DR设备利用信号传递特性得出准确剂量指示质量控制方法的研究.pdf

19论 著影像研究与医学应用 2024年3月 第8卷第5期 DR 设备利用信号传递特性得出准确剂量指示质量控制方法的研究李杰军，程远达，高艳辉，王 雷，赵红枫（通信作者）（北京市朝阳区疾病预防控制中心放射卫生科 北京 100021）Research on the method of detector dose indication detection by using signal transfer property in DR equipmentLI Jiejun,CHENG Yuanda,GAO Yanhui,WANG Lei,ZHAO Hongfeng(Corresponding author)Department of Radiological Health,Chaoyang District Center for Disease Control and Prevention of Beijing,Beijing 100021,China【Abstract】Objective To explore the quality control method for accurate detector dose indicator(DDI)using signal transfer property(STP)in digital radiography(DR)equipment.Methods Use STP to fit the regression curve and obtain the formula for calculating the dose and DDI value or pixel value.Calculate the baseline value corresponding to the incident air release energy of the image receiver at 10 Gy.Results The logarithmic correlation formula between dose and pixel value of SYNTHESIS DR camera is y=-1 455ln(x)+7 311.1,regressing to dose x=10 Gy,the pixel value y=3 961.The linear response formula between dose and pixel value for the Brivo XR515 DR camera is y=140.33x-2.344 5,regressing to dose x=10 Gy,obtain the accurate pixel value y=1 401.Conclusion This method can accurately complete the DDI project of DR equipment acceptance testing and status detection,and obtain objective and accurate evaluation.【Key words】Digital radiography;Quality control;Acceptance testing;Detector dose indicator;Signal transfer property;DR baseline value【摘要】目的：探究数字 X 射线摄影（DR）设备利用信号传递特性（STP）得出准确探测器剂量指示（DDI）的质量控制方法。方法：通过 STP 绘制拟合回归曲线，得出剂量与 DDI 值或像素值的计算公式，计算得出影像接收器入射空气比释动能 10 Gy 对应的基线值。结果：SYNTHESIS 型 DR 摄影机的剂量与像素值对数相关公式为 y=-1 455ln(x)+7 311.1，回归到剂量 x=10 Gy，得出像素值 y=3 961。Brivo XR515 型 DR 摄影机的剂量与像素值线性响应公式为 y=140.33x-2.344 5，回归到剂量 x=10 Gy，得出准确的像素值y=1 401。结论：此方法可以准确地完成 DR 设备验收检测和状态检测的 DDI 项目，并得到客观准确的评价。【关键词】数字 X 射线摄影；质量控制；验收检测；探测器剂量指示；信号传递特性；DR 基线值【中图分类号】R445.4 【文献标识码】A 【文章编号】2096-3807（2024）05-0019-04数字 X 射线摄影（digital radiography，DR）属于数字化 X 线摄影技术，是目前最常用的一种医学 X 射线成像装置1-2。放射诊疗设备的使用频率较高，性能易产生偏差，根据放射诊疗管理规定及 WS76-2020，DR 设备需在不同阶段完成验收检测及状态检测等质量控制检测工作3。其中 DR 设备专用检测项目的第一项为探测器剂量指示（detector dose indicator，DDI），其为显示影像采集过程中影像探测器剂量指数，是 DR 设备检测最重要的辐射剂量指标2,4。DDI 项目的检测方法为根据 DR 设备生产厂家提供的 DDI 公式进行验证，既往的研究发现国内提供公式的厂家很少，实际的检测中主要还是围绕系统原始预处理图像的 DDI 值或者像素值（此数值以下简称基线值）得出检测结果4-5。DDI 项目检测选用尽量接近 10 Gy 的剂量，建立剂量与管电流时间积（mAs）设置关系，测定对应的基线值6-7。但在实际工作中，DR 设备的验收中基线值建立率均达不到100%，个别建立基线值与状态检测得出的基线值偏差较大乃至出现不合格情况8。以上问题均需考虑进一步明确设备如何建立准确基线值，且现有研究并未有合理统一的方法。解决以上问题的核心是对测量结果进行有效的剂量修正，最科学的结果是把剂量归一到 10 Gy，计算出平均像素值跟基线值比较。而归一到 10 Gy 剂量的方法无法在检测中准确得出，需要通过剂量与像素值的关系公式计算得出。信号传递特性（signal transfer property，STP）反映的是影像接收器入射面影像中心区域测量的平均像素值和影像探测器接受的入射空气比释动能之间的一种相互关系9-10。本文发现通过 DR 设备专用检测项目中的 STP 可以建立起此关系的公式。本文对此方法进行了相关 DR 设备的现场实验，发现此方法可在不更改标准检测方法和流程的基础上，只增加计算过程即可基金项目：2023 年北京市朝阳区放射卫生监测项目（朝卫通字2023110 号）。20 论 著影像研究与医学应用 2024年3月 第8卷第5期 为 DDI 项目得出相对准确的基线值，对 DR 的质量控制检测的提高具有一定意义。1 资料与方法1.1 实验材料意大利GENERAL Medical MERAT公司产SYNTHESIS型DR摄影机，北京GE公司产Brivo XR515型DR摄影机，X 射线多功能检测设备 UnforsXi，激光测距仪，铜滤过板厚为 1.0 mm，面积为 15 cm15 cm，对应其 DR 机后处理系统。检测设备均在中国计量科学研究院进行校准，且均在检测有效期内。1.2 质量控制现场检测人员在实施检测前均进行培训，并严格按照检测规范 WS762020医用 X 射线诊断设备质量控制检测规范中要求的方法开展检测。1.3 检测方法实验用 DR 设备已具备验收等正常曝光状态，同时观察 DR 设备可以获取预处理图像及像素值。影像接收器入射空气比释动能（Gy）通过剂量修正因子修正后得出。分别选取影像接收器入射空气比释动能约 1、5、10、20 和 30 进行曝光（实际剂量为尽量接近以上 5 个的检测剂量），注意需在预处理图像中央选取面积约10 cm10 cm 感兴趣区（region of interest,ROI），平均像素值，以下分别通过两个品牌的 DR 摄影机验证此方法4。检测方法见表 1、图 1 图 4。表 1 DR 设备的专用检测项目与技术要求4（9.1 9.2）条编号检测项目检测要求验收检测判定标准状态检测判定标准9.1DDI 70 kV，1 mmCu，约 10 GyDDI 测量值与计算值 20.0%，DDI 或平均像素值建立基线值DDI 测量值与计算值20.0%，或基线值 20.0%9.2STP70 kV，1 mmCu，5 档剂量R2 0.98R2 0.95图 1 如有可能，取出滤线栅，设置 SID（有效焦点中心至影像接收器表面的距离）为 180 cm，如达不到则调节 SID 为最大值图 2 调整光野完全覆盖影像接收器及检测剂量探头图 3 1.0 mm 铜滤过板挡住限束器出束口图 4 获取一幅预处理影像中央面积约 10 cm10 cm ROI 像素值 21论 著影像研究与医学应用 2024年3月 第8卷第5期 2 结果2.1 SYNTHESIS 型 DR 摄影机检测结果表 2 SYNTHESIS 型 DR 摄影机检测结果检测项目检测结果影像接收器入射空气比释动能/Gy1.285 4.8969.43320.8129.63DDI 或影像中央感兴趣区 ROI平均像素值（此处为像素值）6 8295 1394 1552 8642 275相关系数的平方（R2）y=-1 455ln（x）+7 311.1 R2=0.995 7根据表 2 中数值，以平均像素值为纵坐标，影像接收器入射表面空气比释动能值为横坐标进行拟合，得出剂量与像素值拟合对数曲线，见图 5。SYNTHESIS型 DR 摄 影 机 的 剂 量 与 像 素 值 对 数 相 关 公 式 为y=-1 455ln（x）+7 311.1，回归到剂量 x=10 Gy，得出像素值 y=3 961，以此值建立基线值才是按标准要求准确的 10 Gy 基线值。图 5 SYNTHESIS 型 DR 摄影机的剂量与像素值拟合对数曲线2.2 Brivo XR515 型 DR 摄影机检测结果表 3 Brivo XR515 型 DR 摄影机检测结果检测项目检测结果影像接收器入射空气比释动能/Gy1.0505.55011.0322.1725.57DDI 或影像中央感兴趣区 ROI 平均像素值（此处为像素值）143.63772.601 555.43 3 096.33 3 872.69相关系数的平方（R2）y=140.33x-2.344 5 R2=1.0根据表 3 中数值，以平均像素值为纵坐标，影像接收器入射表面空气比释动能值为横坐标进行拟合，得 出 剂 量 与 像 素 值 拟 合 曲 线，见 图 6。Brivo XR515 型 DR 摄影机的剂量与像素值线性响应公式为y=140.33x-2.344 5，回归到剂量 x=10 Gy，得出准确的像素值 y=1 401，以此值建立基线值才是按标准要求准确的 10 Gy 基线值。图 6 Brivo XR515 型 DR 摄影机的剂量与像素值拟合线性曲线3 讨论3.1 需满足 STP 项目合格选择回归到 10 Gy 的方法测定 DDI 项目的一个重要前提条件即为信号传递特性（STP）需要符合验收及状态检测的判定标准（R2 0.98/R2 0.95）4，这是通过计算得出准确 DDI 或者像素值的基础。在 DR 专用项目的检测过程中，STP 作为检测项目的第一项，为后续的 DDI 及响应均匀性等项目建立符合检测要求的公式。3.2 适用于不同的 DR 品牌和设备本文的两台实验 DR 设备，STP 关系分别为对数和线性相关，对于此方法是否适用于其他品牌及型号的DR 设备，本文依据 WS76-2020 中 9.3 响应均匀性项目，各品牌 DR 摄影机 STP 的关系，均为线性响应、对数相关、幂相关三个相关性的其中一种，所以对于不同品牌的 DR 设备，均可以通过拟合回归曲线的方法归一到 10 Gy，再计算出准确的基线值，不受 DR 品牌型号的限制。3.3 对 DR 设备状态检测的意义DR 设备后续的状态检测，均存在各检测人员对标准理解存在差异，方法不统一的情况。如不同机构的2 次检测的设置参数一致，但剂量结果误差很大，或者为了使检测剂量接近 10 Gy，曝光参数差别较大，导致验收检测建立的基线值不准确，结果不合理，通过上文的计算方法，状态检测 DDI 相对偏差（%）=（归一到10 Gy 像素值-基线值）/基线值 100%，利用归一到 10 Gy 与验收得到的基线值比较，得出的相对偏差是最合理准确的7。3.4 是否完全按照标准中检测流程的探讨此方法的检测过程是按照 WS76-2020 要求完成的，仅有 WS76 标准中 9.1.2 的要求选取参考剂量约 10 Gy条件下重复曝光三次，是否在此方法中有必要，依据拟（下转第 25 页）25论 著影像研究与医学应用 2024年3月 第8卷第5期 2 尤超，顾雅佳，彭卫军，等.采用数字乳腺断层结合合成二维图像对乳腺病变的鉴别诊断价值 J.中华放射学杂志，2017，51(11):828-833.3 SVAHN T M,HOUSSAMI N,SECHOPOULOS I,et al.Review of radiation dose estimates in digital breast tomosynthesis relative to those in two-view full-field digital mammography J.Breast,2015,24(2):93-99.4 雷丽敏，郭晓旭，吕东博，等.国产数字乳腺断层摄影在乳腺癌筛查中的初步研究 J.临床放射学杂志，2022，41(9):1649-1653.5 VANEL D.The American College of Radiology(ACR)Breast Imaging and Reporting Data System(BI-RADS):a step towards a universal radiological language?J.Eur J Radiol.2007,61(2):183.6 IMAGING:EPOB,LEE S J,TRIKHA S,et al.ACR appropriateness criteria evaluation of nipple discharge J.J Am Coll Radiol,2017,14(5S):S138-S153.7 黄峻琳，林青，崔春晓，等.数字乳腺断层合成摄影对超声诊断为BI-RADS 4、5 类 30 岁有症状女性乳腺良、恶性病变的诊断价值 J.中国医学影像学杂志，2021，29(8):794-800.8 HORVAT J V,KEATING D M,RODRIGUES-DUARTE H,et al.Calcifications at digital breast tomosynthesis:imaging features and biopsy techniques J.Radiographics,2019,39(2):307-318.9 LAI Y C,RAY K M,LEE A Y,et al.Microcalcifications detected at screening mammography:synthetic mammography and digital breast tomosynthesis versus digital mammography J.Radiology,2018,289(3):630-638.10 CHOI J S,HAN B K,KO E Y,et al.Comparison of synthetic and digital mammography with digital breast tomosynthesis or alone for the detection and classification of microcalcifications J.Eur Radiol,2019,29(1):319-329.11 CHIKARMANE S A,YEH E D,WANG A,et al.Conspicuity of Screen-Detected Malignancies on Full Field Digital Mammography vsJ.Synthetic Mammography.Acad Radiol,2020,27(6):757-763.12 张曦，马微微，武秀兰，等.数字乳腺断层合成摄影联合全屏数字化乳腺 X 线摄影及超声对乳腺结构扭曲病变的影像诊断价值 J.临床放射学杂志，2022，41(10):1863-1868.13 周美亚，赵金丽，曹亮，等.MRI 检查对乳腺 X 线摄影中非对称性致密和/或结构扭曲的诊断价值 J.医学影像学杂志，2018，28(1):66-68，72.合实验数据越多，拟合效果越好，相关度越高，计算结果更准确，是可以在此方法中延续，但需要在规定方法中统一要求。3.5 对流程质控的要求所涉及的质控检测的设备，必须进行检定校准，并在实际工作中准确使用检测设备的剂量修正因子修正，才能得到科学准确的基线值。综上所述，现行的 DR 设备检测标准 WS76-2020 于2021 年 5 月 1 日开始实施，其中通用检测项目实施多年，其检测方法和结果已无太大争议，但对于 DR 专用检测项目中的 DDI、高、低对比度分辨力等需要建立基线值项目，由于对项目检测方法及意义的描述相对不足，模体规格参数不统一11，在实际工作中给相关设备的质量控制检测留下一定改进的方向，未来需要相关专业同仁深入学习理解，摸索各品牌 DR 设备规律，更新完善标准方法。【参考文献】1 赵鑫，李光朋，翟贺争，等.辽宁省 20212022 年医用数字 X 射线摄影质量控制检测结果分析 J.国际放射医学核医学杂志，2023，47(4):229-235.2 贾灵芝，陆敢杰.我院医用数字 X 射线摄影系统设备质量控制及机房放射防护现状分析 J.影像科学与光化学，2020，38(3):459-463.3 陈飚，陈春晖.放射诊疗设备“重要部件”的界定J.中国辐射卫生，2021，30(5):616-619.4 中华人民共和国国家卫生健康委员会.WS76-2020医用 X 射线设备质量控制检测规范S.北京：中国标准出版社，2020.5 王建超，尉可道，徐辉，等.直接数字 X 射线摄影系统的性能检测结果与评价 J.中国医学装备，2014，11(12)，16-18.6 国家药品监督管理局.YYT 0741-2009 数字化医用 X 射线摄影系统专用技术条件 S.国家药品监督管理局，2009-11-15.7 国家药品监督管理局.YYT 0796.1-2010 数字 X 射线成像系统的曝光指数第 1 部分:普通 X 射线摄影的定义和要求 S.国家药品监督管理局，2010-12-27.8 黄海波，王建宇，张万峰，等.数字化医用 X 射线摄影设备质量控制检测结果分析 J.中华生物医学工程杂志，2021，27(5):471-476.9 瞿鹏翔，刘小莲，龙旋，等.医用数字 X 射线摄影设备质量控制检测结果分析 J.中国职业医学，2019，46(3)：387-389，393.10 郭进瑞，邹天禄，郑森兴，等.福建省部分医用 X 射线诊断设备影像质量控制调查分析 J.工业卫生与职业病，2023，49(3):220-224.11 程希元，廖炎鹏，刘书朋，等.38 家医疗机构建设项目放射性职业病危害控制效果评价结果分析与探讨J.中国辐射卫生.2018，27(3):246-251.（上接第 21 页）