PACS解决X线球管焦点及实验资源探讨

摘要：X线球管焦点相关实验是医学影像技术专业非常重要的实验之一。在很长时间里我校开展此实验是通过DR系统连接的胶片打印机打印出胶片，并通过观片灯对打印的胶片进行观察然后测量并计算X线球管焦点大小和极限分辨力。但是由于近年来招生人数不断增加，导致学校X线检查技术实验室的实验设备配套数量不足，实验时间拖长严重影响教学效果。我们充分利用PACS系统解决了X线球管焦点大小和极限分辨力等实验的开设效率问题，同时加深了同学们对PACS系统的理解。

关键词：PACS；X线球管；焦点分辨力

X线球管焦点特性是X射线成像系统成像质量的关键因素。在医学影像成像原理教学过程中这一部分的实验是教学重点。过去很长的一段时间里，X线球管焦点实验首先是曝光胶片，随后冲洗胶片后，最后利用直尺测量进行计算相关参数。近年来，随着数字X摄影（DR）的普及，可先使用DR进行拍摄，随后用胶片打印机打印图像，最后利用直尺测量并计算相关参数，参见图1。尽管胶片打印机取代了冲洗胶片，提高了实验效率。但是胶片只有一张，无法实现学生同时工作，实验的效率仍然不高。为了进一步提高实验效率，我们利用PACS系统对实验提效。

1X线球管焦点分辨力测量原理

X射线成像系统的成像效果在很大程度上由X射线球管焦点的性能参数来决定,其中焦点的极限分辨力就是主要的性能参数之一。焦点的极限分辨力（R）是指在规定测量条件下不能成像的最大空间频率值，以每毫米中能够分辨出的线对数（LP/mm）来表示。这个数值目前通常应该大于3.5LP/mm。如果使用星形测试卡进行测试时，在星形测试卡图像上出现第一个模糊带所对应的空间频率值为R=12d[1-2]，式中，2d是测得的模糊区的一对楔条对应的弧长。图2显示了星形测试卡的测试原理。图2中l是星形测试卡图像上楔条宽度，d星形测试卡楔条宽度。D是星形测试卡的直径，Dp是星形测试卡图像的直径。设M是星形测试卡影像与星形测试卡本身的放大倍数，M=a+ba；l=Md；Dp=Md。由于X线球管焦点不是点光源，因此照射星形测试卡后产生的图像会产生模糊地带，产生的原因是星形测试卡的楔条与楔条间隙由于球管焦点产生了相互干扰。图3显示了星形测试卡图像模糊地带。DW、DL分别为星形测试卡照片上平行X射线管长轴方向和垂直于X射线管长轴方向上的模糊区直径。用星形测试卡测试时，在星形测试卡的X像面上出现第一个模糊带所对应折算到焦点面上的极限分辨力计算公式为公式（1）中θ是星形测试卡楔条宽度对应的圆心角，RF是星形测试卡像对应到焦点上的极限分辨力，Rp是星形测试卡像第一个模糊带的极限分辨，Dp是星形测试卡图像的直径，如果我们星形测试卡的圆心角是θ=2°=0.0349rad时，那么RF=Rp（M-1）＝28.65M-1Dp。（2）因此对应到X线球管焦点面上长方向和宽方向两个方向上的极限分辨力RFL，RFW分别由下式计算。使用星形测试卡进行测量的特点在于线对数是连续变化的，由于星形测试卡这一特点在有一定放大率的条件下，星形测试卡照片上就会因焦点的大小及线量分布等原因形成明显的伴影从而产生一个或几个模糊带和伪影，如图3。通过测出离圆心最远的模糊带在X线管短轴方向的DW和长轴方向的DL，利用公式（3）、公式（4）即可求出焦点像面上两个方向的极限分辨力RFW，RFL。

2医学图像存储和通信系统（PACS）

PACS（PictureArchiveandCommunicationSystem）的主要功能是进行医学图像存档、检索、传送、显示、处理和拷贝或打印。PACS系统在各大医院中的普及不但保证了医院工作的顺利进行而且对我们的教学也提出了要求。许多学者已经在PACS系统与教学工作相结合方面做了许多研究[3-7]，通过PACS的结构原理的讲解不但提高了学生对PACS系统重要性的理解也同时提高了学生使用PACS的能力，确保人才培养能满足用人单位的要求。为了保证学生更好地掌握医学图像在医院是如何传递和使用的，我校也建成了较为完整的PACS教学系统来帮助学生更好地理解PACS的原理和用途。图4给出了我校PACS教学系统结构拓扑图。在图4中可以看出，我们学校的PACS教学系统拥有48个图像实验工位，同时我校的DR实验室的设备也接入了PACS系统。为了完全模拟PACS系统在医院的布置方式，我们将PACS服务器放置在远端学校中心机房。通过PACS教学系统能够帮助学生们很好地理解PACS的整体架构、运行方式以及医学影像图像处理常用的工作模块，从而帮助学生更好地适应将来的工作。我们同时也意识到，同样是进行长度测量，PACS系统中测量精度要远远好于直尺在X胶片上的测量，因为PACS系统可以对图像进行放大，可以更好地定位需要测量的位置。通过利用PACS系统中ROI分析工具中的测量功能进行图像中物体尺寸的测量，不但可以得到准确的测量数据，还能够实现多名同学同时进行测量以提高实验效率。

3利用DR和PACS系统进行焦点分辨力检测实验的过程

在采用传统的方法进行焦点分辨力实验过程中，学生们需要等待胶片打印机打印出拍摄的星形测试卡胶片。随后轮流使用星形测试卡胶片用观片灯来进行观察，并在星形测试卡上面测量离圆心最远的模糊带在X线管长轴方向的DL和短轴方向的DW并进行计算。这样不但需要打印多张星形测试卡胶片，而且还需要轮流使用有限的观片灯，实验效率大大地被降低而且实验的成本也提高了。目前我们充分利用PACS系统的48个工位，48名同学可以同时调取星形测试卡的PACS影像，并利用PACS系统中ROI分析工具的测量功能对模糊带进行准确测量并进行计算，实验效率得到了提高。为了保证教学工作的顺利开展，我们还对《医学影像成像原理》教学内容的授课顺序进行了调整，将PACS系统教学内容由学期末提前到学期初进行讲授，这样不但能够提高X线球管焦点相关实验的效率同时还能加深学生对PACS的理解，一举两得。利用DR和PACS进行X线球管焦点分辨力检测的实验步骤：（1）调整X线球管，安置星形测试卡，使X线球管窗口中心与星形测试卡中心一致，并使星形测试卡到球管窗口距离大于25cm。（2）调整焦点到DR平板探测器距离，使得星形测试卡影像的两个方向上的最外层模糊区尺寸DW和DL大于并接近整个星形测试卡影像直径的三分之一，见图5。（3）用DR进行拍摄，并将星形测试卡影像通过校园网络传递到PACS服务器。（4）学生在PACS机房的终端计算机上利用PACS系统获取星形测试卡影像，利用PACS系统的测量功能测量星形测试卡影像上的DW和DL，见图6。（5）根据公式（3）、公式（4）计算出X线球管长焦点面长方向和宽方向的极限分辨力。

4结束语

在医学影像相关专业中医学影像成像原理是一门重要的专业基础课程，在该门课程授课过程中由于实验设备数量的限制，影响了实验的进度。我们通过PACS系统来辅助进行有关X线球管焦点的相关实验，实现了实验效率的大幅提高，同时通过对授课内容的调整还加深了学生对PACS系统的理解，并且通过提前利用PACS系统进行实验，提高了学生对PACS系统的操作能力，从而提高了教学效率和教学质量。

作者：孔宇 宋剑 李圣军 单位：山东医学高等专科学校