J. Anthony Seibert博士，美国加州大学放射医学系。顾健 教授编译顾健先生，北京中医医院核医学科主治医师。
关键词: 乳腺X射线摄影 线性衰减系数 辐射剂量
一 乳腺X射线摄影的发展
乳腺X射线摄影(Mammography)是指生成乳腺X射线影像的乳腺X射线片(Mammogram)的一个过程。
乳腺X射线摄影是一项非常技术性的工作，这是由于需要采用低辐射剂量的X射线产生高对比度、高空间分辨率的乳腺影像，以确保患者根据乳腺筛查计划安全地进行早期乳腺癌检测。最重要的是要优化乳腺X射线摄影设备及注重技术操作的质量。
本讲座将以物理学的观点阐述乳腺X射线摄影的一些技术方面的问题，包括乳腺X射线影像系统，X射线谱的考虑，乳腺挤压，X射线散射的控制，自动曝光控制，屏—片探测器和胶片的处理，影像质量方面的问题(对比度、清晰度、影像噪声)，屏—片乳腺X射线摄影的辐射剂量问题。
过去的30年里在X射线的发生、接收及胶片处理方面的持续改进，以及最近出现的数字乳腺X射线摄影探测器，都使乳腺X射线摄影的质量有了显著的提高，同时患者接受的辐射剂量明显减少。这些进步都是通过仔细地分析摄影过程的物理学，并对各个环节加以改进而取得的。总的来说，数字乳腺X射线摄影和影像的后处理技术使发现早期乳腺癌的灵敏度有了很大的提高。目前存在的最大的单一限制因素是结构噪声，即乳腺正常的组织对病变组织的遮盖或重叠使病变组织漏诊。数字层析 X 射线照相组合和乳腺专用CT这些新技术通过减少和消除这些结构噪声可能对早期检测乳腺癌有帮助。另外计算机辅助诊断(Computer Aided Diagnosis，CAD)技术也已经成为放射医师的得力助手。
乳腺X射线摄影的关键要求是能够分辨出乳腺癌和正常组织的微小X射线衰减差异以及检测出伴随肿瘤组织的微小钙化。为了达到上述要求，为乳腺X射线摄影所设计的专用设备在采用尽可能低的辐射剂量基础上，不仅要获得高质量的影像，而且要具备高灵敏性和特异性。由图1可见，这需要采用低能量的X射线来区分正常乳腺腺体和乳腺癌。
图1的左侧分别是脂肪、乳腺、浸润性乳腺癌的线性衰减系数(Linear Attenuation Coefficient，单位为cm-1)与能量的关系。结果提供了乳腺癌与正常乳腺的对比(假设无散射退化)，说明需要采用低能的、单能X射线来获得合适的对比度，23~17 keV能量范围可获得4 %~9 %对比度。
为了高分辨率地发现乳腺的微钙化，要求X射线管焦点很小(0.3 mm和0.1 mm，后者用于放大)，同时要求X射线探测器也具有很高的空间分辨率。
X射线管的负荷、曝光时间和辐射剂量都要调得尽可能低，量子噪声和杂散辐射都要尽量减少。
紧密乳腺组织中的结构重叠很容易挡住肿瘤组织，或使正常组织产生酷似肿瘤的出现。虽然乳腺挤压可以使乳腺大部分区域扩展以减少重叠，但组织重叠仍是乳腺X射线摄影的一大限制因素。
二 专用乳腺X射线摄影系统
近30年来的乳腺X射线摄影方面的技术更新与改进已经使影像质量得到惊人的提高，同时患者所接受的辐射剂量明显减少。
图2反映大约在十年时间内 (1985~1995年)所获得的在乳腺筛查中影像质量和定位技术的改进。
如图3所示，专用乳腺X射线摄影系统由下列部件组成：X射线管、管窗、可附加的过滤器、挤压板、布凯(Bucky)活动滤线栅、屏—片暗盒、自动曝光控制(Automatic Exposure Control，AEC)系统中曝光表的探测器。
同样具有重要作用的是用来在被曝光胶片上生成具有光学密度模式的化学洗片处理设备以及阅片器。
X射线管及X射线探测器被安置在一个机动平衡的支架上，以便根据病人的位置旋转和调整高度以完成透视或乳腺X射线摄影的过程。为了放大研究，一个1.5~1.8放大倍数的托盘附件可供选择，为乳腺定位提供支持，并用于同时自动选择较小的焦点。脚踏开关可用来操控挤压板的挤压和释放过程。
三 乳腺X射线摄影的辐射剂量
影响乳腺X射线摄影辐射剂量的因素包括：(1)乳腺组织的结构和厚度；(2)X射线管靶、过滤器和kVp的设置；(3)放大的倍数；(4)滤线栅的效率；(5)增感屏的量子效率；(6)磷光体的转换效率；(7)胶片的速度和灵敏度；(8)胶片处理的时间、温度和活性；(9)所选择的光学密度水平。
对于一个厚4.5 cm乳腺的屏—片乳腺X射线摄影，乳腺平均剂量必须小于3 mGy。这对于经过校正的正常运行的机器是很容易达到的。较高的乳腺辐射剂量往往是由于放射医师希望更高的光学密度的结果，所以应该采用较明亮的乳腺摄影阅片器。
尽管胶片制造商推荐采用较高的kVp和采用较新的屏—片探测器，但人们常常按普通常识采用最低的kVp，而采用较低的kVp往往是导致较高辐射剂量的最重要因素。
对于高对比度的胶片，较高的kVp可以增加射线在乳腺中的传输，因而降低mAs和总的乳腺剂量而不会造成放射影像对比度的损失。
为调整目的而进行的乳腺X射线摄影辐射剂量的测量用鉴定体模来进行，体模成分包括丙烯酸和少量石蜡和内部填充物，等效于50%的腺体+50%的脂肪组织。对体模的入射辐射剂量的测量是由放置在体模和胸壁间的经校正的辐射剂量仪或电离室所测定的。
入射皮肤剂量(Xese)由标准接收协议确定。此外，在体模测量中所采用的kVp的半值层HVL(以mm Al为单位 )的测量应使挤压板在位时进行。
平均乳腺剂量Dg由剂量转换因子Dgn计算，Dgn由X射线管所用靶和过滤器、kVp和用于50 %腺体+50 %脂肪乳腺组织HVL参数按计算机产生的转化因子表决定，如下式：
Dg=Dgn×Xese
这个计算剂量结果用于在各个系统间、不同医院进行比较，并用于美国乳腺X射线摄影质量标准规程(Mammo -graphy Quality Standards Act Regulations，MQSA)的审查，但是不能用于对特定乳腺表达剂量。在临床实践中，计算每次对乳腺的曝光剂量时，乳腺的挤压厚度、组织成分、kVp和相应的HVL是必须考虑的因素。
图4是对于一个常规的钼靶加上0.03 mm过滤器，对于对100 %脂肪、50 %腺体+50 %脂肪、100 %腺体，平均乳腺剂量与组织厚度的关系，组织厚度在2~8 cm之间 。
kVp按表1设置，曝光时间在0.5~ 2.5 s 范围内，本底光学密度维持在1.8 范围。
8 cm厚度、50 %腺体+50 %脂肪的平均乳腺剂量(5.2 mGy，32 kVp ) 是2 cm厚度、50 %腺体(+50 %脂肪的平均乳腺剂量 (0.65 mGy，24 kVp ) 的8倍。
表1 是由计算机模拟计算及临床测量所确定的推荐 kVp 值与乳腺成分及厚度的关系。结果适用于钼靶，厚0.03 mm 过滤器，曝光时间 0.5~2.0 s。
四 小结
乳腺X射线摄影物理学的基本理解对判断影像的质量，对建立合适的测试技术，对设定适当的系统功能，对尽快的解决操作中所遇到的困难等方面都具有关键性作用。
乳腺X射线摄影技术的目标就是用尽可能低的辐射剂量获取最多的影像信息。
影响影像质量以及影响乳腺在屏—片乳腺X射线摄影中所接受的剂量的因素是很多的。
要在综合考虑众多因素后采取一个优化这些因素的方案，这些因素包括X射线谱的质量、用挤压和滤线栅对散射的控制、屏－片接收器的特性、胶片处理、显示和阅片条件、辐射剂量。在仔细分析和考虑这些物理原则后，就可以在一个合理的低剂量基础上，获得高质量的乳腺X射线影像。
然而，试图采用最低辐射剂量摄影并不是全部目的，因为采用太低剂量获得的影像会增加降低乳腺X射线摄影对乳腺癌探测和定性能力的危险。
