一种X线断层融合的辐射剂量相关参数的测定方法与流程

本发明属于医疗技术领域，涉及一种计算X线辐射剂量的简单方法，特别是涉及一种X线断层融合的辐射剂量相关参数的测定方法。

背景技术：

1895年，德国物理学家伦琴发现了X射线，于同年为其夫人成功拍摄手掌的X线图像。自1897年开始至今，X线成像技术正式应用于临床，为患者进行平片拍摄、透视以及断层融合(Digital Tomosynthesis，DTS)。例如，在胸部影像中，肺部的X线检测对肺癌的早期发现具有重要的意义；骨折是急诊检查中最常见的病种，X线平片拍摄能够对骨折位置做出快速和准确的诊断；针对全消化道造影，造影剂在X线透视下可以清楚显示消化道的病变位置；而近些年发展起来的断层融合技术，克服了组织结构重叠所造成的伪影。相比于X线平片，断层融合提高了诊断率，对肺内病变具有高敏感性和高特异性。总而言之，断层融合的全面应用对于患者的疾病检测和医师的辅助诊断都带来了极大的好处，成为一种不可或缺的检查手段。

然而，患者在受益于X射线检查的同时，也在承受着X射线辐射可能带来的身体损害。根据国际辐射防护委员会(International Commission on Radiological Protection，ICPR)第103号出版物的规定，本着“合理使用低剂量(As Low AsReasonably Achievable，ALARA)”的原则——用尽量少的X线辐射剂量来获取满足诊断需要的影像信息。因此，如何控制和计算X线辐射剂量受到越来越多的关注，也成为研究的热点。

空气比释动能(Airkerma)、剂量面积乘积(Dose area product,DAP)和有效剂量(Effective dose,ED)三个参数常用来评估患者在接受X线检查过程中所接受的辐射剂量。然而，在计算断层融合的空气比释动能和剂量面积乘积时，需要将不同角度拍摄的图像剂量参数进行单独叠加，得到最后的辐射参数总量，而有效剂量则是在每张图像剂量面积乘积值叠加的基础上，乘以有效剂量转换因子后得到。Magnus Bath等人提出了0.26m Sv Gy^-1cm^-2的转换因子来计算有效剂量。但目前尚没有一种计算空气比释动能和剂量面积乘积的简单方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种X线断层融合的辐射剂量相关参数的测定方法，在基于断层融合首张定位片(Scout view)曝光参数的基础上，该方法能简化和方便空气比释动能、剂量面积乘积和有效剂量这三个参数的计算。

本发明所述的X线断层融合的辐射剂量相关参数的测定方法，包括以下步骤：

(1)X线球管一次性、连续、多角度曝光，所拍摄的图像包括首张定位片以及多张断层融合图像，拍摄数目与计算机默认设置的层数有关；在首张定位片确定所拍摄的位置后，调整球管至预设的角度，平板探测器和球管做平行于患者的同步反向运动并采集信息，连续曝光的图像传送到后处理设备，通过计算机计算扫描容积内任意层面的图像数据，采用像素偏移-叠加(Shift-add)算法，获得平行于探测器平面的断层图像；

(2)在自动曝光模式下，X线断层融合的球管负载(mAs)默认为定位片的10倍，将首张定位片的球管负载乘以剂量率(系统默认为10)得到系统总负载，然后平均分配到每张断层图像中；根据Renard序列(0.25，0.32，0.40等)的四舍五入原则，将每张断层图像的球管负载限制为最小的0.25mAs；每张断层图像的最小球管负载乘以断层图像的曝光总数后，得到整个断层融合的球管总负载；

(3)将球管总负载除以定位片的球管负载，得到的比率再乘以定位片的空气比释动能，得到初步计算的断层融合的空气比释动能；采用第一校正因子对该参数进行调整，所述第一校正因子为空气比释动能的实际叠加值与预测值的比值，得到最后预测断层融合的空气比释动能；

(4)将球管总负载除以定位片的球管负载，得到的比率再乘以定位片的剂量面积乘积，得到初步计算的断层融合的剂量面积乘积；采用第二校正因子对该参数进行调整，所述第二校正因子为剂量面积乘积的实际叠加值与预测值的比值，得到最后预测断层融合的剂量面积乘积；

(5)由首张定位片和最后预测断层融合的剂量面积乘积叠加后乘以有效剂量转换因子0.26mSv·Gy^-1cm^-2，得到X线断层融合的有效剂量ED。

本发明通过首张定位片的剂量参数，能够比现有技术更为简单地计算出患者在X线断层融合摄影中的空气比释动能和剂量面积乘积，不需要对所有不同层面的曝光参数进行单独叠加，因此，该方法具有简便性和有效性。进而，可通过剂量面积乘积乘以转换因子后得到X线断层融合的有效剂量ED，而剂量面积乘积则由第一张定位片和最后预测断层融合的剂量面积乘积叠加后得到。

附图说明

图1是基于断层融合首张定位片的空气比释动能计算的示意图。

图2是基于断层融合首张定位片的剂量面积乘积计算的示意图。

图3是胸部断层融合拍摄过程及参数设置的示意图。

图4是胸部断层融合的空气比释动能计算的示意图。

图5是胸部断层融合的剂量面积乘积计算的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

数字化断层融合及其后处理技术是常规X射线检查的一种重要补充和延伸方法，对深在部位和解剖结构复杂部位的病灶诊断有着独特的优势。近十几年来，随着计算机处理能力的提高和数字平板探测器的研制成功，数字化断层融合技术和数字化重建在此基础上应运而生，即X线球管一次性、连续、多角度曝光。所拍摄的图像包括一张定位片以及多张断层融合图像，拍摄数目与计算机默认设置的层厚有关。在第一张定位片确定所拍摄的位置后，调整球管至预设的角度，平板探测器和球管做平行于患者的同步反向运动并采集信息，连续曝光的图像传送到后处理设备，通过计算机计算扫描容积内任意层面的图像数据，采用像素偏移-叠加(Shift-add)算法，获得平行于探测器平面的断层图像。

在X线断层融合的拍摄中，所拍摄的部位放置于平板探测器与球管之间，拍摄过程中需要紧贴平板探测器，降低该部位与探测器之间的距离，以免起到放大效果。在进行站立位拍摄时，如胸部、腹部立位、肩关节、锁骨等，球管与探测器的距离一般设置为180cm；在进行卧位拍摄时，如头颅、脊柱、腹部卧位、四肢等，球管与探测器的距离一般设置为115cm。球管发出的X射线经过人体组织衰减后，最后到达平板探测器，转换为电荷量形成图像。

(1)基于断层融合首张定位片的空气比释动能计算

对于GE公司DR(XR656,GE Healthcare,UK)的VolumeRAD系统来说，断层融合的曝光参数可由首张定位片的参数所决定。在自动曝光模式(Automatic exposure control,AEC)下，断层融合的球管负载(mAs)默认为定位片的10倍，然后平均分配到所有断层图像中。根据Renard序列的四舍五入原则，每张图像的球管负载限制为最小的0.25mAs。每张图像的最小球管负载乘以断层图像总数后，得到断层融合的总负载。将总负载除以定位片的球管负载，得到的比率再乘以定位片的空气比释动能，则为断层融合的空气比释动能。鉴于得到的空气比释动能与实际叠加值之间存在差距，需要校正因子对该参数进行调整。校正因子为实际叠加值与预测值的比值，具体计算流程如图1所示。

在胸部断层融合实验过程中，平板探测器保持不动，X线球管在垂直方向上对胸部进行持续扫描，扫描角度为-15°到+15°，共拍摄60张低剂量图像，时间约为10s，患者在这期间需要保持屏气状态。探测器与球管距离(Source image distance,SID)为180cm(如图3所示)，电压设定为120kV，使用自动曝光模式(Automatic exposure control,AEC)。

获取首张定位片的曝光参数，球管负载和空气比释动能分别为1.16mAs和0.701mGy。定位片的球管负载乘以剂量率(系统默认为10)得到系统总负载11.6mAs。将总负载除以断层图像总数(胸部断层融合的系统默认为60张)，平均分配到每张图像的球管负载0.193mAs。根据Renard序列(0.25，0.32，0.40等)的四舍五入原则，每张图像的球管负载最小限制为0.25mAs，再乘以断层图像总数60，为该断层融合的球管总负载15mAs。将首张定位片的空气比释动能乘以球管总负载与定位片球管负载的比率，初步计算得到断层融合的空气比释动能。但由于初步计算的空气比释动能与实际叠加值之间存在差异，所以需要校正因子0.972对该值进行调整，得到最后胸部断层融合的空气比释动能，具体计算流程如图4所示。

上述校正因子为实际叠加值与预测值之间的比值。本发明随机挑选30名参与胸部断层融合的患者，用于计算空气比释动能的校正因子。通过如图4的方法，计算每名患者初步计算的空气比释动能与实际叠加值的比值(如公式1所示)，然后将30名患者的比值进行平均，得到空气比释动能的校正因子。

(2)基于断层融合首张定位片的剂量面积乘积计算

对于GE公司DR(XR656,GE Healthcare,UK)的VolumeRAD系统来说，断层融合的曝光参数可由首张定位片的参数所决定。在自动曝光模式(Automatic exposure control,AEC)下，断层融合的球管负载(mAs)默认为定位片的10倍，然后平均分配到所有断层图像中。根据Renard序列的四舍五入原则，每张图像的球管负载限制为最小的0.25mAs。每张图像的最小球管负载乘以断层图像总数后，得到断层融合的总负载。将总负载除以定位片的球管负载，得到的比率再乘以定位片的剂量面积乘积，则为断层融合的剂量面积乘积。鉴于得到的剂量面积乘积与实际叠加值之间存在差距，需要校正因子对该参数进行调整。校正因子为实际叠加值与预测值的比值，具体计算流程如图2所示。

在胸部断层融合实验过程中，平板探测器保持不动，X线球管在垂直方向上对胸部进行持续扫描，扫描角度为-15°到+15°，共拍摄60张低剂量图像，时间约为10s，患者在这期间需要保持屏气状态。探测器与球管距离(Source image distance,SID)为180cm(如图3所示)，电压设定为120kV，使用自动曝光模式(Automatic exposure control,AEC)。

获取首张定位片的曝光参数，球管负载和剂量面积乘积分别为1.16mAs和0.06dGycm²。定位片的球管负载乘以剂量率(系统默认为10)得到系统总负载11.6mAs。将总负载除以断层图像总数(胸部断层融合的系统默认为60张)，平均分配到每张图像的球管负载0.193mAs。根据Renard序列(0.25,0.32，0.40等)的四舍五入原则，每张图像的球管负载最小限制为0.25mAs，再乘以断层图像总数60，为该断层融合的球管总负载15mAs。将首张定位片的剂量面积乘积乘以球管总负载与定位片球管负载的比率，初步计算得到断层融合的剂量面积乘积。但由于初步计算的剂量面积乘积与实际叠加值之间存在差异，所以需要校正因子0.924对该值进行调整，得到最后胸部断层融合的剂量面积乘积，具体计算流程如图5所示。

上述校正因子为实际叠加值与预测值之间的比值。本发明随机挑选30名参与胸部断层融合的患者，用于计算剂量面积乘积的校正因子。通过如图5的方法，计算每名患者初步计算的剂量面积乘积与实际叠加值的比值(如公式2所示)，然后将30名患者的比值进行平均，得到剂量面积乘积的校正因子。

(3)X线断层融合的有效剂量ED的计算

根据文献报道，空气比释动能(Air kerma)和有效剂量(Effective dose,ED)两个参数常用来评价患者在X线断层融合检查过程中所接受的辐射剂量。有效剂量ED为全身各个器官剂量与其权重因子乘积的总和，这种计算方法虽然准确，但是过程繁杂，而且需要对不同个体的各个器官进行仿真模拟。

本发明对于X线断层融合有效剂量ED的计算直接引用文献广泛使用的有效剂量转换因子0.26mSv·Gy^-1cm^-2。因此，X线断层融合的有效剂量ED可通过剂量面积乘积乘以转换因子后得到，而剂量面积乘积则由第一张定位片和最后预测断层融合的剂量面积乘积叠加后得到。