使用替代光学模型的弹道依赖性在三重-双重符合率（TDCR）方法中的描述

《Applied Surface Science Advances》：Description of the Ballistic Dependance in Triple-to-Double Coincidence Ratio (TDCR) Method Using a Surrogate Optical Model

本研究通过对比标准人体 phantom 与不同 BMI 患者的胸部和腹部 X 射线摄影的剂量（ESAK）与局部对比度值，发现腹部相关系数更强（0.71-0.904），证实 phantom 数据结合相似曝光参数可为患者结果评估提供参考。

　　

作者：Do?an Bor、Betul Yaman、?zlem Birgul、Yusuf Serdar Akyar、Turan Olgar

土耳其安卡拉大学工程学院物理工程系

摘要

本研究旨在探讨标准人体模型与不同体重指数（BMI）患者在胸部和腹部X光检查中剂量与局部对比度值之间的关系。将患者分为三个BMI组，并使用三种数字X光系统测量了他们的胸部和腹部检查的入射表面空气 Kerma（ESAK）值，同时也测量了人体模型的相应值。从不同解剖结构中选取组织区域，以评估患者和模型图像的对比度。由于所使用的人体模型是按照标准体型制作的，在某些检查和系统中，这些模型的ESAK值与不同BMI患者的结果之间的相关性不佳。胸部和腹部检查的平均ESAK值分别为0.16 mGy和1.46 mGy。计算出的平均有效剂量分别为胸部0.03 mSv和腹部0.20 mSv。对于三种数字X光系统，胸部检查的ESAK与BMI之间存在中等或强相关性（r_s = 0.601–0.794），而腹部检查的相关性则非常强（r_s = 0.710–0.904）。从模型测得的不同组织区域的对比度与患者结果基本一致。这表明，使用与患者检查相同的曝光和处理参数记录的模型数据，可以为更好地评估患者结果提供有用信息。

引言

人体模型用于模拟人体解剖结构，以便进行放射成像的剂量测量和图像质量研究。这些模型的组成、尺寸和结构都尽可能地模拟了人体解剖结构的X射线衰减特性。

虽然也使用了物理模型（由不同厚度的PMMA和铝板组成），但人体模型不仅能更清楚地反映后处理软件工具和滤镜对数字图像的影响，还能更好地表示患者的辐射剂量（Bor等人，2015年）。大多数使用这些模型测试放射图像质量的研究仅关注特定解剖区域，例如胸部成像中的实质组织和纵隔区域。然而，人体不同部位的X射线衰减差异较大，导致噪声和散射辐射水平也不同。事实上，一些研究显示单个器官的图像对比度范围很广（H?kansson等人，2005年；Ullman等人，2004年；Ullman等人，2005年；Huda W和Abrahams R.B.，2015年；Lawson等人，2022年；Sayed等人，2023年）。

本研究的目标是同时使用人体模型和不同BMI范围的患者进行剂量测量和图像质量评估，并探讨胸部和腹部X光检查中的剂量-局部相对对比度关系。

材料与方法

患者数据来自大学和公立医院的三个不同放射科。研究前已获得当地医学伦理委员会的批准和患者的知情同意。患者研究使用了两台配备Trixell Pixium 4600平板探测器的Philips Digital Diagnost Optimist 80 X光系统（S1、S2），以及一台配备Toshiba FDX4343R平板探测器的Sedecal SH 80 X光系统（S3）。对这些系统进行了质量控制（QC）测试。

剂量测量结果

本研究中使用的所有X光系统均符合欧洲委员会和IPEM制定的QC测试标准（IPEM，2005年；欧洲委员会，2012年）。计算出的X射线管输出线性和重复性（kV_p）以及曝光时间准确性均低于±3%。

本研究中胸部和腹部X光检查的平均ESAK值低于欧洲委员会推荐的参考值：胸部前后位（PA）为0.3 mGy，腹部前后位（AP）为10 mGy。

ESAK与有效剂量

数字X光系统的一个问题是，由于探测器的线性响应，用户可能忽视了患者特定mAs和kV_p的适当选择（Seibert，2009年；AAPM，2009年）。S3系统就是这种情况，所有腹部患者的曝光剂量均为恒定的25.6 mAs，因为忽略了自动曝光控制（AEC）的使用。我们特别包含了该系统的结果，以说明这种应用的影响。

结论

三种数字X光系统中胸部检查的平均ESAK值分别为0.16 mGy，两种数字X光系统中腹部检查的平均ESAK值分别为1.45 mGy。胸部检查的ESAK与BMI之间存在中等或强相关性（r_s = 0.601–0.794），而腹部检查的相关性非常强（r_s = 0.710–0.904）。放射检查的优化研究需要对此进行进一步调查。

CRediT作者贡献声明

Do?an Bor：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、监督、软件使用、资源管理、项目协调、方法论设计、研究实施、资金申请、数据分析、概念构建。

Betul Yaman：数据可视化、验证、软件使用、资源管理、方法论设计、研究实施、数据分析、概念构建。

?zlem Birgul：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、监督。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究结果的财务利益或个人关系。

致谢

本研究部分得到了土耳其科学技术研究委员会（TUB?TAK）的资助（项目编号：112T965）。