數字化X射線攝影系統質量控制檢測研究*

李 超 梁永剛 付麗媛 陳 堅 劉冰川 陳建新 倪 萍 許尚文 陳自謙*

隨著科學技術的發展，醫學影像技術已經全面數字化，直接數字化X射線攝影系統(digital radiography，DR)作為數字圖像處理技術與傳統的X射線放射技術結合的產物，已經成為臨床診斷中最常用的影像設備之一[1-2]。DR設備技術性能的優劣直接關系到臨床診斷的結果，乃至患者自身的安全，因此，定期對DR進行質量檢測十分必要[3-5]。

就目前國內質量控制標準而言，由于DR較普通X射線機多出了平板探測器和后處理數字化部分，所以影像質量不僅取決于X射線機的性能，也取決于數字化部分性能。依據檢測規程[6-7]DR質量控制性能檢測包括：能量發生裝置(X射線機曝光參數檢測)和影像采集裝置(DR影像性能檢測)兩部分，其曝光參數質量檢測主要檢測DR的管電壓、曝光時間及半價層等參數，而影像質量檢測主要通過DR的成像來檢測空間分辨力、低對比度分辨力和可見灰度級等參數。本研究在分析DR質量控制檢測方法的基礎上，通過檢測設備的運行狀態，提出質量控制流程，保證設備處于良好的運行狀態及優質的圖像質量。

1 材料與方法

1.1 檢測環境條件

攝影室溫度為20～22 ℃，相對濕度為45%～60%，電源電壓為(380±10)Vac。

1.2 受檢設備及檢測器材

(1)受檢設備：Polycon Xplore 900直接數字化X射線攝影系統(北京寶利康醫學工程公司)，探測器為非晶硅數字平板探測器，大小為43 cm×43 cm。

(2)檢測器材：Piranha型X射線機多功能質量檢測儀(瑞典奧利科)，主要由主機和平板電腦組成，其內裝Ocean 2014 Connect質量控制軟件，具備藍牙無線遙測功能，可進行千伏、曝光時間和半價層等參數的自動評估(如圖1所示)。

圖1 Piranha型X射線機多功能質量檢測儀示圖

采用瑞典PTW NORMI 13型性能體模對DR受檢設備進行空間分辨力、密度分辨力和可見灰度級的檢測(如圖2所示)。

圖2 PTW NORMI 13型性能體模示圖

1.3 X射線機曝光參數檢測

1.3.1 X射線管電壓的準確性和重復性檢測

創建一個新的患者檢查記錄，將Piranha型X射線機多功能質量檢測儀主機置于平板探測器上，光野的“+”與Piranha探頭靈敏區指示對準，光野大小無具體要求，一般覆蓋整個探頭即可(如圖3所示)。

圖3 檢測儀主機置于平板探測器示圖

在平板電腦上點擊Ocean 2014 Connect啟動質控軟件，并保證與主機之間的藍牙通訊已連接。開啟自動曝光控制(auto exposure control，AEC)，設置條件為管電流100 mA，曝光時間100 ms，所需檢測的管電壓值分別為60 kV、70 kV和80 kV，進行曝光，通過Piranha型X射線機多功能質量檢測儀顯示實際管電壓測量值，每組重復測量5次，管電壓準確性的計算為公式1：

式中Ev為管電壓測量的相對偏差，%；Vi為管電壓測量的平均值，單位為千伏(kV)；V0為管電壓預設值，單位為千伏(kV)。

依照公式(1)對測量的數據進行計算，選擇絕對值最大者作為此項目的最終結果。

管電壓重復性檢測方法同上，其計算為公式2：

式中CV為變異系數，%；K 為n次輸出管電壓的平均值，單位為千伏(kV)；Ki為每次輸出管電壓的測量值，單位為千伏(kV)；n為測量總次數。

依照公式(2)對測量的數據進行計算，選擇絕對值最大者作為此項目的最終結果。

1.3.2 曝光時間檢測

曝光時間可通過Piranha型X射線機多功能質量檢測儀進行測量，所需檢測的曝光時間分別為50 ms、100 ms和200 ms，進行曝光，通過Piranha型X射線機多功能質量檢測儀測量實際曝光時間，每組重復測量5次，曝光時間準確性的計算為公式3：

式中δt為曝光時間的相對偏差，%；ti為曝光時間測量的平均值，單位為毫秒(ms)；t0為曝光時間的預設值，單位為毫秒(ms)。

依照公式(3)對測量的數據進行計算，選擇絕對值最大者作為此項目的最終結果。1.3.3 輻射輸出的重復性測量

輻射輸出的重復性測量可通過Piranha型X射線機多功能質量檢測儀進行，測試條件為管電壓100 kV，管電流100 mA，曝光時間100 ms，攝影距離100 cm。連續曝光10次，10次曝光要在1 h內完成，輻射輸出的重復性計算為公式4：

式中S為變異系數(%)；X 為n次輻射輸出量的平均值，單位為毫戈瑞(mGy)；Xi為每次輻射輸出量的測量值，單位為毫戈瑞(mGy)；n為測量總次數。

1.3.4 半價層檢測

半價層是指當X射線輻射穿過規定物質時，照射量率減小到無該物質時測量值的一半的規定物質的厚度。設置管電壓分別為70 kV和80 kV，通過Piranha型X射線機多功能質量檢測儀檢測后直接讀取。

1.4 DR影像性能檢測

1.4.1 空間分辨力

空間分辨力、低對比度分辨力和可見灰度級等參數使用瑞典PTW NORMI 13型性能體模進行檢測。檢測時將體模放于探測器屏板上，并且使體模中心對準屏板中心，然后調節光照視野，使其定位線對準體模中心，按常用攝影參數進行曝光，如圖4所示。

圖4 PTW NORMI 13型性能體模擺放示圖

空間分辨力測試模塊由不同線對數構成的線對卡組成，設置管電壓75 kV，管電流4 mAs，進行曝光，將得到的圖像在高分辨率診斷顯示器下調整窗寬窗位和放大倍數，肉眼觀察圖像上線對卡的讀數便可得到空間分辨力，如圖5所示。

圖5 PTW NORMI 13型性能體模圖像

1.4.2 低對比度分辨力

低對比度分辨力測試模塊由6組不同對比度的物質組成，對比度分別為0.8%、1.2%、2.0%、2.8%、4.0%和5.6%。設置管電壓75 kV，管電流4 mAs，進行曝光，將得到的圖像(圖5)在高分辨率診斷顯示器下調整窗寬窗位，觀察圖像并讀數便可得到密度分辨力。

1.4.3 可見灰度級

可見灰度級測試模塊由7個厚度分別為0 mm、0.3 mm、0.65 mm、1.0 mm、1.4 mm、1.85 mm和2.3 mm的銅片組成。設置管電壓75 kV，管電流4 mAs，進行曝光，將得到的圖像(圖5)在高分辨率診斷顯示器下調整窗寬窗位，觀察圖像并讀數可得到可見灰度級。

2 結果

對Polycon Xplore 900直接數字化X射線攝影系統進行檢測驗收，測量結果見表1。

根據國家衛生行業標準WS76-2017“醫用常規X射線診斷設備質量控制檢測規范”[6]和WS521-2017“醫用數字X射線攝影(DR)系統質量控制檢測規范”[7]該DR設備檢測驗收通過。

3 討論

DR是目前影像診斷中廣泛應用的X射線成像設備，其攝影簡便易行，分辨率高，后處理靈活多樣且數字化圖像存儲調閱方便快捷，已逐漸取代了普通X射線機。為了得到優質的影像，不但需要X射線攝影規范的技術操作、標準的影像顯示和患者的最佳配合，還需要嚴格及系統的質量控制，以確保成像系統處于穩定的高質高效的運行狀態[8-12]。根據國家衛生行業標準WS76-2017與WS 521-2017，將DR的質量檢測分為兩部分，即輻射源質量檢測和成像質量檢測，其輻射源質量檢測主要檢測DR的管電壓、管電流、曝光時間、半價層等參數，而成像質量檢測主要通過DR的成像來檢測空間分辨力、低對比度分辨力、可見灰度級等參數[6-7]。

表1 Polycon Xplore 900直接數字化X射線攝影系統驗收檢測結果

目前，DR輻射源質量檢測主要采用瑞典研制的Piranha型X射線機多功能質量檢測儀，其由主機、多功能探頭及平板電腦構成，并配有藍牙遙測組件和專業檢測軟件，可方便進行檢測和數據讀取及分析處理，檢測時一次曝光可以得到多個檢測結果。本研究采用該型檢測儀對管電壓準確性、管電壓重復性、曝光時間準確性、輻射輸出重復性及半價層進行了檢測，檢測結果均符合國家衛生行業標準WS76-2017與WS521-2017要求。

成像質量檢測主要采用瑞典PTW NORMI13型性能體模進行檢測，該體模可以對空間分辨力、低對比度分辨力、可見灰度級等參數進行檢測。檢測時須將體模放于探測器屏板上，并且使體模中心對準屏板中心，定位線對準體模中心，按常用攝影參數進行曝光，曝光完畢通過調節窗寬窗位使圖像細節顯示最清晰，用視覺確定圖像中能分辨清楚的最大線對數、能夠分辨清楚的圓孔及可見的灰度級，從而得到對應的空間分辨力、低對比度分辨力和可見灰度級[5-7]。本研究采用該體模對空間分辨力、低對比度分辨力和可見灰度級進行了檢測，檢測結果均符合國家衛生行業標準WS 76-2017與WS521-2017要求。

在DR實際應用質量檢測過程中應特別注意，在進行測量時，操作中應嚴格按照檢測規范的要求進行，在檢測結束后，應逐步退出軟件系統再關機，否則容易造成死機。如果應用藍牙遙測時，必須保證Piranha型X射線機多功能質量檢測儀及平板電腦有充足的電源供給，否則易發生連接中斷，造成數據丟失，影響工作進度和效率。

DR的質量檢測通常為每年一次，如果設備使用頻率過高，應每半年一次。對于檢測不合格的設備立即停用，并進行檢修，粘貼停用標簽；對于檢測合格的設備，粘貼合格標簽，并標定下次檢測時間。DR質量控制檢測用途不僅僅是做定期檢測，在日常維修中找出故障原因也有非常大的作用，尤其是設備維修后的性能質量控制。通過質量控制保證設備參數在正常范圍之內，避免因維修導致設備性能降低，出現故障。

本研究通過對DR的質量控制檢測，掌握了設備的運行狀態，確保了設備參數合格，保證了設備處于良好的運行狀態，對于提高診療質量和降低設備運行風險具有重要的意義。

[1]中華醫學會影像技術分會，中華醫學會放射學分會.數字X線攝影檢查技術專家共識[J].中華放射學雜志，2016，50(7)：483-494.

[2]馮慶宇.數字化醫療影像質量管理概述(第一講)[J].中國醫療設備，2010，25(7)：157-161.

[3]趙明信，夏慧琳.DR質控檢測儀器及應用實例[J].中國醫療設備，2013，28(5)：54-55.

[4]馮慶宇.數字化X射線攝影成像設備影像質量控制與實施保證(第四講)[J].中國醫療設備，2010，25(10)：144-147，140.

[5]江玉柱，李東，楊博，等.DR的應用質量檢測[J].醫療衛生裝備，2010，31(11)：137-138.

[6]中華人民共和國衛生行業標準WS76-2017.醫用常規X射線診斷設備質量控制檢測規范[S].中華人民共和國國家衛生和計劃生育委員會，2017-04-10.

[7]中華人民共和國衛生行業標準WS521-2017.醫用數字X射線攝影(DR)系統質量控制檢測規范[S].中華人民共和國國家衛生和計劃生育委員會，2017-04-10.

[8]馮慶宇.數字化醫療影像設備質量評價與控制(第三講)[J].中國醫療設備，2010，25(9)153-157.

[9]馮慶宇.數字化醫療影像臨床質量評價(第二講)[J].中國醫療設備，2010，25(8)：148-152.

[10]馮慶宇.數字化醫療影像圖像處理(第七講)[J].中國醫療設備，2011，26(2)：146-151.

[11]趙慶軍.基于平板探測器DR升級方案中量子探測效率檢測的應用[J].中國醫學裝備，2015，12(8)：17-20.

[12]董旭.醫用X射線數字攝影(CR/DR)系統檢測方法的研究和評定[J].中國醫學裝備，2010，7(1)：8-11.