重新審視乳腺鎢靶x線攝影

1、中華放射學(xué) 雜志 2 0 1 3 年 8 月第 4 7 卷第 8 期 C h i nJR a d i o l ， A u g u s t2 0 1 3 ， V o 1 ． 4 7 ， N o ． 8重 新 審視 乳 腺鎢 靶 X線 攝 影 悄 乏 彥一、 概 述 乳腺 x線攝 影( M a m m o g r a p h y ， 簡(jiǎn)稱乳腺攝 影)是 乳腺癌 早 期診 斷有 效 可行 的檢查 手 段。 乳腺攝 影 最早 由德 國(guó)醫(yī)師 S

2、 a l o m o n于 1 9 1 3年開(kāi) 始研 究¨ J 。2 0世紀(jì) 6 0 年代之前采用鎢靶 x線攝 影機(jī)， 所獲 圖像對(duì) 比度小， 無(wú)法在膠片上形成乳腺 組織對(duì) 比 良好 的圖像 。法國(guó)醫(yī)師 G r o s 于 1 9 6 7年開(kāi)始使 用具鉬靶 x線管的乳腺攝影機(jī) ， 產(chǎn)生低能射線， 提高 了成像對(duì) 比度 J 。在數(shù)字化乳腺攝 影之前 的屏 片攝影 時(shí)代 ，工程學(xué)及臨床學(xué)經(jīng)驗(yàn)證 實(shí)， 鉬靶應(yīng)用 于攝影 能夠產(chǎn)生對(duì)比

3、度較好的乳腺影像 。而對(duì)于厚度大或其中組織致密的乳腺 ， 鉬靶產(chǎn)生 的 x 線穿透 力 弱， 乳腺 圖像效果不夠理想， 也不適 應(yīng)數(shù) 字平板探測(cè)器具有大動(dòng) 態(tài)感 應(yīng) 范 圍 的現(xiàn) 實(shí)狀 況。 因此 ， 有 必 要 重 新 審 視 x線 管 陽(yáng)極靶 面材 料 。 同時(shí) ， 由于 乳腺 軟 組 織攝 影 所需要 的 x 線能級(jí) 不宜太 高， 需要將 過(guò)高 能級(jí) 的x線濾掉， 故必須有合適 的濾過(guò)材料?；诖?， 筆者 對(duì)數(shù)字化乳腺攝影 陽(yáng)極濾

4、過(guò) 組合 的特 點(diǎn)， 尤其是對(duì) 近年再次應(yīng)用于乳腺攝影的鎢靶及其相適應(yīng)的濾過(guò) 組合特點(diǎn)進(jìn)行綜合回顧及分析。二 、 陽(yáng)極 靶 面進(jìn)展 背 景 1 ．乳腺 x線攝影原理 ： 乳腺攝影與普通 x線攝 影的原理具有共性。x線影像形成的根本原 因是被 投照物體對(duì) x線 的吸收存在差異。x線透 過(guò)物體 后產(chǎn)生射線強(qiáng)度的差異， 從而在信 號(hào)接收端形成 了被投照物體 的醫(yī)學(xué)影像。被 投照物體造成 的 x線強(qiáng)度差異取決于被照物體各種組織的線吸收系數(shù)和被

5、照物體的厚度 。其 中組織的線吸收系數(shù)() 又 取決于被照射物體本身物質(zhì) 的原子序數(shù) ( z ) 、 密度 ( P ) 以及入 射 x 線 的 波長(zhǎng) () 。X 線 的波 長(zhǎng) 主 要 與管電壓( 峰值單位表示為 k V p ) 相關(guān)。除共性外， 乳 腺攝影亦有其特殊性。乳腺攝影是軟組織攝 影， 圖像質(zhì)量要求特別高?？臻g分辨率、 圖像對(duì) 比度 、 圖像清晰度和噪聲決定 圖像 質(zhì)量?？?間分辨率、 圖像 對(duì)射科 D O I ： 1 0 ．

6、3 7 6 0 ／ c ma ． j ． i s s n ． 1 0 0 5 - 1 2 0 1 ． 2 0 1 3 ． 0 8 ． 0 0 1作者單位 ： 2 0 0 0 8 0上 海交通 大 學(xué) 醫(yī)學(xué) 院 附屬第 一人 民醫(yī) 院放 ． 專 家 論 壇 ．比度 與乳腺密度差異有關(guān)， 亦與射線的線束質(zhì)量有 關(guān)， 而線束質(zhì)量又 與管 電壓 、 陽(yáng)極靶面和濾過(guò) 片的材料密切相關(guān)。噪聲大小主要取決于輻射劑量的高低 。2 ．解剖學(xué)特性決定乳腺攝

7、 影特殊性： 乳腺組織為軟組織， x線攝影范圍內(nèi) 包括皮膚 、 腺體 、 纖維、 脂 肪 以及 部 分胸 肌 ， 組 織 間 密度 差 別 小 ， 因而 x 線 吸 收系數(shù)差異小。4 0k V p以下管電壓所產(chǎn)生的 x線，因其能量低 、 穿透 力較 弱， 稱 為 “ 軟 x 線” 。在 軟 x線作用下， 被照射物質(zhì) 的有效原子序數(shù)越 高， 光 電效應(yīng)的幾率越高， 可使原子序數(shù)較低 的組織之 間產(chǎn)生較大對(duì)比度。因此， 低 k e V射線曝

8、光適用于軟組織攝 影 。低 k e V 射 線下 乳 腺 各 組 織 間 的 吸 收 系 數(shù) 差異大 ， 獲得 的圖像信息將更為清晰( 圖 1 )] 。在乳腺攝影 中， 乳腺攝 影機(jī)實(shí) 際產(chǎn)生的 x線屬性 由x線管陽(yáng)極靶面材料及射線濾過(guò)材料所決定。傳統(tǒng)的乳腺攝影機(jī) 陽(yáng)極 靶面濾過(guò)組合為鉬鉬組合 ，所產(chǎn)生射線能量較低， 穿透力弱。乳腺整體壓迫 至1 5m m厚度以下時(shí)選擇鉬鉬組合進(jìn) 行投 照， 能獲得 對(duì)比度較理 想的 圖像。但 隨壓迫后

9、乳腺 厚度 的增加， 鉬鉬投照射線吸收隨之增加 ， 圖像對(duì) 比度下 降，超過(guò) 3 0m m 時(shí)， 圖像 已不理想， 且輻射吸收增高J 。在 實(shí)際臨床應(yīng)用 中， 大部分乳腺壓迫后厚度在 4 5 ～6 5m m， 3 0m m 以下 的乳腺 厚度數(shù)值 較難達(dá) 到。 因此， 尋求其他陽(yáng)極靶面材料及其相應(yīng)濾過(guò)材料， 或者 鉬靶配合其他濾過(guò)材料組合就成為必然。三 、 陽(yáng)極靶 面 的選擇 1 ．陽(yáng)極靶面種 類、 優(yōu)勢(shì)及其不足 ： 陽(yáng)極靶面 目前主要

10、有鉬 、 銠和鎢 3種材料。不 同陽(yáng)極靶面產(chǎn)生的 X線性質(zhì)不 同， 除連續(xù) 的韌致射 線外， 標(biāo) 識(shí)射線隨陽(yáng)極材料 的原子序數(shù)不 同而不同， 是 由其 固有物理屬性決定 的。在元素周期表 中， 鉬的原子序數(shù)為4 2 ， 鎢為 7 4 ， 而銠與鉬相近為 4 5 。 因而鎢與鉬或銠相 比較 ， 所產(chǎn)生的 x線光譜差別很大。鉬靶射線在 1 7 ． 5 、 1 9 ． 6k e V存在兩個(gè)標(biāo)識(shí)射線的特征性峰值， 光子頻數(shù)顯著增加。銠靶 的特

11、征性峰值發(fā) 生能級(jí)點(diǎn)略高于鉬靶 ( 2 0 ． 2 、 2 2 ． 7k e V)。中華放射學(xué) 雜志 2 0 1 3年 8月第 4 7卷第 8期 C h i nJR a d i o l ， A u g u s t2 0 1 3， V o 1 ． 4 7 ，N o ． 82 04 06 08 O1 0 0能 量 ( k e v )o 韶 能’ o 圖 1 不同能量下乳腺組織 x線衰減系數(shù) 的變化 。低能射線下不 同乳腺組織 的 x線衰減

12、系數(shù)差異大 ， 高能射線下差異縮小( 引 自 參 考文獻(xiàn) [ 3 ] )圖 2 平板探測(cè)器和屏片系統(tǒng)膠片的曝光特性 曲線模式圖 。膠片的曝光特性曲線呈 “ s ” 形 ， 屏片系統(tǒng)光譜 能級(jí)響應(yīng)范 圍較窄 ， 曲線 上下兩端均不響應(yīng) ； 數(shù)字化平板的曝光特性 曲線呈直線 ， 動(dòng)態(tài)范圍寬 ， 適應(yīng)不同能級(jí)光譜( 引 自 參考文獻(xiàn) [ 9 ] )圖 3 鎢靶 5 Om厚銠濾過(guò) 的 x線入射前后 的能譜 圖。左 圖示 x線入射 時(shí)韌致射線 曲

13、線平緩 ， 能級(jí)強(qiáng)度均勻升高 ， 2 3k e V后射線被濾過(guò)變低平 ， 低 k e V范 圍內(nèi)無(wú)標(biāo) 識(shí) 射線波峰 。右圖示在 1 5 ～ 2 5k e V間在 1 0c m厚度組織后方 可形成波形似特征 曲線樣 的剩余 x線頻數(shù)強(qiáng)度峰 ( 引 自參考文獻(xiàn)[ 3 ] )r a t i o ， S N R ) 、 品質(zhì) 因素( f i g u r eo fm e r i t ， F O M) 的影響：平均腺體吸收劑量主要依據(jù)乳腺成像 時(shí)的

14、曝光參數(shù) 和線束質(zhì)量計(jì)算得 到。曝光參數(shù)包括 ： 陽(yáng)極濾過(guò)組 合、 管 電壓值 、 壓迫乳腺厚度 、 焦點(diǎn)大小、 焦 點(diǎn)一 成像 平面距 離。線束質(zhì)量則用半價(jià) 層 ( h a l f - v a l u el a y e r ，H V L ) 來(lái)表示。能量越低 ， 平均腺體 吸收劑量越高；乳腺厚度越 大， 平 均腺體 吸收劑量越 多( 圖4 )7 1 。品質(zhì)因素是用來(lái)評(píng)價(jià) 圖像成像質(zhì)量和輻射劑量?jī)?yōu)化 匹配關(guān)系的綜合指標(biāo) ， 等于信噪 比

15、的平 方除以平均腺體 吸 收劑 量 。2× 捌 震 蛙 糖 露 6 0 05 0 04 0 03 0 02 0 0l 0 0o—亍— — —— — 乳腺厚度 ( c m )隨著乳 腺厚 度增加 ， 不 同管電壓下平 均腺體 劑量加 大( 引 自 參考文獻(xiàn) [ 7 ] )圖 4 鉬鉬組 合對(duì) 5 0 ％ 腺體 5 0 ％脂 肪的不 同厚度 乳腺及 不同管電壓下 的平均 腺體劑量 U h l e n b r o c k和

16、 Me r t e l m e i e r l1 5 ] 通 過(guò) 對(duì) 1 6 3 3名 女 性 的4 8 6 7張圖像進(jìn)行研究分析， 鎢銠組合在數(shù)字乳腺攝影中具有絕對(duì)低平均腺體劑量?jī)?yōu)勢(shì)， 尤其 當(dāng)所需拍攝乳腺厚度較大或組織致 密情況下， 這一劑量?jī)?yōu)勢(shì)更為顯著。壓迫后厚度 > 5 0m m 的乳腺組織，由鎢銠 投 照后吸 收劑量 遠(yuǎn) 小于鉬 鉬或 鉬銠 投 照。T h i l a n d e r — K l a n g 等對(duì) 9 6

17、 5例 的觀 察， 發(fā)現(xiàn)鎢銠 組合平均腺體 吸收劑量較鉬鉬 組合低約 5 0 ％。這 一現(xiàn)象的物理學(xué)原理在 于： 數(shù)字平板探測(cè)器對(duì)于射線 的吸收更好， 且動(dòng)態(tài)感應(yīng) 范圍大。在管 電壓值 一定 情況下 ， 鎢銠組合投射射線較鉬鉬或鉬銠組合所投 照射線能量更高。高能射 線投射于平板后 ， 平板獲 得的信號(hào)更強(qiáng)， 由此所得到 的圖像信 噪比更高。因此， 從另一方面來(lái)理解， 當(dāng)獲得 圖像信 噪比相 同時(shí)，鎢銠組合投照射線劑量必定 比鉬靶劑量要小

18、， 同時(shí)腺體吸收減小 ， 平均腺體劑量較低。T o r o i 等的實(shí)驗(yàn) 結(jié)果 與之相符， 應(yīng)用 乳腺模 體對(duì)不同陽(yáng)極濾過(guò)組合 圖像質(zhì)量及劑量進(jìn)行評(píng)估 ，發(fā)現(xiàn)在 圖像信噪比為 5時(shí)， 體模厚度 2 O 一 7 0m m情況下 ， 鎢銠組合相較鉬鉬組合 、 鉬銠組合均獲得最低平均腺體劑量 ， 且鎢銠組合與鉬鉬組合相比， 平均腺 體劑量下 降 1 2 ％ 一 6 3 ％ ， 與鉬銠組合相比， 平均腺 體劑量下降 2 0 ％ ～ 4 7 ％。

19、 白玫等1 4 ] 也得 出類似的結(jié)果 ， 采用 鎢 銠 組合 平均 腺體 劑 量值 最低 ， 對(duì) 于4 0m m 體?？?以比鉬鉬 組合 降低 約 3 0 ％ 的吸收劑量。 當(dāng)體模厚度增加時(shí)， 鎢銠組合平 均腺體劑量值 可以比鉬鉬 組合 降低 約 4 0 ％ ， 比鉬銠組合 降低 約2 6 ％ 。而且隨著體模厚度的增加平均腺體劑量值隨之提高。對(duì)于不同厚度 的乳腺體模， 使用鎢銠組合平均腺體 劑量 比其他 組合 可 以降低 2 5 ％

20、一 4 2 ％。圖像品質(zhì)因數(shù)高于其他組合 5 ％ ～ 3 7 ％。K i m m e — S m i t h等使用常規(guī)屏片系統(tǒng)對(duì)新鮮尸體標(biāo)本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) ， 鎢銠組合及銠銠組合 的平均腺體 劑量明顯低于鉬鉬組合或鎢鉬組合。 同時(shí)， 鎢銠 組合 及銠 銠組 合對(duì) 微 小鈣 化 的 顯 示不 如 鉬 鉬 組合 ， 但 是 ， 顯示乳腺腫塊鎢銠 組合及銠銠 組合顯示更優(yōu)。D a n c e 等1 9 ] 研 究表 明， 使用數(shù)字平板乳腺攝 影情況