防散射濾線柵對床旁CR與DR胸部攝片圖像質量的影響研究

陳逸群，陳建平

（蘇州市第九人民醫院 影像科，江蘇 蘇州 215200）

0 引言

使用光激勵存儲熒光體成像板的計算機X線成像(computer radiography，CR)系統的寬曝光范圍和圖像后處理能力，使床旁CR胸部攝片被廣泛使用，取代了以往使用屏/片組合的模擬X線成像[1]。數字X線攝片(Digital Radiography，DR)使用有源矩陣、平板X線探測器，提高了圖像質量，越來越多地用于床旁胸部攝片。這種圖像質量的提高主要是由于平板DR的量子檢測效率(detective quantum efficiency，DQE)高于CR。DQE提供了一種指標，描述探測系統將入射X線轉換為可用輸出信號的程度[2]。不管采用何種圖像采集技術，X線散射都會影響圖像質量。散射降低了采集圖像的可用動態范圍，降低了信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)，這會更難觀察到組織和異物的細微變化，尤其是在縱隔的高衰減區域。傳統的CR攝片對散射特別敏感，因為與屏/片攝片系統和DR系統不同，CR的X線吸收在診斷性X線散射通常出現的光譜/能量范圍內相對較高[3]。在成人胸部X線攝片中，縱隔和心臟產生的X線散射可以通過防散射濾線柵部分降低[4]。為了補償濾線柵對一次輻射的伴隨衰減，通常會增加患者的照射量，但這種做法仍有爭議[5]。盡管許多先前的研究已經討論了CR和DR之間的圖像質量[6-8]以及CR中使用濾線柵的圖像質量問題[9-11]，但是文獻仍然缺乏關于成人床旁X線攝片中使用DR系統的濾線柵的影響。因此，本研究的目的是評估兩種不同成像系統在成人床旁胸部X線攝片中的診斷性能，以及在有防散射濾線柵的情況下，使用這些系統采集的圖像中選定的診斷相關結構的可見度的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2020年1～12月選取在蘇州市第九人民醫院住院并接受床旁胸部前后位X線攝片的245例患者，其中，男177例，女68例；年齡18～96歲；平均（64.68±18.15）歲。所有床旁胸片均為住院常規檢查及臨床適應證，本研究獲得醫院倫理委員會的批準。

1.2 方法

使用4種不同攝片方式獲得圖像：床旁CR胸部攝片、帶防散射濾線柵床旁CR胸部攝片、床旁DR胸部攝片和帶防散射濾線柵的床旁DR胸部攝片。納入本研究的所有患者在住院期間均使用所有4種技術進行胸部攝片。

1.2.1 床旁X線攝片系統

CR圖像是使用IP成像板采集的(IP Cassette Type DS，Fujifilm，Japan)，IP成像板尺寸35.4cm×43.2cm(14"×17")，圖像矩陣大小3520×4280，像素大小0.100mm。DR圖像是通過無線平板探測器采集的(MobileDiagnost wDR，Philips，Spain)，無線平板探測器尺寸35cm×43cm(14"×17")，圖像矩陣大小2330×2846像素，像素大小0.148mm。

1.2.2 圖像采集技術

本研究所有圖像均在標準化條件下采集，患者處于仰臥位，IP板或無線平板探測器處于橫向模式，焦點到探測器的距離保持在150cm。曝光技術基于以下幾個方面考慮。首先，患者狀況和床邊攝片定位的變化，使得即使是同一患者的圖像也具有內在的變化性，但是所使用CR和DR探測器的寬曝光寬容度以及進行圖像處理的能力在很大程度上減輕了這種變化。其次，DR探測器和CR探測器之間的DQE有很大的差異(在零空間頻率下大約是3倍)。可以利用DR探測器的這種DQE優勢，與CR探測器使用的標準劑量水平下產生的圖像質量相比，提高圖像質量，或者在降低劑量的同時，保持與CR探測器標準劑量下產生的圖像質量水平相當。此外，DR和CR探測器之間的DQE差隨空間頻率而變化，在零空間頻率處最高，并且隨著空間頻率的增加而降低。根據診斷任務的分辨率要求，DR在1個空間頻率的DQE優勢在另一個空間頻率可能會減弱。由于本研究中的診斷目標范圍從軟組織(較低的空間頻率)到異物(較高的空間頻率)，所以不根據兩個探測器的零頻率DQE調整曝光參數，更高的DQE劑量減少優勢可能是未來關于優化DR床旁攝片的研究主題。因此，本研究的患者曝光參數保持不變，與探測器無關，但調整曝光參數以補償防散射濾線柵，目的是保持探測器入射曝光合理恒定。管電壓保持恒定在125KV，管電流設置為1mAs(無防散射濾線柵)或1.6mAs(有防散射濾線柵)。在整個研究過程中，這些曝光參數由3名經驗豐富的放射技師設置和監測。

1.3 圖像質量評估

使用巨鯊專業顯示器(JUSHA-M23B)，顯示器具有12Bit查找表，可以表達4096級灰階，最大亮度高達1100cd/m2，通過4次讀片對圖像進行評估。2名放射科主治醫師和2名放射科副主任醫師單獨解釋圖像，對研究目的和設計完全不知情，讀片條件在整個讀片過程中保持不變。對于每例患者，所有4幅圖像按時間順序同時顯示在2臺高分辨率液晶顯示器上，每臺顯示器上顯示2幅圖像，讀片者可以根據自己的喜好使用窗口或放大等處理工具。讀片者的圖像評估參考5項圖像質量標準：①評估肺實質的可見度；②評估軟組織的可見度；③評估胸椎的可見度；④評估異物的可見度；⑤評估整體圖像質量。每例患者的4張圖像使用9分可見度評價指標進行并列評分。1分表示可見度不足，9分表示可見度最佳，采用寬評分標準是為了給讀片者提供更多的靈活性，見表1。

表1 圖像質量評估可見度等級

1.4 統計學分析

采用SPSS 21.0版本軟件對數據進行統計學分析，所有讀片者的評分都被收集并制成表格。組內相關系數(intraclass correlation efficient,ICC)用于評估圖像質量標準的觀察者間一致性。采用ICC評價指標：0～0.20，微弱；0.21～0.40，弱；0.41～0.60，中度；0.61～0.80，高度；0.81～1.00，極強。對于每個圖像質量標準，計算所有評價者的平均評分。通過方差分析對評分進行比較，在多組比較的情況下進行事后檢驗法Tukey檢驗，在單組比較的情況下對得分進行t檢驗，以P<0.05為具有統計學顯著性。

2 結果

2.1 使用濾線柵與不使用濾線柵的床旁DR圖像質量比較

在無濾線柵的床旁DR胸部攝片中，肺實質、軟組織、胸椎、異物和整體圖像質量的平均評分分別為（7.44±0.59）、（7.14±0.74）、（6.75±0.94）、（7.73±0.69）和（7.05±0.64），而在有濾線柵的床旁DR胸部攝片中，肺實質、軟組織、胸椎、異物和整體圖像質量的平均評分分別為（7.83±0.54）、（7.52±0.66）、（7.47±0.87）、（8.34±0.63）和（7.52±0.61）。在所有5項圖像質量標準中，有濾線柵的床旁DR胸部攝片優于無濾線柵的床旁DR胸部攝片(P<0.001)，見表2。

表2 有無濾線柵的床旁DR及CR圖像質量比較（)

表2 有無濾線柵的床旁DR及CR圖像質量比較（)

2.2 使用濾線柵與不使用濾線柵的床旁CR圖像質量比較

對于肺實質和軟組織的劃分以及整體圖像質量的評估，使用濾線柵的床旁CR胸部攝片優于不使用濾線柵的床旁CR胸部攝片(P<0.001)。但在異物可見度的評估中，結果卻恰恰相反，有濾線柵的床旁CR胸部攝片評分(4.27±1.11)明顯低于無濾線柵的床旁CR胸部攝片評分(4.64±1.21)，P<0.001。對于胸椎的劃分，床旁CR胸部攝片加濾線柵的優越性也不明顯(P=0.554)。

2.3 床旁CR和DR胸部攝片加與不加濾線柵的圖像質量比較

床旁DR胸部攝片在整體圖像質量、肺實質可見度、軟組織可見度、胸椎可見度和異物可見度方面優于床旁CR胸部攝片，見表3。4個讀片者的床旁DR胸部攝片評分顯著優于床旁CR胸部攝片(P<0.001)，與濾線柵無關，見表4。

表3 Tukey檢驗床旁CR和DR胸部攝片加與不加濾線柵的圖像質量比較（)

表3 Tukey檢驗床旁CR和DR胸部攝片加與不加濾線柵的圖像質量比較（)

注：*P=0.554

表4 t檢驗床旁CR和DR胸部攝片加與不加濾線柵的圖像質量比較（)

表4 t檢驗床旁CR和DR胸部攝片加與不加濾線柵的圖像質量比較（)

2.4 圖像質量標準的觀察者間一致性評估

在4名觀察者中，在評估肺實質可見度(ICC，0.77)、軟組織可見度(ICC，0.78)、胸椎可見度(ICC，0.80)以及評估整體圖像質量(ICC，0.78)方面有高度的一致性。在異物可見度方面，觀察者之間一致性極強(ICC，0.81)。在評估床旁CR (無濾線柵)(ICC，0.80)、床旁CR (有濾線柵)(ICC，0.79)、床旁DR (無濾線柵)(ICC，0.69)和床旁DR (有濾線柵)(ICC，0.66)中的所有結構時，觀察者間基本一致。無論評估的結構或使用的攝片方式，使用或不使用濾線柵，觀察者間一致性均具有統計學意義(P<0.05)。

3 討論

ALARA原則要求以盡可能低的輻射劑量生成具有足夠診斷質量的圖像，這一要求促使采集系統的客觀圖像質量特性不斷改進[12]。CR與傳統的單面粉末系統相比，針狀磷光體和雙面粉末磷光體讀出系統產生了更好地DQE[13]。DR中的閃爍體材料，如碘化銫與硫氧化釓和平板技術的改進導致了客觀圖像質量的進一步提高。

本研究使用的CR系統的DQE約為20%～25%，而DR系統的DQE約為60%～65%[14]，這種DQE差異有助于更好地測量DR系統的性能。CR和DR無濾線柵的圖像質量分別為（4.17±1.01）和（7.05±0.64）；CR和DR有濾線柵的圖像質量分別為（4.42±0.91）和（7.52±0.61）。

探測器特性的改進必須與X線散射的問題相平衡，與其他X線成像方式相比，使用高X線光子能量，加上厚實的身體部位和大視野，在胸部X線攝片中會產生大量的散射輻射[15]。在沒有抗散射濾線柵的情況下獲得的X線光片中，散射輻射占肺后總輻射的50%～70%，約占中央縱隔/胸椎后總輻射的90%～95%，散射輻射具有降低對比度和增加圖像噪聲的不利影響[16]。雖然對比度降低可以通過后處理在很大程度上得到補償，但是至少在DR中，散射輻射對圖像噪聲的影響是不容易校正的[15]。

本研究使用具有較高輻射劑量的防散射濾線柵，使得CR圖像中胸椎的劃分稍微好一些，但并沒有明顯改善(P=0.554)。對肺實質的評估結果顯示，當使用濾線柵時，CR的圖像質量得分顯著提高(P<0.001)。另一方面，有防散射濾線柵的CR在評估異物方面的性能比沒有濾線柵的CR差。這種對較高頻率結構的較差性能表明，使用濾線柵造成的20%劑量損失將相關空間頻率處的信噪比提高到低于適當視覺檢測所需的水平。這表明，目前我院CR成像所使用的標準劑量水平確實接近于確保相關臨床目標可見性所需的下限，符合ALARA原則。

對于DR成像，在所有5個質量標準中，濾線柵成像比無濾線柵成像的優越性是顯著的。考慮到碘化銫探測器的高DQE,這一結果或許并不意外。即使是沒有完全補償濾線柵的Bucky因子的曝光所導致的20%劑量懲罰，也顯然留下了足夠的SNR,以便能夠直接檢測相關的臨床結構，無論是在高或低的空間頻率。這與先前發表的一項研究一致，該研究表明，劑量減少25%不會對DR的圖像質量產生明顯影響[12]。

綜上所述，盡管DR系統在沒有反散射濾線柵的情況下提供了非常好的圖像質量，但是在具有較高輻射劑量的成人床邊X線攝片中使用濾線柵是有益的，并且明顯改善了低頻和高頻結構的圖像質量。這究竟是由于高劑量所致，還是由于散射減少所致，目前尚不清楚。從DQE差異可以看出，床旁DR始終優于CR。對于CR，反散射濾線柵對成人床旁X線攝片圖像質量的影響是混合的，肺實質和軟組織的可見度適中，明顯提高，但胸椎只有輕微的改善，異物的表現比無濾線柵更差。