床提供數字乳腺攝影優化方案的可靠信息。與臨床病例研究比較，運用乳腺體模可反復實驗論證，保證實驗數據的準確性，同時避免了對患者不必要的輻射，符合醫學倫理學。

自動曝光模式下，低劑量模式產生的輻射劑量最小，標準模式次之，高對比度模式最高。不同自動曝光模式下，只有模擬纖維組織的圖像質量評分比較差異有統計學意義，模擬鈣化和模擬團塊的圖像質量評分比較差異無統計學意義。自動曝光模式中以低劑量模式的AGD值最低，高對比度模式的AGD值最高。

本實驗中的手動模式固定管電壓、管電流量采用低劑量模式的條件 （29kV、32mAs）進行，因為低劑量模式的圖像質量評分基本達到ACR診斷要求的最低標準。在手動曝光模式下，增加管電流量或者管電壓，模擬病變的圖像質量評分隨之增加，但是達到一定水平后，再增加管電流量或管電壓時，圖像質量評分改善不明顯。3種模擬病變受曝光條件影響情況也不一樣，模擬纖維組織的圖像質量評分均值變化范圍最大，模擬鈣化最小，反映了管電流量和管電壓變化對纖維圖像的顯示影響較大，對鈣化圖像顯示影響較小。手動曝光模式時，AGD隨管電壓和管電流量增加而增加，兩者呈正相關關系。

本研究結果表明：自動模式和手動模式下，隨管電流量和管電壓的增加，輻射劑量會增加，優化曝光模式和曝光參數有助于降低輻射劑量。在臨床應用中，不應通過提高曝光條件來提高乳腺癌的檢出率，這會增加受檢者所受的輻射劑量和提高患乳腺癌的風險。數字乳腺X線機具有自動曝光模式，建議采用低劑量模式或類似模式進行篩查，因為鈣化成分的顯像受3種曝光模式的影響不大。高對比度模式建議僅用于那些結構紊亂、重點強調腺體形態對比度的病例，特別適用于臨床高度懷疑乳腺陽性微小病變的鑒別［14］。有研究者［15－16］認為：在獲得相同的影像質量時，采用自動曝光模式所產生的輻射劑量并不能達到最低。因此在臨床實踐中可以根據乳腺的厚度和腺體類型，調整曝光參數。

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