數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)質(zhì)量控制檢測研究*

李 超 梁永剛 付麗媛 陳 堅(jiān) 劉冰川 陳建新 倪 萍 許尚文 陳自謙*

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)已經(jīng)全面數(shù)字化，直接數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)(digital radiography，DR)作為數(shù)字圖像處理技術(shù)與傳統(tǒng)的X射線放射技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，已經(jīng)成為臨床診斷中最常用的影像設(shè)備之一[1-2]。DR設(shè)備技術(shù)性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到臨床診斷的結(jié)果，乃至患者自身的安全，因此，定期對DR進(jìn)行質(zhì)量檢測十分必要[3-5]。

就目前國內(nèi)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)而言，由于DR較普通X射線機(jī)多出了平板探測器和后處理數(shù)字化部分，所以影像質(zhì)量不僅取決于X射線機(jī)的性能，也取決于數(shù)字化部分性能。依據(jù)檢測規(guī)程[6-7]DR質(zhì)量控制性能檢測包括：能量發(fā)生裝置(X射線機(jī)曝光參數(shù)檢測)和影像采集裝置(DR影像性能檢測)兩部分，其曝光參數(shù)質(zhì)量檢測主要檢測DR的管電壓、曝光時(shí)間及半價(jià)層等參數(shù)，而影像質(zhì)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(shù)。本研究在分析DR質(zhì)量控制檢測方法的基礎(chǔ)上，通過檢測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提出質(zhì)量控制流程，保證設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)及優(yōu)質(zhì)的圖像質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 檢測環(huán)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(shè)備及檢測器材

(1)受檢設(shè)備：Polycon Xplore 900直接數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)(北京寶利康醫(yī)學(xué)工程公司)，探測器為非晶硅數(shù)字平板探測器，大小為43 cm×43 cm。

(2)檢測器材：Piranha型X射線機(jī)多功能質(zhì)量檢測儀(瑞典奧利科)，主要由主機(jī)和平板電腦組成，其內(nèi)裝Ocean 2014 Connect質(zhì)量控制軟件，具備藍(lán)牙無線遙測功能，可進(jìn)行千伏、曝光時(shí)間和半價(jià)層等參數(shù)的自動評估(如圖1所示)。

圖1 Piranha型X射線機(jī)多功能質(zhì)量檢測儀示圖

采用瑞典PTW NORMI 13型性能體模對DR受檢設(shè)備進(jìn)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(jī)曝光參數(shù)檢測

1.3.1 X射線管電壓的準(zhǔn)確性和重復(fù)性檢測

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

圖3 檢測儀主機(jī)置于平板探測器示圖

在平板電腦上點(diǎn)擊Ocean 2014 Connect啟動質(zhì)控軟件，并保證與主機(jī)之間的藍(lán)牙通訊已連接。開啟自動曝光控制(auto exposure control，AEC)，設(shè)置條件為管電流100 mA，曝光時(shí)間100 ms，所需檢測的管電壓值分別為60 kV、70 kV和80 kV，進(jìn)行曝光，通過Piranha型X射線機(jī)多功能質(zhì)量檢測儀顯示實(shí)際管電壓測量值，每組重復(fù)測量5次，管電壓準(zhǔn)確性的計(jì)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(yù)設(shè)值，單位為千伏(kV)。

依照公式(1)對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，選擇絕對值最大者作為此項(xiàng)目的最終結(jié)果。

管電壓重復(fù)性檢測方法同上，其計(jì)算為公式2：

式中CV為變異系數(shù)，%；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(shù)。

依照公式(2)對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，選擇絕對值最大者作為此項(xiàng)目的最終結(jié)果。

1.3.2 曝光時(shí)間檢測

曝光時(shí)間可通過Piranha型X射線機(jī)多功能質(zhì)量檢測儀進(jìn)行測量，所需檢測的曝光時(shí)間分別為50 ms、100 ms和200 ms，進(jìn)行曝光，通過Piranha型X射線機(jī)多功能質(zhì)量檢測儀測量實(shí)際曝光時(shí)間，每組重復(fù)測量5次，曝光時(shí)間準(zhǔn)確性的計(jì)算為公式3：

式中δt為曝光時(shí)間的相對偏差，%；ti為曝光時(shí)間測量的平均值，單位為毫秒(ms)；t0為曝光時(shí)間的預(yù)設(shè)值，單位為毫秒(ms)。

依照公式(3)對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，選擇絕對值最大者作為此項(xiàng)目的最終結(jié)果。1.3.3 輻射輸出的重復(fù)性測量

輻射輸出的重復(fù)性測量可通過Piranha型X射線機(jī)多功能質(zhì)量檢測儀進(jìn)行，測試條件為管電壓100 kV，管電流100 mA，曝光時(shí)間100 ms，攝影距離100 cm。連續(xù)曝光10次，10次曝光要在1 h內(nèi)完成，輻射輸出的重復(fù)性計(jì)算為公式4：

式中S為變異系數(shù)(%)；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(shù)。

1.3.4 半價(jià)層檢測

半價(jià)層是指當(dāng)X射線輻射穿過規(guī)定物質(zhì)時(shí)，照射量率減小到無該物質(zhì)時(shí)測量值的一半的規(guī)定物質(zhì)的厚度。設(shè)置管電壓分別為70 kV和80 kV，通過Piranha型X射線機(jī)多功能質(zhì)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(shù)使用瑞典PTW NORMI 13型性能體模進(jìn)行檢測。檢測時(shí)將體模放于探測器屏板上，并且使體模中心對準(zhǔn)屏板中心，然后調(diào)節(jié)光照視野，使其定位線對準(zhǔn)體模中心，按常用攝影參數(shù)進(jìn)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(shù)構(gòu)成的線對卡組成，設(shè)置管電壓75 kV，管電流4 mAs，進(jìn)行曝光，將得到的圖像在高分辨率診斷顯示器下調(diào)整窗寬窗位和放大倍數(shù)，肉眼觀察圖像上線對卡的讀數(shù)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(zhì)組成，對比度分別為0.8%、1.2%、2.0%、2.8%、4.0%和5.6%。設(shè)置管電壓75 kV，管電流4 mAs，進(jìn)行曝光，將得到的圖像(圖5)在高分辨率診斷顯示器下調(diào)整窗寬窗位，觀察圖像并讀數(shù)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(gè)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(shè)置管電壓75 kV，管電流4 mAs，進(jìn)行曝光，將得到的圖像(圖5)在高分辨率診斷顯示器下調(diào)整窗寬窗位，觀察圖像并讀數(shù)可得到可見灰度級。

2 結(jié)果

對Polycon Xplore 900直接數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)進(jìn)行檢測驗(yàn)收，測量結(jié)果見表1。

根據(jù)國家衛(wèi)生行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WS76-2017“醫(yī)用常規(guī)X射線診斷設(shè)備質(zhì)量控制檢測規(guī)范”[6]和WS521-2017“醫(yī)用數(shù)字X射線攝影(DR)系統(tǒng)質(zhì)量控制檢測規(guī)范”[7]該DR設(shè)備檢測驗(yàn)收通過。

3 討論

DR是目前影像診斷中廣泛應(yīng)用的X射線成像設(shè)備，其攝影簡便易行，分辨率高，后處理靈活多樣且數(shù)字化圖像存儲調(diào)閱方便快捷，已逐漸取代了普通X射線機(jī)。為了得到優(yōu)質(zhì)的影像，不但需要X射線攝影規(guī)范的技術(shù)操作、標(biāo)準(zhǔn)的影像顯示和患者的最佳配合，還需要嚴(yán)格及系統(tǒng)的質(zhì)量控制，以確保成像系統(tǒng)處于穩(wěn)定的高質(zhì)高效的運(yùn)行狀態(tài)[8-12]。根據(jù)國家衛(wèi)生行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WS76-2017與WS 521-2017，將DR的質(zhì)量檢測分為兩部分，即輻射源質(zhì)量檢測和成像質(zhì)量檢測，其輻射源質(zhì)量檢測主要檢測DR的管電壓、管電流、曝光時(shí)間、半價(jià)層等參數(shù)，而成像質(zhì)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(shù)[6-7]。

表1 Polycon Xplore 900直接數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)驗(yàn)收檢測結(jié)果

目前，DR輻射源質(zhì)量檢測主要采用瑞典研制的Piranha型X射線機(jī)多功能質(zhì)量檢測儀，其由主機(jī)、多功能探頭及平板電腦構(gòu)成，并配有藍(lán)牙遙測組件和專業(yè)檢測軟件，可方便進(jìn)行檢測和數(shù)據(jù)讀取及分析處理，檢測時(shí)一次曝光可以得到多個(gè)檢測結(jié)果。本研究采用該型檢測儀對管電壓準(zhǔn)確性、管電壓重復(fù)性、曝光時(shí)間準(zhǔn)確性、輻射輸出重復(fù)性及半價(jià)層進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果均符合國家衛(wèi)生行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WS76-2017與WS521-2017要求。

成像質(zhì)量檢測主要采用瑞典PTW NORMI13型性能體模進(jìn)行檢測，該體?？梢詫臻g分辨力、低對比度分辨力、可見灰度級等參數(shù)進(jìn)行檢測。檢測時(shí)須將體模放于探測器屏板上，并且使體模中心對準(zhǔn)屏板中心，定位線對準(zhǔn)體模中心，按常用攝影參數(shù)進(jìn)行曝光，曝光完畢通過調(diào)節(jié)窗寬窗位使圖像細(xì)節(jié)顯示最清晰，用視覺確定圖像中能分辨清楚的最大線對數(shù)、能夠分辨清楚的圓孔及可見的灰度級，從而得到對應(yīng)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(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果均符合國家衛(wèi)生行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WS 76-2017與WS521-2017要求。

在DR實(shí)際應(yīng)用質(zhì)量檢測過程中應(yīng)特別注意，在進(jìn)行測量時(shí)，操作中應(yīng)嚴(yán)格按照檢測規(guī)范的要求進(jìn)行，在檢測結(jié)束后，應(yīng)逐步退出軟件系統(tǒng)再關(guān)機(jī)，否則容易造成死機(jī)。如果應(yīng)用藍(lán)牙遙測時(shí)，必須保證Piranha型X射線機(jī)多功能質(zhì)量檢測儀及平板電腦有充足的電源供給，否則易發(fā)生連接中斷，造成數(shù)據(jù)丟失，影響工作進(jìn)度和效率。

DR的質(zhì)量檢測通常為每年一次，如果設(shè)備使用頻率過高，應(yīng)每半年一次。對于檢測不合格的設(shè)備立即停用，并進(jìn)行檢修，粘貼停用標(biāo)簽；對于檢測合格的設(shè)備，粘貼合格標(biāo)簽，并標(biāo)定下次檢測時(shí)間。DR質(zhì)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(shè)備維修后的性能質(zhì)量控制。通過質(zhì)量控制保證設(shè)備參數(shù)在正常范圍之內(nèi)，避免因維修導(dǎo)致設(shè)備性能降低，出現(xiàn)故障。

本研究通過對DR的質(zhì)量控制檢測，掌握了設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，確保了設(shè)備參數(shù)合格，保證了設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，對于提高診療質(zhì)量和降低設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)具有重要的意義。

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