历史动态：放射技术 第九章 第一节图像质量管理
第九章 第二节 数字X线摄影图像质量控制
一、CR图像质量控制
成像板的高对比（极限）分辨力取决于几个因素，物理因素方面的局限性包括荧光板的结构和厚度、激光点的尺寸、荧光体内由于调制而引起的可见光散射、“预采样”信号的损失。数字影像像素尺寸在100-200um之间，达到了成像板成分和激光尺寸的物理极限，从而决定了系统的最大空间分辨力。使用高分辨成像板时，较薄荧光体层可以增加分辨力（锐利度）。然而，探测效率需要较高的辐射剂量。
混叠效应会对成像板产生副作用，这种人为的信号由采样不足引起，分别受像素尺寸和数字影像矩阵的限值。混叠的影响增加了影像噪声，降低了成像板的量子检出效率（DQE）。
常规CR的最大分辨力为5LP/mm。
(二)对比度分辨力
在影像中区分一个信号的能力，主要依赖于固有的物体对比度（kVp、散射线接收）噪声量（X线、亮度、电子、固有噪声源）、影像观察条件、观察者辨别小尺寸低对比区的局限性。CR影像的对比度受噪声限制。有量子噪声和电子噪声。
（三）量子检出效率
量子检出效率（detective quantum efficiency）描述了与空间频率相关的信息探测效率，它依赖于荧光屏的量子检出效率和形成最终影像中每一步的噪声。包括电子数、潜影激励和发射过程噪声、电子信号的转换噪声、与数字化相关的噪声、最终输出影像显示时的噪声。
穿过患者的典型x线能谱在80KV p时，标准分辨率荧光板的DQE约等于0.25，高分辨率的荧光板的DQE约为0.13。
(四)图像显示
激光胶片打印机将数字影像模仿传统的屏–片摄影的模式转换成照片的影像，通过投射方式进行观察。CR影像的硬拷贝方式，向用户提供了一幅单一的照片的影响，从而丢失了便利显示处理的主要优势。
CRT监视器应用于软拷贝显示。通常情况下，用于放射初步诊断的高分辨率、高亮度多幅显示监视器，临床医师查阅影像所用的中等分辨率显示终端，以及常规彩色显示器/个人电脑系统，代表着监视器质量的三个等级。
(五)伪影
CR影像上的伪影可以产生于硬件（如X线系统、滤线栅、阅读装置、成像板）、软件（比如假信号、算法）、成像体（比如摆位、运动等）诸多因素。
1、硬件伪影 硬件伪影主要产生于成像板、影像阅读仪、硬拷贝打印机或冲洗机。最普遍的是IP的暂时性缺陷，诸如灰尘、污物和幻影（擦除不完全），这些伪影可以通过对成像板的清洁和（或）擦除而容易校正。影像阅读仪故障可以导致扫描线缺损和(或)影像畸变。存留在柱状反光镜和激光装置的尘粒可以表现为影像的衰减伪影。
1)IP污物沾染造成的伪影：清洁方法通常使用脱脂棉纱和镜头清洁器。
2)IP保养不良造成的伪影：表现有散在斑点状伪影，形似霉斑。这是由于IP清洁保养时用纱布蘸75%的酒精擦拭半年后所致，考虑为酒精作用IP以及IP擦洗后未待干燥便放入暗盒所致，这种对IP的不良影响是可逆的。在清洁IP时建议使用专门的IP清洁液，且待干燥后方可放入暗盒。
3)IP裂隙造成的伪影：柔性IP，因其在扫描过程中要被动弯曲，久而久之形成线性裂隙，接近桡骨的透亮缝隙可能会与体外异物相混淆。这些裂隙一旦产生，对于IP来讲将是不可逆转的。在照片上将是线性透明影或梭性透明形，原因是裂隙部无微量二价铕离子的氟氯化钡晶体，因此在购买IP时仔细检查，选择柔性好，质量高的IP，刚性IP可避免此类伪影的出现。
4)阅读器机械故障造成的伪影：由于成像板中激发的荧光非常微弱，采集装置需要距离成像板表面很近，当设备振动或采集部件故障时，就有可能造成成像板表层和荧光体层的划伤，从而产生伪影。这种损伤无法恢复，只能淘汰成像板。手正位影像中拇指内侧有一白色针状影像，疑似软组织异物，不加被照体直接对成像板曝光后仍存在此为影像。抽出成像板检查时发现成像板表面有一个被机械结构挤压形成的压痕。
5)IP边角分层所致伪影：CR读出装置暗盒型会出现此类伪影。摄影技师在对IP清洗时用指甲取出，久而久之致使IP4个角出现分层现象，增加了IP的厚度.而阅读器内的IP与其通道间的距离不变，所以在扫描过程中出现停滞现象，然后在调一头进行扫描就会出现影像。因此在取IP时一定要小心谨慎，不要以为边缘损坏无关紧要，同样会影响整幅图像的扫描。
6)摄影条件偏低所致的伪影：X线量子噪声是指X线量子泊松分布的统计学法则随机产生的空间波动。噪声量与X线检测器检测到的X线量成反比。因此相应的入入射的X线量成反比，即入射的（检测到的）光子剂量越大，X线量子噪声越小。解决的方法是加大X线摄影条件，一般认为使用感蓝屏/蓝片的摄影条件或稍大较妥。
7)摄影条件偏高所致的伪影：由于存储荧光体对散射线的高敏感性，后散射可造成伪影。在暗盒后背部加一层铅箔可以消除阴影。沿上腹部一侧的黑线是由透过暗盒部的后散射是造成的。因此摄影技师应该在可能的情况下校准曝光野，要尽可能的使用最佳摄影条件减少后散射。
胸部CR照片有股骨重叠影，原因是在摄股骨时X线摄影条件偏高，胸片摄影条件又偏低所致的“记忆伪影”。减低记忆伪影的产生就要控制数字影像系统两次曝光是时间延迟以及前后两次曝光量的差异，还要着重考虑用高强度和长时间的可见光擦拭过度曝光的IP。
8)紫外线、X线的散射线所致的伪影:表现为黑斑点伪影。若长期存放的IP，尽量给予屏蔽，在使用前最好进行一次强光擦除。
9)成像板老化造成的伪影:
成像板寿命一般曝光次数是10000次
2、CR信息转换伪影 CR信息转换部分主要由激光扫描器、光电倍增管和A/D转换器组成。
1）激光扫描操作不当产生的伪影:在IP扫描过程中，无意碰触了阅读器的前进/暂停/反向键，致使IP在扫描过程中出现暂停，然后再继续扫描的结果。
2）激光扫描灰层产生的伪影
3）辊轴紧密度不适造成的伪影
4）阅读器擦拭未干造成的伪影
5）光电倍增管匹配伪影:为条状伪影。此伪影属于机械结构设计原因，无法人为消除。
6）影像读取伪影:当连接控制板和PMT的排线接触不良时，由于机械装置的轻微震动会引起放大指令信号传输的不稳，最终在图像中产生信号跃迁的断续伪影。
7）扫描装置灰尘
3、软件伪影
4、物体伪影:晕影和幻影。
5、照片伪影
6、其他伪影
1）激光打印伪影 打印机中的多棱镜引导激光横向扫描胶片，常见的伪影通常是由多棱镜上的灰尘引起的。伪影表现在照片上是垂直于打印机激光扫描线的一条白线。
2）洗片机产生的伪影
3）移动模糊伪影
4）操作者错误引起的伪影
二、DR图像质量控制
（一）DR图像质量的评价方法
1.数字成像的客观评价和主管评价 传统上对模拟成像进行评价的指标包括，客观评价中的调制传递函数（MTF，反映系统固有空间分辨率）和噪声功率谱（NPS，反映噪声水平），主观评价中的受试者操作特性曲线（ROC，代表检出的信息量）。
MTF一直作为线性或非线性成像系统空间分辨率特性的度量标准。在计算预采样MTF时，其方法有矩形波测试卡法、狭缝法、刀刃法等。
在放射数字影像中，噪声可有以下几个来源：初级量子噪声，泊松过量噪声，结构噪声，附加电子噪声，混叠噪声。
ROC曲线法早在1970年以Rossmann、Metz为首的芝加哥大学研究小组制成。作为主观评价法既可验证，在进行具体临床实践时应用广泛，既可验证设备的实际性能，又可评判观察者的水平。ROC曲线解析目前已具备完整的科学理论依据，成为影像检查技术和诊断方法对照研究的标准方法。
2.数字成像主管、客观结合的综合评价英国放射学会ECR制定的放射学质量评价6级标准规则为：
①技术水平
②诊断水平
③诊断效果
④治疗效果
⑤患者结局
⑥资源利用的最优化（最佳利用率）最高标准
（二）DR图像质量评价的参数
1、探测器调制传递函数(MTF) MTF是用于衡量系统如实传递和记录空间信息的能力。它以横坐标为空间频率，计算出光线对应于不同频率下的振幅，沿纵坐标绘制出相应曲线，纵坐标上的响应函数的数值表达了输入信号与输出信号的比值，故信息在100%完全重建到0%的绝对不能重建的范围内存在。DR系统是将光管发出来的光子直接转换成电信号，没有中间介质的加入和损耗，MT F性能好。DR系统较高的分辨率不需要病人接受较大的剂量。DR系统的MTF受采样频率的限制，它由平板探测器像素大小决定。其极限分辨率完全取决于像素的大小。另外，硒类探测器MTF比CsI闪烁晶体探测器好。
2、
噪声功率谱与空间分辨率响应
探测器的噪声主要来源于两个方面：①探测器电子学噪声②X线图像量子噪声。探测器电子学噪声在空间分辨率范围内为白噪声，通常采用噪声的均方根值RMS来描述。
一个典型的非晶硅探测器电子学噪声主要有以下的部分构成，像元开关电流噪声，反向漏电流噪声，量子井噪声，读出电路噪声。其他造成路，列入模拟电路，ad转换电路噪声等。为了表示噪声的空间频率特性，通常用噪声功率谱来描述。
3.量子检出效率 DQE也叫量子检出效率，探测器的DQE被定义为输出信噪比的平方与输入信噪比的平方之比，通常用百分数表示，用于表征探测器对于图像信噪比的传递性能。
SNR代表图像的信噪比，表明系统检测X线光子的能力，是系统噪声与对比度的综合评价指标。噪声是影响DQE的主要因素。
CsI闪烁晶体平板探测器的DQE比屏片组合系统高2-3倍，低对比物体的检出能力提高了45%，而剂量降低了50%-60%。
空间分辨率通常表示为每毫米最大的线对数(lp/mm)。
在数字化X射线摄影系统中，量子检测效率(DQE)综合了空间分辨率和图像噪声等各种因素，描述了将入射x射线转换为数字信号的曝光效率，提供了在不同分辨率的情况下的测量图像信噪比的方法。因而DQE是全面评估DR系统的一个最重要的参数，是衡量平板图像质量的金标准。
目前市场上的DR产品极限DQE约为60%。
4、探测器尺寸 常见的多为17X17英寸或16X16英寸或14X17英寸。
5、图像上的空间分辨率主要有，像素尺寸和像素之间的间隔决定。胸片x线摄影，通畅为0.2mm的像素间隔(2.5lp/mm,大约一行2000个像素)。
6、动态范围 指平板探测器所能检出的最强信号和最弱信号之间的范围。基于较宽的动态范围(0.5~1300uR)，许多公司开发出全新的组织均衡(TE)技术，通过图像后处理使不同强度的信号，如(鼻骨和软组织)能在同一幅图像显示，为临床诊断提供便利。
7、ISO平板感光度 表示探测器对信号的敏感度。DR系统的ISO最大值一般为800
ISO能显著降低病人的受照剂量，对于经常复诊的病人和儿童具有重要意义。当ISO等于1000时，普通病人的受照剂量为0.35dGY/cm。
8、填充因子 目前市场上常见的DR系统平板探测器的填充因子一般为65%。非晶硅平板探测器的DR系统其优良特性为世人共识。从整个DR的发展趋势来看，整板技术，高DQE,宽动态范围，快速成像和低剂量必然成为未来发展方向。
9、探测器图像获取时间 由探测器预备时间、曝光等待时间、曝光窗口、图像读出时间四部分构成。实际图像获取时间为5-6秒。
（三）影响DR成像的因素
II+CCD数字摄像机、IP报板+CR扫描仪、非晶硒Se平板探测器、非晶硅Si平板探测器虽然所用的探测器不同，但其基本数字图像获取过程相同。数字图像获取的过程：X光—电信号—采样—量化。
后处理技术一般有：（1）亮度和灰度调节（2）调整锐利度（3）调整对比度（4）组织均化
三、乳腺影像质量控制
1.内外斜位影像显示标准
(1)左、右乳腺照片影像对称放置呈菱形。
(2)腺体后部的脂肪组织充分显示。
(3)胸大肌显示充分，其下缘能延续到乳头后线或以下。
（4）乳腺无下垂，乳头呈切线显示。
（5）乳腺下皱褶展开。且能分辨。
（6）无皮肤皱褶。
乳头后线（PNL）是由乳头向后垂直于胸大肌的角度画线，直至胸大肌或胶片边缘。
2.头尾位影像显示标准
（1）双侧乳腺CC位照片相对放置呈球形。
（2）包含乳腺后内侧缘，能显示胸大肌边缘
（3）充分显示腺体后的脂肪组织
（4）CC与MLO位摄影的乳头后线长度差，须在1cm范围内。
（5）乳头位于切线位，不与腺体组织重叠。
（6）无皮肤皱褶。
在MLO位正确体位的前提下，CC位上PNL的长度应比MLO位短1cm.通常MLO上PNL的长度大于CC位中的长度。但是，也有约10%的受检者其PNL长度在CC位上较大。乳头正后方胸壁肌肉可见。说明在CC位中包含了足够的乳腺后组织。
乳腺的内侧后部组织是MLO位中最容易漏掉的区域。因此在CC位中最重要的是要包括乳腺的后内侧缘。当体位正确时，乳腺内侧缘的所有纤维化腺体组织应包含在影像中，尽管外侧组织也尽可能多的包含在CC位中，但决不能因此而丢失内侧组织。
（二）乳腺影像质量标准
1.背景最大密度（Dmax）>4.0
2.影像密度（D）1.0-3.0mm
3.影像质量 能显示0.2mm细小钙化
4.对比度良好、锐利度清晰、噪声适度、无伪影、无模糊。
5.平均腺体剂量（AGD）≤3mGy
（三）影响乳腺影像质量的相关因素
1.压迫 可减少腺体厚度，从而减小剂量、散射线和影像模糊。良好而有规则的压迫，可使腺体照片密度均匀。压迫使物-片距缩小，分辨率提高，同时能固定腺体，从而减少运动伪影。
2.曝光 曝光不足是导致光学密度低的主要原因，致使照片对比度降低，影响微小钙化和低对比病变的显示。
曝光不足的原因包括压迫不当，自动曝光控制（AEC）设定不正确或失效。曝光过度则导致较薄或脂肪型乳腺过度黑化。
3.对比度 X线照片对比度可定义为照片上相邻区域间光学密度的差异，适中的对比度，能观察到乳腺中的微小差异。对比度低下的原因包括不适当的曝光、冲洗缺陷、压迫不当、使用低对比胶片、靶材料和(或)滤过不适、滤线栅使用错误。
4.清晰度 乳腺摄影中的模糊种类包括运动模糊、屏片着密不良、增感屏模糊、几何模糊和视差模糊。
5.噪声 噪声的主要产生原因就是量子斑点。量子斑点是增感屏中同一区域吸收X线光子数量的统计涨落形成的。形成影像所用的X线光子越少，将会产生越大量的量子斑点。
曝光不足、延长冲洗时间和高速的影像接收器都与噪声的增加有关。
6.伪影 常见的伪影有持片指纹、肩部、对侧乳腺、头发、皮肤沉积物，滤线栅铅条是最为常见的设备伪影。
7.准直
（四）读片环境的标准
1.乳腺X线摄影对显示器的要求
（1）显示器分辨率满足乳腺图像观察要求，应用5M显示器
（2）最小亮度、最大亮度、灰度特性符合标准
（3）使用环境条件符合要求，接近显示器附近的照度应在50lx以下
2.乳腺X线摄影对观片灯要求
（1）高亮度型，观片灯的亮度应在3500cd/m2以上
（2）为了使各密度范围易于观察，应有亮度调节功能。
（3）使用环境条件符合要求，靠近观片灯附近的照度应在50lx以下
（4）具有遮光功能
（5）光源色温、亮度、均匀度等符合国家标准
（五）成像技术标准
1.摄影装置 专用乳腺机设备(阳极材料：Mo或Mo/Rh双靶）
2.过滤板 Mo、Rh
3.FFD >60
4.曝光时间 <2S
5.滤线栅 r=5:27
6.管电压 ≤28kV
习题
1、下列不属于CR信息转换伪影的是
A,激光扫描不当伪影
B,激光扫描灰层伪影
C,辊轴紧密度不适伪影
D,阅读器擦洗未干伪影
E,IP边角分层导致的伪影
E
2、下列因数不会影响数字X线成像系统噪声的是
A,胶片的结构
B,探测器因数
C,X线量子波动
D,被照体结构
E,电子电路
D
3、不是CR系统的固有噪声的是
A,模拟电路噪声
B,IP结构噪声
C,量子噪声
D,A/D转化过程中的量子化噪声
E，激光噪声
E
5、成像系统中输出信噪比的平方与输入信噪比的平方之比是
A DQE
B NEQ
C MTF
D WS
E ROC
A
6、在临床实践中应用广泛，既可验证设备的实际性能，又可评判观察者水平的评价方法是
A NQE
B DEQ
C MTF
D WS
E ROC
E
7、心血管专用DSA设备的平板探测器尺寸是
A、18cm×18cm
B、35cm×43cm
C、41cm×41cm
D、5cm×5cm
E、30cm×40cm
A
8、全面评估DR系统的最重要的参数，衡量平板图像质量的金标准是
A SNR
B NEQ
C MTF
D DQE
E RMS
D
9、数字摄影平板探测器实际图像获取时间为
A5-6秒
B3-4秒
C8-10秒
D10-12秒
E10-15秒
A
10.在MLO位正确体位的前提下，CC位上PNL的长度应比MLO位
A短1cm
B短2cm
C短4cm
D短3cm
E长1cm
A
11.乳腺线X片的密度范围是
A0.1-1.0
B1.0-2.0
C0.2-2.2
D1.0-3.0
E≥4.0
D
12.乳腺影像质量标准中，平均腺体的剂量为
A≤1mGy
B≤3mGy
C≤2mGy
D≤4mGy
E≥2mGy
B
13.乳腺照片对显示器的要求为
A1M
B2M
C5M
D3M
E4M
C
14.乳腺影像质量标准,不正确的是
A背景最大密度（Dmax）<4.0
B影像密度（D）1.0-3.0mm
C能显示0.2mm细小钙化
D对比度良好、锐利度清晰、噪声适度。
E平均腺体剂量（AGD）≤3mGy
A
15.乳腺MLO位中最容易漏掉的区域是
A外侧后部
B内侧后部
C前侧外部
D前侧内部
E外侧前部
B
16.关于CC位乳腺影像标准的叙述，错误的是
A、在影像内边缘上胸大肌清晰显示
B、腺体后的组织清晰显示
C、可见所有中间组织，且清晰显示
D、腺体侧面组织影像清晰显示
E、双侧乳腺CC位照片相对放置，则两侧乳房呈菱形
E
17.关于乳房压迫的叙述，错误的是
A、减小其厚度
B、减少剂量
C、减少散射线和影像的模糊
D、固定乳房
E、降低对比度
E
