數(shù)字減影血管造影設(shè)備的校準(zhǔn)及維護(hù)方法

李傳東 孫士龍 王玉麗 賈紹田 劉瑞宏*

數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)技術(shù)是常規(guī)X射線血管造影術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，用于對(duì)患者某一部位的血管進(jìn)行減影消除骨骼和軟組織結(jié)構(gòu)，以達(dá)到血管病變?cè)\斷及介入治療的目的。目前，DSA設(shè)備在各級(jí)醫(yī)院中已非常普及，DSA技術(shù)也呈現(xiàn)出廣泛性和實(shí)用性的特點(diǎn)[1-2]。保障臨床診斷與治療，保證圖像的質(zhì)量最為關(guān)鍵。為此，本研究從設(shè)備結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，通過(guò)DSA設(shè)備的自檢進(jìn)行維護(hù)和校準(zhǔn)，從而保證設(shè)備的最佳運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，使DSA圖像質(zhì)量得以控制。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與材料

(1)飛利浦Allura Xper FD20血管造影機(jī)(荷蘭)，非晶硅平板探測(cè)器，30 cm×40 cm，可90o旋轉(zhuǎn)，數(shù)字化輸出圖像矩陣2×2.5，14 bit圖像，影像顯示器矩陣1280×1024，10 bit灰階。

(2)X射線機(jī)多功能質(zhì)量檢測(cè)儀，型號(hào)為UNFORS RAYSAFE XI(瑞典)。

(3)檢測(cè)模體(飛利浦)，經(jīng)美國(guó)聯(lián)邦食品藥品監(jiān)督管理局(food drug administration，F(xiàn)DA)認(rèn)證，用于檢測(cè)系統(tǒng)機(jī)架穩(wěn)定性和中心對(duì)稱性，其型號(hào)為Toolkit-3DRA。

1.2 校準(zhǔn)檢測(cè)步驟

1.2.1 管球校準(zhǔn)

DSA圖像質(zhì)量的優(yōu)劣取決于圖像的原始數(shù)據(jù)，而原始數(shù)據(jù)就與X射線劑量密切相關(guān)，X射線是由管球發(fā)出，故對(duì)管球進(jìn)行校準(zhǔn)非常必要。

(1)自動(dòng)管電壓(kV)、管電流(mA)調(diào)整的校準(zhǔn)。在臨床中DSA設(shè)備管電壓、管電流依賴于設(shè)備的自動(dòng)曝光控制，自動(dòng)曝光控制的準(zhǔn)確性將影響到圖像的質(zhì)量和患者及術(shù)者的受照劑量。自動(dòng)曝光控制的校準(zhǔn)過(guò)程為：將準(zhǔn)直器調(diào)整到垂直方向→使用專用屏蔽板遮蓋平板探測(cè)器，以免造成PDF的損害→進(jìn)入管電壓、管電流調(diào)整校準(zhǔn)界面→按照提示進(jìn)行曝光，系統(tǒng)對(duì)曝光的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)整→曝光時(shí)設(shè)備自動(dòng)測(cè)量管球的動(dòng)態(tài)特性及管電流大小，并將檢測(cè)的數(shù)據(jù)保存在控制管電壓、管電流的存儲(chǔ)器內(nèi)，成為設(shè)備自動(dòng)曝光參數(shù)調(diào)整的依據(jù)，進(jìn)而完成對(duì)自動(dòng)管電壓、管電流的校準(zhǔn)(如圖1、圖2所示)。校準(zhǔn)完成后檢測(cè)程序提示通過(guò)校準(zhǔn)，表示自動(dòng)管電壓、管電流的調(diào)整在正常范圍內(nèi)[3]。

圖1 管電壓管電流自動(dòng)校準(zhǔn)圖

圖2 X射線輸出量校準(zhǔn)圖

(2)管球X射線輸出量的校正。管球的輸出量決定著圖像質(zhì)量，如果管球輸出達(dá)不到預(yù)想值必定降低圖像的質(zhì)量而影響診斷及治療。管球輸出量校準(zhǔn)的過(guò)程為：將準(zhǔn)直器調(diào)整到水平方向，調(diào)整焦點(diǎn)到探測(cè)器的距離為120 cm，將劑量探測(cè)器固定在距離平板20 cm處，進(jìn)入管球輸出量校準(zhǔn)界面(如圖3所示)。

圖3 X射線輸出量校準(zhǔn)圖

對(duì)曝光過(guò)濾時(shí)，分別在Al(1 mm)、Al(1 mm)＋Cu(0.1 mm)、Al(1 mm)＋Cu(0.4 mm)及Al(1 mm)＋Cu(0.9 mm)的4種濾過(guò)條件下進(jìn)行不同管電壓(40～125 kV，10檔次)曝光，將每次曝光后劑量探測(cè)器測(cè)得的劑量值輸入對(duì)應(yīng)空格內(nèi)。在所有曝光結(jié)束后，計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成校正曲線(紅色)與預(yù)先存儲(chǔ)的曲線(黑色)相比較，差距在合理范圍內(nèi)，表示管球的輸出量在正常水平，其原理是通過(guò)QA程序?qū)z測(cè)數(shù)據(jù)與期望值相比較，在設(shè)定的判斷數(shù)據(jù)下對(duì)系統(tǒng)性能做出評(píng)判(如圖4所示)。

圖4 X射線輸出量校正結(jié)果圖

(3)入射劑量率限值的校正。入射劑量率的限值是FDA的硬性規(guī)定，要求最大為87 mGy/min，這對(duì)于保護(hù)患者免受更大的輻射有重要的作用[4]。入射劑量率限值校準(zhǔn)過(guò)程為：①調(diào)整X射線束在垂直方向上；②膠片距為100 cm；③調(diào)整劑量探測(cè)器位置距離平板30 cm處，并在射線束中心。進(jìn)入校準(zhǔn)程序界面，按照提示進(jìn)行曝光，在當(dāng)前入射劑量率因子數(shù)值下有一個(gè)劑量期望值，將透視曝光后實(shí)際測(cè)量值輸入相應(yīng)空格內(nèi)，由設(shè)備進(jìn)行入射劑量率限值的自動(dòng)校正。入射劑量率的校正受到管球數(shù)據(jù)、濾過(guò)數(shù)據(jù)、電流控制曲線、連續(xù)透視以及脈沖透視等多種因素的影響(公式1)。

1.2.2 平板探測(cè)器校準(zhǔn)

平板探測(cè)器分為非晶硒平板探測(cè)器和非晶硅平板探測(cè)器。非晶硒平板探測(cè)器屬于直接型，具有高的空間分辨率；FD20平板探測(cè)器(FPD)由非晶硅構(gòu)成，非晶硅平板探測(cè)器DQE高，其在行和列的方向上都與外電路相接并被編碼，在專門的控制電路作用下按一定規(guī)律將各個(gè)像素的存儲(chǔ)電荷讀出并形成數(shù)字信號(hào)。平板探測(cè)器的校準(zhǔn)主要包括增益校準(zhǔn)和像素校準(zhǔn)[5-6]。其校準(zhǔn)過(guò)程如下。

(1)進(jìn)入增益和像素校準(zhǔn)界面，去掉濾線柵、移除X射線束內(nèi)任何物體(包括床)，移動(dòng)X射線束在垂直方向上。在球管側(cè)加Cu(1.5 mm)濾過(guò)，旋轉(zhuǎn)探測(cè)器在0o位置并膠片源圖像距離(source image distance，SID)最大[7]。探測(cè)器會(huì)自動(dòng)運(yùn)行一個(gè)程序并根據(jù)提示進(jìn)行10次曝光，得到曝光前、后各10幅圖像的數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算將每個(gè)像素的增益系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一，保證其每個(gè)像素點(diǎn)的增益值一致，消除不同像素的增益系數(shù)不同帶來(lái)的影響，反應(yīng)出圖像的真實(shí)對(duì)比度[8-9]。

(2)將劑量探測(cè)器置于平板探測(cè)器中心并緊貼探測(cè)器，按照提示進(jìn)行一系列曝光并將所測(cè)得劑量值填入相應(yīng)空格內(nèi)(應(yīng)與期望劑量值相接近)，曝光結(jié)束后計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算平板探測(cè)器壞點(diǎn)(瑕疵像元)數(shù)量并得出校準(zhǔn)結(jié)果。在校正的過(guò)程中對(duì)可能修復(fù)的瑕疵像元進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)采用鄰域選擇性平均法，即瑕疵像元的校正輸出取其鄰域中正常像元的灰度平均值；除非位于傳感器陣列的邊緣，每個(gè)像元有8個(gè)相鄰像元。如果瑕疵像元的相鄰像元中＞3個(gè)以上為正常，則相鄰正常像元的灰度平均值可作為該瑕疵像元的灰度值；若相鄰像元中正常的像元＜3個(gè)，則該瑕疵像元不能被校正，否則圖像有可能失真[10]。

2 檢測(cè)方法

2.1 機(jī)架穩(wěn)定性檢測(cè)

穩(wěn)定的機(jī)架性能可以保證重建出的造影圖像是該投影面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)真實(shí)的反應(yīng)，并獲得血管真實(shí)的空間三維結(jié)構(gòu)圖像，如果實(shí)際的X射線軌道與理想中的不符，將難以保證血管形態(tài)及位置的準(zhǔn)確性[11-12]。因此對(duì)DSA機(jī)架穩(wěn)定性的檢測(cè)是保證三維成像準(zhǔn)確性的前提，其檢測(cè)方法為：將專用模體(Dodecahedron Phantom)按照要求置于床頭處(如圖5所示)。

圖5 機(jī)架穩(wěn)定性檢測(cè)圖

分別選擇3D-Pro-Calibration和3D-Rol-Calibration并按照提示曝光。曝光結(jié)束后數(shù)據(jù)自動(dòng)傳送到PHILIPS-3DRA三維后處理工作站，計(jì)算機(jī)自動(dòng)運(yùn)行程序自動(dòng)檢測(cè)融合點(diǎn)數(shù)量并得到檢測(cè)結(jié)果。本研究中機(jī)架穩(wěn)定性檢測(cè)到的圖像融合點(diǎn)數(shù)量分別為48個(gè)和348個(gè)，分別高于最少檢測(cè)數(shù)量40和300個(gè)(如圖6所示)[13-14]。

圖6 機(jī)架穩(wěn)定性與焦點(diǎn)對(duì)稱性檢測(cè)結(jié)果圖

2.2 焦點(diǎn)檢測(cè)

X射線由管球發(fā)出到達(dá)探測(cè)器是一個(gè)錐體狀射線束，X射線焦點(diǎn)位置偏移將會(huì)造成圖像的失真和畸變，從而影響醫(yī)生對(duì)于病變形態(tài)的判斷，也可能會(huì)造成曝光劑量的增加[15-16]。焦點(diǎn)的檢測(cè)方法為：將專用模體(Calibration Grid)按照要求置于探測(cè)器處，模體由兩塊插板組成，靠近管球側(cè)插板用來(lái)測(cè)試管球焦點(diǎn)，靠近探測(cè)器處插板用來(lái)測(cè)試到達(dá)探測(cè)器的線束焦點(diǎn)(如圖7所示)。

圖7 焦點(diǎn)對(duì)稱性檢測(cè)圖

選擇3D-Prop-Calibration并按照提示曝光。旋轉(zhuǎn)采集所獲得的影像數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)自動(dòng)傳送到PHILIPS-3DRA三維后處理工作站，計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)檢測(cè)融合點(diǎn)數(shù)量并得到檢測(cè)結(jié)果。本研究中焦點(diǎn)穩(wěn)定性檢測(cè)的圖像融合點(diǎn)數(shù)量為48個(gè)，高于最少檢測(cè)數(shù)量的40個(gè)(如圖7所示)。

3 討論

數(shù)字減影血管造影設(shè)備主要包括X射線管球、平板探測(cè)器、各種機(jī)械和電子設(shè)備，在使用過(guò)程中對(duì)其各方面性能進(jìn)行檢測(cè)、校準(zhǔn)是質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。X射線的量與質(zhì)是形成圖像的關(guān)鍵，其管球的校準(zhǔn)保證了X射線的輸出量，這是獲得高質(zhì)量圖像的前提。平板探測(cè)器作為DSA系統(tǒng)的核心部件之一，其穩(wěn)定性在整個(gè)成像鏈中有著重要的作用。平板探測(cè)器校準(zhǔn)可以提高FPD的量子檢出效率和圖像的空間分辨率，減少各種圖像偽影的發(fā)生，從而保證疾病的診斷。

機(jī)架穩(wěn)定性和焦點(diǎn)的檢測(cè)校準(zhǔn)保證了DSA圖像的幾何特性，減少了圖像的畸變和失真，保證了血管直徑和長(zhǎng)度測(cè)量的準(zhǔn)確性。但在校準(zhǔn)過(guò)程必須嚴(yán)格按照程序設(shè)置順序進(jìn)行，一旦校準(zhǔn)失敗需要重新校準(zhǔn)。在未來(lái)的研究工作中將增加圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)工作，并定期進(jìn)行設(shè)備校準(zhǔn)檢測(cè)，記錄檢測(cè)數(shù)據(jù)并保存。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)血管機(jī)的定期檢測(cè)、校準(zhǔn)有助于評(píng)估設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并有針對(duì)性的處理解決，可以獲得精準(zhǔn)的血管圖像，并且可以有效的降低患者及術(shù)者的輻射劑量乃至延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。同時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的日常維護(hù)，每日觀察設(shè)備的開(kāi)關(guān)機(jī)狀態(tài)及有無(wú)報(bào)錯(cuò)信息，觀察磁盤空間余量，保持醫(yī)療設(shè)備的最佳性能狀態(tài)。

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