TWI670048B - Ｘ射線造影之試驗假體 - Google Patents

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Abstract

本發提供一種用於X射線造影之試驗假體，其結構包含一假體鰭片及一邊緣片所組成；其中該假體鰭片上並列複數個直徑的圓槽與複數組寬度的線對；其中該邊緣片接附於該假體鰭片的一側。本發明進一步提供一種用於X射線造影之試驗假體組合及量測參數及焦斑的方法。

Description

X射線造影之試驗假體
本發明之技術主要係關於一X射線造影之試驗假體，用於檢測X光系統品質參數，其特徵由一假體鰭片與一邊緣片所組成之群組，其中，該假體鰭片上並列複數個直徑的圓槽與複數組寬度的線對。
以醫學影像診斷及治療的市場而言，X光的相關產業及技術開發佔了相當大的部分，此技術已相當純熟，除了大家所熟知的醫院中使用的X光診斷設備，牙科診所也幾乎都有自己的X光影像診斷設備，移動式X光乳房攝影車也越來越普及。除此之外，現代醫學對於影像的精密度要求也越來越高。據統計，醫學影像儀器的設備市場規模於2013年的已達202億美元，且仍不斷成長中，2017年將已達298億美元，而X光相關產業就佔了40%，相關技術具有經濟價值。
在目前醫學影像儀器的使用上，為了維持影像的精確性與精密度，所有的偵測裝置，包含X光、CT、MRI等醫學影像儀器皆須定期檢測及維護，不同儀器所欲取得之參數也有差異，導致每次校正皆須採用不同假體，係如焦斑值的取得需另外選用星狀假體進行量測，這不僅增加了校正作業時間，不同的假體數值亦難以取得相關性。因此，對於醫學影像儀器的使用者而言，一種試驗假體設計，特別地用於多種標準參數量測，有 其提供之必要性。
有鑑於此，本發明主要提供一種用於X射線造影之試驗假體，其結構包含一假體鰭片以及一邊緣片，係接附於該假體鰭片的一側，其中，該假體鰭片上並列複數個直徑的圓槽與複數組寬度的線對(line pair)。
較佳地，該些圓槽之直徑分別為0.5mm~4mm。在一實施例中，該些圓槽之直徑分別為0.5、1、1.5、2、2.5、3、4mm。
較佳地，該些線對之寬度分別為1lp/mm~10lp/mm。在一實施例中，該些線對之寬度分別為1、2、3、4、5、8、10lp/mm。
另，本發明之試驗假體可以由複數假體鰭片以及一邊緣片所組成，其中，該些假體鰭片具有不同厚度。
較佳地，該些假體鰭片之厚度分別為0.16mm~4.63mm。在一實施例中，該些假體鰭片之厚度分別為0.16、0.44、0.79、1.07、1.42、2.14、3.56、4.63mm。
較佳地，本發明之試驗假體的假體鰭片與邊緣片材料為鎢、鋁或壓克力。
再者，本發明提供一種用於X射線造影之試驗假體組合，其結構包含：複數如前述所敘之試驗假體，其中，該些試驗假體具有複數假體鰭片以及一邊緣片，且該些邊緣片具有可作為方向辨識之形狀。
在一實施例中，本發明之試驗假體組合更包含一槽體以及一放置星狀假體，其中，該槽體具有一圓形中空槽，使該星狀假體放置於該 圓形中空槽中。
較佳地，該圓形中空槽的直徑尺寸為約55mm。
較佳地，本發明之試驗假體組合的槽體材料為鎢、鋁或壓克力。
本發明進一步提供一種用於X射線造影之試驗假體參數的量測方法，其其步驟包含：(a)提供一X射線影像裝置，其包含一X光源與一影像偵檢器；(b)放置一如前述所敘之試驗假體組合貼附於該影像偵檢器前；(c)放出該X光源之射線穿過該試驗假體組合，由該影像偵檢器所接收，紀錄並取得一影像；(d)由該影像中，選擇該試驗假體之一圓槽或一線對的辨識度與對比度為極限者；以及(e)將該圓槽或該線對所對應之數值，作為該X射線影像裝置的一最大解析度。
在前述量測方法中，其步驟進一步包含：(f)由該影像中，選擇該試驗假體組合之一邊緣片，取得一邊緣擴散函數(Edge Spread Function,ESF)；(g)對該邊緣擴散函數(ESF)進行微分，取得一線擴散函數(Line Spread Function,LSF)；(h)將該線擴散函數傅立葉轉換，取得一調變轉換函數；(i)將該形成調變轉換函數依據一標準檢驗規範計算，取得該影像偵檢器之一輸入功率(Win)以及一輸出功率(Wout)；以及 (j)計算該調變轉換函數、該輸出功率與該輸入功率，取得一量子偵測效率(Detective Quantum Efficiency，DQE)。
另，本發明提供一種用於X射線造影之試驗假體焦斑的量測方法，其步驟包含：(a)提供一X射線影像裝置，其包含一X光源與一影像偵檢器；(b)放置一如前述所敘之試驗假體組合，具有一星狀假體，於該光 源與該影像偵檢器之間，其中，該光源與該試驗假體組合、該影像偵檢器有一距離比；(c)放出該X光源之射線穿過該試驗假體組合之一星狀假體，由該影像偵檢器所接收，紀錄並取得一影像；(d)由該影像中，選擇該星狀假體之一區間的辨識度與對比度為極限者；(e)計算該距離比與該區間之直徑值、角度值，取得一焦斑尺寸或一焦斑值。
藉由本發明實施，技術人員不需要重複取用不同假體，便可以簡單完成X射線造影的校正，除了圓槽或線對裝置影像解析度可進行直觀性判斷，再者，可透過不同厚度之假體鰭片的遮蔽性，取得裝置影像對比度，進一步，其數值計算更可提供空間解析度、空間頻率解析度、對比度、調制轉換函數(MTF)、雜訊功率頻譜(NPS)、量子偵測效率(DQE)等分析，或結合星狀假體，取得量測焦斑值的測量。
100‧‧‧試驗假體
101‧‧‧試驗假體組合
00‧‧‧光源發射處
10‧‧‧圓形中空槽
16‧‧‧槽體
11‧‧‧線對
12‧‧‧圓槽
13‧‧‧邊緣片
14‧‧‧假體鰭片
15‧‧‧星狀假體
20‧‧‧影像偵檢器之起始位置
21‧‧‧影像偵檢器所收集到的影像像素值
31‧‧‧光圈
32‧‧‧影像偵測元件
33‧‧‧光源-試驗假體組合距離
34‧‧‧光源-影像偵檢器距離
35‧‧‧過濾器
30‧‧‧焦斑
第1圖為本發明試驗假體之結構圖；第2圖為本發明試驗假體組合之結構圖；第3A圖為本案試驗假體組合實施例之正面立體圖；第3B圖為本發明試驗假體組合實施例之正面圖；第4圖為本發明試驗假體組合實施例之反面立體圖；第5圖係為當本發明假體鰭片所使用為鋁時，進行衰減係數計算之結果；第6圖係為當本發明假體鰭片所使用為鋁時，進行厚度計算之結果；第7圖為本發明參數量測方法之側面剖視圖，其包含試驗假體測量時的放 置位置；第8圖為本發明參數量測方法之試驗假體組合配置示意圖；第9B圖係為本發明線對之空間頻率所對應到對應到相應的調制轉換函數(MTF)之示意圖；第10圖係為本發明假體鰭片進行形成調變轉換函數(MTF)之計算結果圖；第11圖係為本發明假體鰭片進行雜訊功率頻譜(NPS)之計算結果圖；第12圖係為本發明假體鰭片進行量子偵測效率(DQE)之計算結果圖；第13A與13B圖為本發明試驗假體組合與星狀假體接合之示意圖；第14圖為本發明焦斑量測方法之側面剖視圖，其包含試驗假體組合測量時的放置位置；
如前所述，本發明提供一個用於X射線造影之試驗假體，可以用於測量X射線系統品質，可以同時量測空間解析度、形成調變轉換函數(modulation transfer function，MTF)、雜訊功率頻譜(Noise power spectrum，NPS)、量子偵測效率(Detective Quantum Efficiency，DQE)及X-射線系統之動態範圍等功能，並再裝上星狀假體後，可以增加焦斑、極限解析度與散焦值量測的功能。
如第1圖所示，本發明專利為一試驗假體100，包含一假體鰭片14及一邊緣片13，係接附於該假體鰭片的一側，其中，該假體鰭片14上有複數個直徑的圓槽12與複數組寬度的線對(line pair)11，各別線對代表不同空間頻率的對應解析度數值，而各別圓槽也代表不同空間解析度的對應數 值，使該些線對及該些圓槽可作為臨床上肉眼判讀使用。
如第2圖所示，再者，本發明一試驗假體組合101，係由複數個假體鰭片14及一邊緣片13所組成，其中，該複數個假體鰭片14上均有複數個直徑的圓槽12與複數組寬度的線對11，且該複數個假體鰭片14均具不同厚度。
如第3A圖、第3B圖、第4圖所示，在一較佳實施例，本發明專利為一試驗假體組合101，係由八組假體鰭片14、四組邊緣片13、一槽體16及一星狀假體所組成，其中，該八組假體鰭片14上皆有七個直徑的圓槽12與七組寬度的線對11，且該八組假體鰭片14具有不同厚度，除了可以比較相同對比(光強度)下之不同解析度(頻譜)，也可以取得相同解析度(頻率)下之不同對比值(穿透程度)；四個邊緣假體13具有可作為方向辨識之形狀，係如利用面積差異作為該試驗假體組合101的對位角。
實施例1、當假體鰭片所使用為鋁時，進行厚度計算
本發明之試驗假體組合可為鎢、鋁或壓克力所製成，不同材料的選用，該些假體鰭片的厚度也需要不同設計。
請參考第5圖所示，以鋁對70kV(7.00000E-02)的X光能量衰減係數計算假體鰭片厚度(最佳為70kV，實際上可以為40kV-100kV)，其結果如表一及表二所示。
表一、鋁(Aluminum,Al)對入射X光能量的衰減係數(Z=13,Al密度(p)=2.7g/cm3)(μ=線性衰減係數，μ en=能量吸收係數)
利用內插法計算當鋁於入射X光能量70kV(7.00000E-02MeV)時的線性衰減係數(μ)值，如下：
取得X=2.398×10-1，綜上，取得當鋁於入射X光能量70kV下，線性衰減係數μ為6.4746×10-1
計算厚度(x)方法如下：I x=I 0 e -μx
dI x =-μI x dx
請參考第6圖所示，由上述計算可以得到表二，選取0.05、0.25、0.4、0.5、0.6、0.75、0.9的穿透能量/入射能量(Ix/I0)來計算厚度。
實施例2、試驗假體參數的量測
請參考第7圖與第8圖，本發明之試驗假體組合需搭配一套X光影像裝置，其包含一X光源與一組影像偵檢器(即為可量測X光源之儀器)；於參數量測時，放置該試驗假體組合貼附於該影像偵檢器前，放出該X光源之射線穿過該試驗假體組合，由該影像偵檢器所接收，紀錄並取得一影像；由該影像中，選擇該試驗假體之一圓槽或一線對的辨識度與對比度為極限者；將該圓槽或該線對所對應之數值，作為該X射線影像裝置的一最大解析度。
由此，假體鰭片上的線對及圓槽所代表的空間頻率解析度及空間解析度可由人眼判讀。除了前述量測方法之步驟，本發明進一步可由邊緣片取得調制轉換函數(MTF)、雜訊功率頻譜(NPS)以及量子偵測效率(DQE)的量測。
選擇試驗假體組合任一邊緣片，透過影像偵檢器擷取影像後得到邊緣擴散函數ESF(Edge Spread Function)，並經微分後可得到線擴散函數(LSF)，其計算式如下：
請參考第9圖，各個圓槽之空間像素強度分佈可以對應到相應地線擴散函數(LSF)；再者，經傅立葉轉換後即可得到調制轉換函數(MTF)，其計算式如下：MTF(x)=FT{LSF(x)}
請參考第9圖與第10圖，各組線對之空間頻率可對應到相應的調制轉換函數(MTF)。而後，請參考第11圖，可依據國際標準IEC 62220-1-1 另行測量收取資料，取得該影像偵檢器之一輸入功率(Win)以及一輸出功率(Wout)，計算出雜訊功率頻譜(NPS)，其計算式分別為：
請參考第12圖，由以上參數即可算得量子偵測效率(DQE)，其計算式分別為
實施例3、試驗假體焦斑的量測
如第13A圖與第13B圖所示，又該試驗假體組合101中，該槽體16具有一圓形中空槽10，且該些試驗假體100係連接於該槽體16之周邊，其中，星狀假體15放置於該圓形中空槽10中，以增加焦斑、極限解析度與散焦值量測的功能；較佳地，配合星狀假體市售尺寸，圓形中空槽10之直徑尺寸為約55mm。
請參考第14圖，於焦斑30量測時，放置前述具有星狀假體之試驗假體組合於該光源00與該影像偵檢器32之間，較佳地，該光源至該影像偵檢器距離(SID)為該光源至試驗假體組合距離(SOD)的1.3至2倍(M=SID/SOD=1.3~2)，其中，該光源與該試驗假體組合、該影像偵檢器有一距離比，放出該X光源之射線穿過該試驗假體組合，由該影像偵檢器所接收，紀錄並取得一影像；由該影像中，選擇星狀假體之一區間的辨識度與對比度為極限者；計算該距離比與該區間之直徑值，取得一焦斑尺寸或一 焦斑值。
綜上所述，本發明假體系統整合了大部份可經量測或計算得到之X光系統品質參數的功能，可一次性量測多種參數，並解決現有技術中星狀假體只能單獨使用的問題。雖然上文實施方式中揭露了本發明的具體實施例，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不悖離本發明之原理與精神的情形下，當可對其進行各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當以附隨申請專利範圍所界定者為準。

Claims (12)

  1. 一種用於X射線造影之試驗假體組合，其結構包含：一槽體，具有一圓形中空槽，且有複數不同厚度試驗假體係連接於該槽體之周邊，該些試驗假體分別包含：一假體鰭片，其中，該假體鰭片上並列複數個不同直徑的圓槽與複數組不同寬度的線對；以及一邊緣片，係接附於該假體鰭片的一側，且該些邊緣片具有可作為方向辨識之形狀；以及一星狀假體，放置於該圓形中空槽中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之試驗假體組合，其中，該些圓槽之直徑分別為0.5mm~4mm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之試驗假體組合，其中，該些線對之寬度分別為1lp/mm~10lp/mm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之試驗假體組合，其中，該些試驗假體之厚度分別為0.16mm~4.63mm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之試驗假體組合，其中，該假體鰭片與該邊緣片材料為鎢、鋁或壓克力。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之試驗假體組合，其中，該圓形中空槽之直徑尺寸為50mm至55mm。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之試驗假體組合，其中，該槽體材料為鎢、鋁或壓克力。
  8. 一種用於X射線造影之試驗假體參數的量測方法，其步驟包含：(a)提供一X射線影像裝置，其包含一X光源與一影像偵檢器；(b)放置一專利申請範圍第1項所述之試驗假體組合貼附於該影像偵檢器前；(c)放出該X光源之射線穿過該試驗假體組合，由該影像偵檢器所接收，紀錄並取得一影像；(d)由該影像中，選擇該試驗假體之一圓槽或一線對的辨識度與對比度為極限者；以及(e)將該圓槽或該線對所對應空間頻率之數值，作為該X射線影像裝置的一最大解析度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之量測方法，其步驟更包含：(f)由該影像中，選擇該試驗假體組合之一邊緣片，取得一邊緣擴散函數；以及(g)對該邊緣擴散函數進行微分，取得一線擴散函數。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之量測方法，其步驟更包含：(h)將該線擴散函數傅立葉轉換，取得一調變轉換函數。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之量測方法，其步驟更包含：(i)將該形成調變轉換函數依據一標準檢驗規範計算，取得該影像偵檢器之一輸入功率以及一輸出功率；以及(j)計算該調變轉換函數、該輸出功率與該輸入功率，取得一量子偵測效率。
  12. 一種用於X射線造影之試驗假體焦斑的量測方法，其步驟包含：(a)提供一X射線影像裝置，其包含一X光源與一影像偵檢器；(b)放置一專利申請範圍第
    Figure TWI670048B_C0001
    1項所述之試驗假體組合於該光源與該影像偵檢器之間，其中，該光源與該試驗假體組合、該影像偵檢器有一距離比；(c)放出該X光源之射線穿過該試驗假體組合之一星狀假體，由該影像偵檢器所接收，紀錄並取得一影像；(d)由該影像中，選擇該星狀假體之一區間的辨識度與對比度為極限者；以及(e)計算該距離比與該區間之直徑值、角度值，取得一焦斑尺寸或一焦斑值。
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