数字化X射线摄影系统质量控制检测研究*

李 超 梁永刚 付丽媛 陈 坚 刘冰川 陈建新 倪 萍 许尚文 陈自谦*

随着科学技术的发展，医学影像技术已经全面数字化，直接数字化X射线摄影系统(digital radiography，DR)作为数字图像处理技术与传统的X射线放射技术结合的产物，已经成为临床诊断中最常用的影像设备之一[1-2]。DR设备技术性能的优劣直接关系到临床诊断的结果，乃至患者自身的安全，因此，定期对DR进行质量检测十分必要[3-5]。

就目前国内质量控制标准而言，由于DR较普通X射线机多出了平板探测器和后处理数字化部分，所以影像质量不仅取决于X射线机的性能，也取决于数字化部分性能。依据检测规程[6-7]DR质量控制性能检测包括：能量发生装置(X射线机曝光参数检测)和影像采集装置(DR影像性能检测)两部分，其曝光参数质量检测主要检测DR的管电压、曝光时间及半价层等参数，而影像质量检测主要通过DR的成像来检测空间分辨力、低对比度分辨力和可见灰度级等参数。本研究在分析DR质量控制检测方法的基础上，通过检测设备的运行状态，提出质量控制流程，保证设备处于良好的运行状态及优质的图像质量。

1 材料与方法

1.1 检测环境条件

摄影室温度为20～22 ℃，相对湿度为45%～60%，电源电压为(380±10)Vac。

1.2 受检设备及检测器材

(1)受检设备：Polycon Xplore 900直接数字化X射线摄影系统(北京宝利康医学工程公司)，探测器为非晶硅数字平板探测器，大小为43 cm×43 cm。

(2)检测器材：Piranha型X射线机多功能质量检测仪(瑞典奥利科)，主要由主机和平板电脑组成，其内装Ocean 2014 Connect质量控制软件，具备蓝牙无线遥测功能，可进行千伏、曝光时间和半价层等参数的自动评估(如图1所示)。

图1 Piranha型X射线机多功能质量检测仪示图

采用瑞典PTW NORMI 13型性能体模对DR受检设备进行空间分辨力、密度分辨力和可见灰度级的检测(如图2所示)。

图2 PTW NORMI 13型性能体模示图

1.3 X射线机曝光参数检测

1.3.1 X射线管电压的准确性和重复性检测

创建一个新的患者检查记录，将Piranha型X射线机多功能质量检测仪主机置于平板探测器上，光野的“+”与Piranha探头灵敏区指示对准，光野大小无具体要求，一般覆盖整个探头即可(如图3所示)。

图3 检测仪主机置于平板探测器示图

在平板电脑上点击Ocean 2014 Connect启动质控软件，并保证与主机之间的蓝牙通讯已连接。开启自动曝光控制(auto exposure control，AEC)，设置条件为管电流100 mA，曝光时间100 ms，所需检测的管电压值分别为60 kV、70 kV和80 kV，进行曝光，通过Piranha型X射线机多功能质量检测仪显示实际管电压测量值，每组重复测量5次，管电压准确性的计算为公式1：

式中Ev为管电压测量的相对偏差，%；Vi为管电压测量的平均值，单位为千伏(kV)；V0为管电压预设值，单位为千伏(kV)。

依照公式(1)对测量的数据进行计算，选择绝对值最大者作为此项目的最终结果。

管电压重复性检测方法同上，其计算为公式2：

式中CV为变异系数，%；K 为n次输出管电压的平均值，单位为千伏(kV)；Ki为每次输出管电压的测量值，单位为千伏(kV)；n为测量总次数。

依照公式(2)对测量的数据进行计算，选择绝对值最大者作为此项目的最终结果。

1.3.2 曝光时间检测

曝光时间可通过Piranha型X射线机多功能质量检测仪进行测量，所需检测的曝光时间分别为50 ms、100 ms和200 ms，进行曝光，通过Piranha型X射线机多功能质量检测仪测量实际曝光时间，每组重复测量5次，曝光时间准确性的计算为公式3：

式中δt为曝光时间的相对偏差，%；ti为曝光时间测量的平均值，单位为毫秒(ms)；t0为曝光时间的预设值，单位为毫秒(ms)。

依照公式(3)对测量的数据进行计算，选择绝对值最大者作为此项目的最终结果。1.3.3 辐射输出的重复性测量

辐射输出的重复性测量可通过Piranha型X射线机多功能质量检测仪进行，测试条件为管电压100 kV，管电流100 mA，曝光时间100 ms，摄影距离100 cm。连续曝光10次，10次曝光要在1 h内完成，辐射输出的重复性计算为公式4：

式中S为变异系数(%)；X 为n次辐射输出量的平均值，单位为毫戈瑞(mGy)；Xi为每次辐射输出量的测量值，单位为毫戈瑞(mGy)；n为测量总次数。

1.3.4 半价层检测

半价层是指当X射线辐射穿过规定物质时，照射量率减小到无该物质时测量值的一半的规定物质的厚度。设置管电压分别为70 kV和80 kV，通过Piranha型X射线机多功能质量检测仪检测后直接读取。

1.4 DR影像性能检测

1.4.1 空间分辨力

空间分辨力、低对比度分辨力和可见灰度级等参数使用瑞典PTW NORMI 13型性能体模进行检测。检测时将体模放于探测器屏板上，并且使体模中心对准屏板中心，然后调节光照视野，使其定位线对准体模中心，按常用摄影参数进行曝光，如图4所示。

图4 PTW NORMI 13型性能体模摆放示图

空间分辨力测试模块由不同线对数构成的线对卡组成，设置管电压75 kV，管电流4 mAs，进行曝光，将得到的图像在高分辨率诊断显示器下调整窗宽窗位和放大倍数，肉眼观察图像上线对卡的读数便可得到空间分辨力，如图5所示。

图5 PTW NORMI 13型性能体模图像

1.4.2 低对比度分辨力

低对比度分辨力测试模块由6组不同对比度的物质组成，对比度分别为0.8%、1.2%、2.0%、2.8%、4.0%和5.6%。设置管电压75 kV，管电流4 mAs，进行曝光，将得到的图像(图5)在高分辨率诊断显示器下调整窗宽窗位，观察图像并读数便可得到密度分辨力。

1.4.3 可见灰度级

可见灰度级测试模块由7个厚度分别为0 mm、0.3 mm、0.65 mm、1.0 mm、1.4 mm、1.85 mm和2.3 mm的铜片组成。设置管电压75 kV，管电流4 mAs，进行曝光，将得到的图像(图5)在高分辨率诊断显示器下调整窗宽窗位，观察图像并读数可得到可见灰度级。

2 结果

对Polycon Xplore 900直接数字化X射线摄影系统进行检测验收，测量结果见表1。

根据国家卫生行业标准WS76-2017“医用常规X射线诊断设备质量控制检测规范”[6]和WS521-2017“医用数字X射线摄影(DR)系统质量控制检测规范”[7]该DR设备检测验收通过。

3 讨论

DR是目前影像诊断中广泛应用的X射线成像设备，其摄影简便易行，分辨率高，后处理灵活多样且数字化图像存储调阅方便快捷，已逐渐取代了普通X射线机。为了得到优质的影像，不但需要X射线摄影规范的技术操作、标准的影像显示和患者的最佳配合，还需要严格及系统的质量控制，以确保成像系统处于稳定的高质高效的运行状态[8-12]。根据国家卫生行业标准WS76-2017与WS 521-2017，将DR的质量检测分为两部分，即辐射源质量检测和成像质量检测，其辐射源质量检测主要检测DR的管电压、管电流、曝光时间、半价层等参数，而成像质量检测主要通过DR的成像来检测空间分辨力、低对比度分辨力、可见灰度级等参数[6-7]。

表1 Polycon Xplore 900直接数字化X射线摄影系统验收检测结果

目前，DR辐射源质量检测主要采用瑞典研制的Piranha型X射线机多功能质量检测仪，其由主机、多功能探头及平板电脑构成，并配有蓝牙遥测组件和专业检测软件，可方便进行检测和数据读取及分析处理，检测时一次曝光可以得到多个检测结果。本研究采用该型检测仪对管电压准确性、管电压重复性、曝光时间准确性、辐射输出重复性及半价层进行了检测，检测结果均符合国家卫生行业标准WS76-2017与WS521-2017要求。

成像质量检测主要采用瑞典PTW NORMI13型性能体模进行检测，该体模可以对空间分辨力、低对比度分辨力、可见灰度级等参数进行检测。检测时须将体模放于探测器屏板上，并且使体模中心对准屏板中心，定位线对准体模中心，按常用摄影参数进行曝光，曝光完毕通过调节窗宽窗位使图像细节显示最清晰，用视觉确定图像中能分辨清楚的最大线对数、能够分辨清楚的圆孔及可见的灰度级，从而得到对应的空间分辨力、低对比度分辨力和可见灰度级[5-7]。本研究采用该体模对空间分辨力、低对比度分辨力和可见灰度级进行了检测，检测结果均符合国家卫生行业标准WS 76-2017与WS521-2017要求。

在DR实际应用质量检测过程中应特别注意，在进行测量时，操作中应严格按照检测规范的要求进行，在检测结束后，应逐步退出软件系统再关机，否则容易造成死机。如果应用蓝牙遥测时，必须保证Piranha型X射线机多功能质量检测仪及平板电脑有充足的电源供给，否则易发生连接中断，造成数据丢失，影响工作进度和效率。

DR的质量检测通常为每年一次，如果设备使用频率过高，应每半年一次。对于检测不合格的设备立即停用，并进行检修，粘贴停用标签；对于检测合格的设备，粘贴合格标签，并标定下次检测时间。DR质量控制检测用途不仅仅是做定期检测，在日常维修中找出故障原因也有非常大的作用，尤其是设备维修后的性能质量控制。通过质量控制保证设备参数在正常范围之内，避免因维修导致设备性能降低，出现故障。

本研究通过对DR的质量控制检测，掌握了设备的运行状态，确保了设备参数合格，保证了设备处于良好的运行状态，对于提高诊疗质量和降低设备运行风险具有重要的意义。

[1]中华医学会影像技术分会，中华医学会放射学分会.数字X线摄影检查技术专家共识[J].中华放射学杂志，2016，50(7)：483-494.

[2]冯庆宇.数字化医疗影像质量管理概述(第一讲)[J].中国医疗设备，2010，25(7)：157-161.

[3]赵明信，夏慧琳.DR质控检测仪器及应用实例[J].中国医疗设备，2013，28(5)：54-55.

[4]冯庆宇.数字化X射线摄影成像设备影像质量控制与实施保证(第四讲)[J].中国医疗设备，2010，25(10)：144-147，140.

[5]江玉柱，李东，杨博，等.DR的应用质量检测[J].医疗卫生装备，2010，31(11)：137-138.

[6]中华人民共和国卫生行业标准WS76-2017.医用常规X射线诊断设备质量控制检测规范[S].中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会，2017-04-10.

[7]中华人民共和国卫生行业标准WS521-2017.医用数字X射线摄影(DR)系统质量控制检测规范[S].中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会，2017-04-10.

[8]冯庆宇.数字化医疗影像设备质量评价与控制(第三讲)[J].中国医疗设备，2010，25(9)153-157.

[9]冯庆宇.数字化医疗影像临床质量评价(第二讲)[J].中国医疗设备，2010，25(8)：148-152.

[10]冯庆宇.数字化医疗影像图像处理(第七讲)[J].中国医疗设备，2011，26(2)：146-151.

[11]赵庆军.基于平板探测器DR升级方案中量子探测效率检测的应用[J].中国医学装备，2015，12(8)：17-20.

[12]董旭.医用X射线数字摄影(CR/DR)系统检测方法的研究和评定[J].中国医学装备，2010，7(1)：8-11.