医用诊断数字减影血管造影体模研究及遥控装置设计

康晓斌，王坤，鄢清，李明豫

1.青海红十字医院 设备科，青海 西宁 810000；2.宜宾市计量测试研究所，四川 宜宾 644000；3.成都华科测试新技术研究所，四川 成都 610021；4.遵义市产品质量检验检测院，贵州 遵义 563000

医用诊断数字减影血管造影体模研究及遥控装置设计

康晓斌1，王坤2，鄢清3，李明豫4

1.青海红十字医院 设备科，青海 西宁 810000；2.宜宾市计量测试研究所，四川 宜宾 644000；3.成都华科测试新技术研究所，四川 成都 610021；4.遵义市产品质量检验检测院，贵州 遵义 563000

为了解决医用诊断数字减影血管造影（Digital Subtraction Angiography，DSA）系统性能检测及检测人员操作时不受X射线的辐照，研制了一套改进的DSA计量性能体模装置。体模的设计采用有机玻璃材料进行加工；模块的移动采用无线电信号遥控的方法；体模的性能试验在正常状态的DSA系统上进行。研究设计了有机玻璃动脉模拟模块插件、骨骼模块插件、对比度线性模块插件和低对比度分辨力模块插件；模块的移动利用遥控驱动装置。试验结果表明，在不加载骨骼模块时，能看到直径为2 mm的动脉模拟血管，同时能分辨直径2 mm的模拟血管上1/2血管大小的血管瘤或栓塞模拟体；加载骨骼体模块后，可以分辨碘浓度为150 mg/cm3、直径2 mm的模拟动脉；遥控装置遥控距离＞50 m，移动速度28 mm/s。体模装置完全符合国家规程JJG 1067-2011《医用诊断数字减影血管造影（DSA）系统X射线辐射源》要求；应用无线电遥控移动模块，完全避免了操作时受到X射线的照射。

诊断数字减影血管造影系统；性能体模；低对比度分辨力；对比度线性；模拟动脉血管；碘浓度

引言

医用诊断数字减影血管造影（Digital Subtraction Angiography，DSA）系统是X射线照射人体血管里注射一定量造影剂的影像（等同血管内腔的影像），借助电子计算机，通过数字减影技术将骨骼,脂肪及软组织的影像减去，从而得到纯血管内腔影像（一般就说成是血管影像），通过观测影像的几何形状、尺寸和密度的变化，以检查血管病变或其他疾病所致的异常,或用于介入治疗的装置。

为了保证DSA系统的减影能力或减影后显示血管影像的质量，国家及一些地方政府制定了如JJG 1067-2011《医用诊断数字减影血管造影（DSA）系统X射线辐射源》等检定规程[1-5]，规程规定必须对DSA系统性能进行监督检定。规定对DSA系统性能中的低对比度分辨力（Low Contrast Resolution）、对比度线性（Contrast linearity）、模拟血管最小分辨尺寸及减影性能等，需要用符合JJG 1067-2011检定规程附录A即《DSA计量性能体模技术要求》要求的计量性能体模进行检定。

目前，国内多采用进口DSA性能体模，扈尚泽等[6-7]对其应用做了研究，在实际应用中遇到了很多困难，其中最突出的是：在检测中，操作者必须处于X射线照射之下。因此，一些医疗单位或计量检测单位即使购置了进口DSA系统性能体模，也难于开展工作。为了解决这个难题，赵政文等[8]做了努力的工作，研制成了遥控装置，用于推动进口DSA体模。在控制操作人员的辐射防护和DSA系统的质量方面作者裴瑶等[9-13]做了大量工作及介绍，为本研究提供了参考。

首先研制了新的模拟血管模块、低对比度分辨力模块、对比度线性模块和模拟骨骼模块，这些都是必不可少的检测用指标模块。这些模块的特点无论在尺寸还是指标的规定方面都符合我国检定规程。其次利用了研制的无线电遥控驱动装置，使得检测人员在做各种减影性能指标时，可在操作室隔室操作，避免受到X射线的照射，保证了实验人员安全。有了这些重大的改进，使DSA系统的监督检测成为实际可行，国家相关检定规程 才能够得到真正的执行，从而为DSA系统正确有效的运行提供了保证。遥控装置的研制使用也为今后对于DSA系统的剂量优化做进一步的研究工作提供方便。

1 计量性能体模及遥控驱动装置的研制

体模及其与之匹配的所有模块的材料和尺寸都是按照国家规程要求设计，这是有别于进口体模的重要特点。

1.1 100 mm厚的插件插座模块

插件插座模块由有机玻璃制成，是一个在靠上面有一个模块滑动槽的实体（图1），其尺寸为厚100 mm×长200 mm×宽200 mm。100 mm的厚度由一块带滑动槽体的有机玻璃和一块适当厚度的有机玻璃板叠加而成。滑动槽供放置和更换其他指标模块用。采用有机玻璃材料，是因为它对X射线的相互作用与人体软组织较为接近。这样，有利于DSA系统工作参数在正常运行范围内调节。进口的这类体模装置几乎都是采用有机玻璃，但尺寸大，有点笨重。

1.2 模拟动脉血管模块

模拟动脉血管模块，见图2。在一块长310 mm×宽152 mm×厚20 mm的有机玻璃板上制作了直径分别为4、2和1 mm的凹槽，在凹槽里填满了添加有一定浓度的碘物质，以此模拟动脉血管。碘物质模拟造影剂。每根血管具有简明确定的血管畸变，上面制作了相应血管1/4、2/4和3/4直径的突出和凹进，以此模拟血管肿瘤和堵塞（狭窄）。1/4、2/4和3/4直径的凹进模拟血管堵塞了25%、50%和75%的情况。该模块有一半是空白，用于减影试验时做蒙片。

图1 100 mm厚的插件插座模块

图2 模拟动脉血管

这种模拟动脉血管模块上有3组血管，每血管里的碘物质含量不一样，分别是300、150和15 mg/cm3。

1.3 低对比度分辨力模块插件

低对比度模拟血管模块，见图3。由一块长310 mm×宽152 mm×厚20 mm的有机玻璃板制作，在有机玻璃板上制作有3组直线模拟血管，每组有4根，它们的直径分别为4、2、1和0.5 mm。3组血管的碘含量分别为10、5和2.5 mg/cm3。同前，碘物质模拟造影剂。

图3 低对比度模拟血管

1.4 对比度线性模块

对比度线性模块，见图4。由一块长310 mm×宽152 mm×厚20 mm的有机玻璃板制作，在有机玻璃板上有6个衰减圆形。每个衰减圆形都由不同碘当量物质做成，由这些不同厚度的碘物质造成不同的影像对比度。其对比度设计成0.5%、1.0%、2.0%、4.0%、10.0%和20.0%共7个等级。

图4 对比度线性圆

1.5 模拟骨骼模块插件

模拟骨骼模块插件，见图5。设计了3种厚薄不同的仿骨材料，将其嵌在一块长192 mm×宽192 mm×厚20 mm的有机玻璃板上。仿骨材料由含钙物质制成，其最厚的表示骨密度高，中厚的表示骨密度中等，厚度低的为骨密度低，依高中低次第排列。

图5 模拟骨骼模块

1.6 无线电遥控驱动装置

无线电遥控驱动装置包括5个部分（图6）：主传动轴、同步电机、遥控驱动电路、有机玻璃架子和架子挂板。在一侧安装了同步减速电机，带动主转动轴转动，从而靠摩擦力带动压在上面的血管模块作前进后退作直线运动。同步减速电机由可接收无线电信号的驱动电路控制，正反向转动和停止信号由遥控板发射。驱动电路和遥控板之间的收发距离大于50 m，远远大于隔离室到DSA系统X线管的距离。

图6 无线电遥控驱动装置

遥控板（图上为标出）可发射正反向转动和停止复位信号。可以在隔离操作室使用遥控板，隔墙控制血管模块插件的移动，避免了人工操作受到射线的辐照。移动架尺寸长460 mm×宽320 mm×高130 mm。靠架子挂板挂在体模上边。这种采用架子挂板的办法，不但适合按照国家规程JJG 1067-2011要求尺寸设计的所有体模，也适合其他尺寸相当的体模。

2 体模装置试验整体图

将图3模拟骨骼模块插件放置在100 mm厚的插件插座模块上，再将图2模拟血管模块插件插入图1的滑动槽内。这3件组合在一起，就模拟了人体基本的软组织-血管-骨骼组成的情况。最后安装上遥控驱动装置，见图8。模拟血管模块插件在无线电遥控驱动装置的驱动下，按程序以传动速度28 mm/s左右运动，传动速度和移动距离可选。

图8 减影扫描试验图

操作时，有血管的一头先从主传动棍插入，同时操作遥控板传动；先扫描有空白的一头，此头做蒙片，接着做血管造影。

3 试验步骤

将新制作的体模装置放在工作正常的DSA系统的扫描床上（图8），影像探测器表面与体模装置距离30 cm，焦像距（SID）100 cm。试验步骤为：① 对DSA系统参数进行常规设置；② 血管模块运动速度设定为28 mm/s；③ 在DSA系统机房的操作室，用无线遥控器操作血管模块运动进行驱动。

4 试验结果

（1） 减影影像采集。DSA系统采集模拟血管的减影影像，减除了软组织（有机玻璃）和模拟骨骼的影像后，清楚地显示出了模拟动脉血管的影像。

（2）动脉血管尺寸。可以清楚显示出模体中直径为2 mm的动脉模拟血管，同时分辨出直径2 mm的模拟血管上1/2大小的模拟血管凹凸畸变。

（3）低对比度分辨力。能够显出碘浓度为5.0 mg/cm3，直径2.0 mm的模拟血管。

（4）对比度线性。用光密度计检测6个衰减圆片，光密度与设计的对比度的线性度为0.96，好于国家检定规程的要求（要求≥0.9）并能够看到线性对比度为1%的衰减圆的影像。

（5）遥控驱动装置。驱动可靠，操作简易；驱动速度设置合适，能够清楚的显示减影影像，无拖尾现象。

（6）避免X射线。在操作室里，无线遥控信号可以透过防护水泥墙，试验人员不需要在开启X射线机的情况下进机房移动模块。在操作室里，避免因此而带来的附加X射线辐射。

5 讨论

5.1 动脉血管的减影

在试验动脉血管的减影时，要将模拟骨骼模块盖在动脉血管模块上，要求得到的影像只显示动脉血管的影像。减影后的动脉血管影像（截图），见图7。可以清楚的看出，得到的血管减影图像是清晰的，可以看到碘浓度为150 mg/cm3，直径为2 mm的血管及其上的该血管直径1/2大小的模拟肿瘤体或狭窄，这是DSA系统重要的性能要求之一。如果DSA系统的工作不正常，或处于故障状态，则看不清楚这些影像。从图7可以看出再细小的血管，例如1 mm的动脉血管及其上的肿瘤模拟体就看不清楚了。

图7 减影后的动脉血管影像（截图）

5.2 低对比度分辨力

这是DSA系统重要的性能指标之一。低对比度分辨力血管影像（截图），见图8，影像截图的左边是低对比度直线模拟血管的影像。可以看到在正常的DSA系统机器上能够分辨出碘浓度为5 mg/cm3，直径为2 mm的直线血管。有故障的机器是分辨不出来的。也就是说用这种体模可以试验机器是否有故障或机器性能是否合格。

图8 低对比度分辨力血管影像（截图）

5.3 对比度线性

对比度线性圆片的厚度是按0.5%、1.0%、2.0%、4.0%、10.0%和20.0%7个等级制作。将7种厚度与相应的透光度（用光度计测量）作相关性计算，得到的相关性系数（r）应达到国家规程要求，即r≥0.9。在试验的正常的机器上本试验的结果为0.96。说明这个性能指标的设计制作是达到规程要求的。反过来，说明用这个体模可以检验DSA系统的对比度线性性能指标是否合格。

5.4 遥控驱动装置

该遥控装置的特点：一是无线遥控，可以在已有的DSA控制室内控制放在装置上的体模块进退移动，不需要像一些进口产品那样进入X机房手工移动体模块；二是此驱动装置与整个体模主体分离，只是通过架子挂版挂在主体体模上，对其没有损伤；三是操作方便。在做血管影像减影时，体模块是要暴露在X射线下移动，用遥控代替人工，可以避免操作人员受到X射线的辐射。

DSA系统是比较普及的血管疾病检查及其治疗监测的大型设备，是血管检查方法的金标准。但是他的缺点是患者和医生（手术医生）都要接受一定量的X射线照射剂量。如何提高影像质量和使用优化剂量，很多学者[9-16]做了大量研究，本体模及遥控自动驱动装置不单用于DSA系统性能的检验检测，就是对于优化剂量的研究也大有用处。

6 结束语

新研制的体模及应用遥控装置有如下特点：① 满足按照国家规程JJG 1067-2011对体模设计的要求；② 遥控装置通过架子挂板适用于所有按照国家规程JJG 1067-2011设计的体模，对体模不做改动，挂在上面即可；③ 无线电遥控装置的应用，实现了隔室操作，完全避免了X射线对操作人员的辐照。

该体模仍然有待改进的地方，如果能把各个指标模块都做在一块有机玻璃板上，更显得简洁。但是，在做每一个性能指标时，要改变DSA系统参数。另外遥控驱动装置显得有复杂，还可改进，设计得精简一点。

[1] JJG 1067-2011,医用诊断数字减影血管造影(DSA)系统X射线辐射源[S].

[2] JJG(苏)70-2007,数字减影血管造影(DSA)系统X射线辐射源[S].

[3] JJG(冀)081-2005,医用数字减影血管造影(DSA)装置X射线辐射源[S].

[4] JJG(辽)52-2002,医用数字减影血管造影(DSA)装置X射线辐射源[S].

[5] GB/T 19042.3-2005,数字减影血管造影(DSA)X射线设备成像性能验收试验[S].

[6] 扈尚泽,胡一斌,姚绍卫.数字减影血管造影(DSA)系统性能测试探讨[J].计量技术,2008,(4):39-41.

[7] 欧阳墉.数字减影血管造影诊断学(DSA)[M].北京:人民卫生出版社,2002:102-143.

[8] 赵政文,姚绍卫,朱立祥.DSA性能检测模体自动推射装置[J].中国计量,2010(4):71-72.

[9] 裴瑶.乌鲁木齐数字减影血管造影辐射防护状况调查与评价[D].乌鲁木齐:新疆大学,2015.

[10] 安文昊,屠波,朱永丽,等.数字减影血管造影系统的质量检测[J].中国医疗设备,2011,26(12):25-27.

[11] 关为国,姜森,黄光铁.对数字减影血管造影(DSA)系统计量检测介绍[J].工业计量,2013,(s1):79-80.

[12] 丁力,黄成伟,张中伟,等.一种数字减影血管造影系统检测方法[J].计量技术,2008,(5):26-27.

[13] 胡一斌,扈尚泽.数字减影血管造影系统性能检测试和质量控制[J].中国医疗设备,2014,29(9):53-55.

[14] 赵雷,王鹏程,唐峰.数字化血管造影剂量优化研究的进展[J].医疗卫生设备,2006,27(5):24-26.

[15] 赵雷,徐龙春,唐峰,等.数字化血管造影的剂量优化研究[J].中国医学物理学杂志,2010,27(3):1837-1839.

[16] 刘建鲁,王鹏程,侯立霞.数字化血管造影剂量优化研究进展[J].中国医学物理学杂志,2013,30(2):4015-4019

Study of Medical Diagnostic Digital Subtraction Angiography and Design of Remote Control Device

KANG Xiaobing1, WANG Kun2, YAN Qing3, LI Mingyu4
1.Department of Equipment, Qinghai Red Cross Hospital, Xining Qinghai 810000, China; 2.Yibin Institute of Metrology and Measuremen, Yibin Sichuan 644000, China; 3.Huake Institute of New Measurenent and Testing Technology, Chengdu Sichuan 610021, China; 4.Zunyi Product Quality Inspection and Testing Institute, Zunyi Guizhou 56300, China

In order to solve the medical diagnostic digital subtraction angiography (DSA) system performance test and prevent the test personnel operation from affecting by X ray irradiation, the present study developed a set of improved DSA phantom for measuring the performance of the body. Phantom was designed by using organic glass materials processing. Module of mobile radio remote control method was adopted. Phantom of the performance test was conducted on normal DSA system. Plug-ins of organic glass artery simulation module plug-in, skeleton module, contrast linear module and low contrast resolution module were designed.The movement of the modules was controled by remote control device drivers. The experimental results showed that 2 mm diameter of simulated artery blood vessels without loading the skeleton module could be seen, and a hemangioma or embolization simulation of 1/2 blood vessels in the simulated vessel with 2 mm diameter could be distinguished without loading the skeleton module. After loading skeleton module, an iodine concentration of 150 mg/cm3and a diameter 2 mm simulated artery could be distinguished. The remote control remote control distance was away from 50 m, and the movement speed was 28 mm/s. Conclusion Phantom device is completely in conformity with the requirements of national rules JJG 1067-2011Medical Diagnosis Digital Subtraction Angiography(DSA)System X Ray Radiation Source. Application of wireless remote control mobile module can completely avoid the X ray irradiation when operating it.

diagnosis of digital subtraction angiography system; phantom performance; low contrast resolution; contrast linearity;simulated artery; iodine concentrtion

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.12.010

1674-1633(2017)12-0044-04

2017-04-21

2017-05-15

李明豫，高级工程师，主要研究方向为医疗设备检定及校准。

通讯作者邮箱：21432198@qq.com

本文编辑 袁隽玲