兒童胸部數字化X線攝影參數優化與成像質量探討

陳進良，胡洋，袁華，劉修法，楊彬，謝長軍

1. 本溪鋼鐵（集團）總醫院 放射科，遼寧 本溪 117000；2. 本溪市疾病預防控制中心 放射衛生監督所，遼寧 本溪 117000

引言

兒童在生長發育階段，免疫系統尚未發育成熟，易患呼吸系統疾病。在放射檢查中，兒童對射線的敏感程度高于成人，因此采取以攝片為主的原則[1]。由于兒童胸部體積和體重變化較大，使用比較單一的曝光參數，會引起攝影時曝光過度或曝光不足，雖然數字化X線攝影（Digital Radiography，DR）曝光寬容度較大，過高或過低的曝光量，有時通過后處理也能達到診斷要求，但過高的曝光量會影響患兒的身體健康，合適的曝光參數選擇才是減低輻射劑量和提高圖像質量的保證。本文試圖通過對近似小兒胸部厚度和密度的模體進行DR攝影，優化攝影參數，在保證圖像質量的前提下，減少小兒輻射劑量和重復攝影率。

1 資料和方法

1.1 臨床資料

2017年8月到2018年3月期間，來我院行DR胸部檢查的0～8歲的患兒，共計240人。小于2歲為前后位攝影，大于2歲均采用站立位攝影，大于3歲采用站立后前位攝影，所有攝影均選擇正位影像。

1.2 儀器設備

采用美國銳珂公司DRX-Evolution DR成像系統；銳珂DRX-1無線非晶硅平板探測器（極限空間分辨率3.6 LP/mm）；中聯RIS/PACS網絡系統；巨鯊3 M專用豎屏；瑞典奧利科ALK-38高分辨率線隊卡（0.6～5.0 LP/mm，20組線對），X線測試模體有機玻璃衰減塊，尺寸用高×寬×深表示：10 mm×200 mm×200 mm和20 mm×200 mm×200 mm各4塊。DR設備自帶輻射劑量（DAP）儀，安裝在X線管前方射線束通過處，DAP是暴露在受檢者皮膚表面區域乘以表面入射劑量（dGy·cm2），是受檢者吸收的輻射劑量的量度，常用于評估患者的有效劑量[2-3]。

1.3 設計方法

1.3.1 小兒胸部等效模體的確定

受到小兒胸部等效水膜研究[4]的啟發，使用動物肺臟模擬人體肺組織，使用人體組織等效高級樹脂（PMMA）來模擬人體胸部其他組織，通過對不同厚度PMMA衰減模體與動物肺組織進行組合，用來模擬不同年齡兒童胸部（圖1）。對來我院進行檢查的患兒采用設備廠家提供曝光參數，采用自動曝光AEC模式、中野電離室進行檢查，記錄照射野、攝影距離（SID）、毫安秒（mAs）、曝光時間（s）、DAP值，曝光指數EI。對衰減模體PMMA進行組合成10、20、30、40 mm，不同厚度模體分別與動物肺組織組合后，采用同樣的曝光參數進行曝光，同樣記錄各項曝光參數。通過對患兒與模體曝光參數比對后，把曝光參數與不同年齡患兒平均胸厚接近的組合模體厚度，來等效小兒胸厚。把患兒分成與之相對應的四組，把組合后的不同厚度模體作為制定不同年齡段曝光參數的依據。

1.3.2 小兒胸部曝光參數的確定

分別對等效體膜進行曝光，kV值選擇范圍45～100 kV，采用自動曝光AEC、中野電離室曝光，記錄各項參數。通過對曝光時間、曝光指數、輻射劑量以及圖像分辨率合理選擇kV值。分別對體膜使用確定后的kV值進行由低mAs到高mAs進行曝光，記錄各項參數。通過對曝光指數、輻射劑量以及圖像分辨率合理選擇mAs值。最后綜合模體空間分辨率、輻射劑量、圖像質量以及小兒的生理特點，結合以往工作經驗制定出符合小兒各年齡段的曝光參數。

1.3.3 臨床驗證方法

選擇2位主管技師參與本次實驗，對前來我院行DR胸部檢查的0～8歲的兒童，分成四個年齡段，每個年齡組各選取60名患兒，共計240人。分為2組進行檢查，每組120名患兒。對照組使用設備廠家提供的曝光參數，觀察組為本次實驗后所獲得的曝光參數。此次研究主要收集兒童胸部正位的圖像，同時記錄曝光時刻相應的輻射劑量DAP值。攝影時，盡量縮小照射野，包含患兒胸部邊緣即可，做好對患兒和家屬的防護。

1.4 圖像質量評價

在檢查結束后，選擇2名副主任醫師和1名副主任技師，在PACS網上對兩組患兒的胸片圖像進行分析，并根據《全國放射科QA、QC學術研究會紀要》制定的相關標準評選出其中的甲級片、乙級片、丙級片和廢片，根據兩組患兒胸片中肺內微細結構的清晰度對其圖像質量進行評分，評估內容包括主要解剖標志及胸部解剖細節標準，具體包含氣管、雙肺紋理、椎體、心后和膈肌顯示的清晰度、噪聲和對比度5項，總分為5分。評分越高，表示圖像的質量越好。最后對胸部攝影圖像質量及輻射劑量進行統計學分析評價。

1.5 統計學分析

使用 SPSS 19.0統計軟件對本次研究中的數據進行統計學分析，計量資料用均數標準差（ x-±s）表示，進行正態分布校正后采用t檢驗，計數資料用百分比（%）表示，采用χ2檢驗，P＜0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 小兒各年齡組等效模體的確定結果

不同厚度（10、20、30、40 mm）PMMA模體與動物肺臟組合后，分別與 0～0.5、0.6～2、3～5、6～8歲兒童（平均胸厚分別是：8.6、11.2、12.9、14.6 cm）曝光參數接近。把組合后的不同厚度模體作為制定不同年齡段曝光參數的依據。

2.2 曝光參數的優化結果

測得空間分辨率為2.8 LP/mm時，各模體分別為：10 mm模體DAP小于0.2 dGy·cm2時，最佳kV、mAs值為50 kV、1.8 mAs和55 kV、1.5 mAs；20 mm模體DAP小于0.25 dGy·cm2時，最佳kV、mAs值為60 kV、2.8 mAs和65 kV、2.0 mAs；30 mm模體DAP小于0.30 dGy·cm2時，最佳kV、mAs值為65 kV、3.6 mAs和70 kV、3.0 mAs；40 mm模體DAP小于0.35 dGy·cm2時，最佳kV、mAs值為70 kV、4.0 mAs；80 kV、3.2 mAs和90 kV、2.0 mAs（表1）。為了得到更加精準的mAs值，對以上不同厚度膜體確定的kV值保持不變，曝光量由低mAs到高mAs進行曝光（0.5～5 mAs），綜合模體空間分辨率、輻射劑量、圖像質量以及小兒的生理特點，結合以往工作經驗制定出符合小兒各年齡段的曝光參數（表2）。

2.3 圖像質量

與對照組患兒相比，觀察組患兒DR圖像質量的評分及甲級片率均較高，其重復攝影率較低，DAP值明顯降低，其差異均具有統計學意義（P＜0.05)。詳見表3。

3 討論

X線攝影曝光條件的設定，應以投照標準中規定的受檢者所允許接受的最大輻射劑量為限制，在保證圖像質量的前提下，以盡量減少照射劑量為原則。Uffmann等[5]研究認為合理選擇kV值和mAs與DR圖像質量存在著密切的聯系。胸部X線攝影，kV值設置的高、低不同，影像對比度產生機理也不同。低電壓攝影時，影像對比度與不同組織間原子序數差別有關，肺臟與其他組織對比度指數差值較大，影像對比度大，影像層次不豐富。高電壓攝影時，肢體對X線的吸收與組成物質的原子序數影響不大，而與物質的每克電子數和光子能量有關，肺臟與其他組織對比度指數差值較小，影像對比度小，影像層次豐富，可視范圍增加。小兒胸部的生理特點脂肪軟組織厚，膈肌位置較高，呼吸頻率快，心率快，肺含氣量低，天然對比不如成人等特點[6]。根據以上分析小兒不易采用高電壓攝影，而低電壓攝影時，為了不影像圖像質量必然會增加mAs，同時會增加小兒的輻射劑量和延長曝光時間。通過本次實驗可以看出嬰幼兒可采用50～65 kV為最佳kV值，曝光量控制在2.5 mAs之內，曝光時間控制在5 ms之內。隨著小兒年齡及體厚的增加，曝光參數隨之增加，輻射劑量也進一步提高，根據小兒年齡和體重的不同把輻射劑量限制在一定范圍內，對于發育較快，體厚、體重接近成人的兒童可以使用AEC技術。根據小兒生理特點，短時間曝光是攝影成功率的關鍵，根據長期工作經驗，把曝光時間控制在10 ms以內，可以把小兒呼吸運動偽影降到最低，因此采用高毫安（630～800 mA)，可有效縮短曝光時間。2歲以上的小兒由于可以站立行走，易采用站立前后位攝影，增加攝影距離160～180 cm，減少影像放大概率。對于3歲以上小兒，易采用后前位攝影，使心臟靠近探測器，減少心臟的放大率，增加肺野的顯示。本次實驗可看出當空間分辨率在2.8 LP/mm左右時，雖然未達到探測器的極限分辨率3.6 LP/mm，攝影圖像質量可完全達到診斷要求，隨著mAs的增加，在一定曝光范圍內可以提高圖像空間分辨力[7]，圖像質量也會有所提高，但輻射劑量會成倍增加，因此不建議為了追求更高的圖像質量而忽略小兒的身體健康。

表1 極限空間分辨率達到2.8 LP/mm時各模體在DAP不同限值下的曝光參數值

表2 0～8歲小兒不同年齡段的曝光參數

表3 兩組患兒檢查結果對比

小兒攝影吸氣像對小兒胸部攝片質量至關重要，患兒吸氣末、呼氣初，此時肺部含氣量最多，對比度最好，橫隔位置最低，肺野顯示最佳。如果攝取的是呼氣像，則肺部含氣量進一步下降，對比度降低，同時橫隔位置升高，縱隔增寬，不利于病變的顯示，因此攝影時一定要把握好曝光時機。小兒呼吸以腹式呼吸為主，腹部起伏大，應仔細觀察腹部起伏狀況，當腹部鼓起時，吸氣最充分，此時為曝光的最佳時機。對于不配合的患兒需要家屬配合，固定頭和四肢，對于能夠配合的訓練其呼吸，保障圖像質量和一次成功率。

兒童尤其是低齡患兒處于生長發育期，細胞分裂更新速度和比例遠高于成年人，對放射線敏感性亦高于成年人，年齡越小則風險越高[8-9]，攝片時應合理使用低劑量原則，在滿足診斷要求的前提下盡可能地降低輻射劑量[10]。目前采取的措施主要包括：① 合理使用曝光參數，在保證圖像質量的前提下降低kV和mAs值；② 合理使用AEC，使用AEC要靈活根據患者體位準確選擇探測采樣野，使感興趣區位于探測野中心位置，達到正確曝光，小部位及不易準確選擇AEC照射野時，應關閉AEC系統，選擇個性化曝光。嬰幼兒在X線攝影時，由于恐懼哭鬧，身體扭動，不易將胸部完全覆蓋電離室，導致曝光控制不穩定，容易造成圖像清晰度差，重復攝影率高，故嬰幼兒不宜使用AEC曝光模式[11-12]；③ 使用合理的照射野。在不影響攝影部位范圍的前提下，應盡量減小照射野，把X射線束控制在攝影檢查所需要的最小范圍，照射野面積一般不超過照射部位面積的10%，同時使照射野邊緣盡量遠離敏感組織，并在照射野以外的部位用0.5 mm鉛當量的鉛橡皮遮蓋，以進一步降低對患兒的X射線輻射[13]；④ 濾線柵的使用，為了克服康普頓效應引起的散射線，往往使用濾線柵，柵比越高，消除散射線的能力越強，但同時也增加了受檢者的輻射劑量。有研究顯示，使用濾線器攝影曝光量是不使用的2～6倍[14]，因此對于新生兒和幾個月的小兒不建議使用濾線器；⑤ 附加濾過的合理使用。附加濾過是在X線管出口放置的一定均勻厚度的金屬，通常附加濾過選用鋁和銅，有研究顯示在保證圖像質量的前提下，使用附加濾過與不使用相比輻射劑量可減少42.54%～64.18%[15]；⑥ 防護用品的使用；⑦ 圖像后處理軟件的應用；⑧ 工作人員的責任心和技術水平。攝影時需要高度的責任心，并且在平時的工作中不斷歸納總結，不斷提高技術水平，使攝片質量不斷提高。

考慮小兒對射線的敏感性，曝光參數的制定借助模體來實現。本次實驗采用動物肺組織與X線衰減模體PMMA組合來模仿小兒胸部成像，由于模體與小兒胸部結構存在差異，同時受到模體厚度限制，因此本次實驗曝光參數制定到8歲以內，8歲以上兒童身體發育變化較大，可參照兒童與成人制定合適的曝光參數。由于模體密度一致，與真實人體存在一定誤差，采用自動曝光AEC實測曝光量略偏高與實際人體。本次實驗數據只針對銳珂DRX-1無線非晶硅平板探測器，不同類型的平板探測器因為材料、結構、工藝的不同會造成量子探測效率和空間分辨率的差異[16]，曝光參數也會有所不同。總之，根據小兒年齡和體重的不同，制定不同的曝光參數是可行的，不但可以提高檢查質量，而且可以有效降低小兒輻射劑量。