基于平板探測器校準的DR質量控制管理

劉林棟，蔣紅兵

南京醫(yī)科大學附屬南京第一醫(yī)院 放射科，江蘇 南京 210006

基于平板探測器校準的DR質量控制管理

劉林棟，蔣紅兵

南京醫(yī)科大學附屬南京第一醫(yī)院 放射科，江蘇 南京 210006

為了提高數(shù)字X線成像（DR）的圖像質量，以基于平板探測器校正的DR質量控制管理為研究內容，介紹了DR平板探測器的原理、分類以及由探測器影響圖像質量的因素，提出了減小和消除這些因素的校準方法。論證結果表明平板探測器校正在DR質量控制管理中是非常重要的。

平板探測器；質量控制管理；醫(yī)療設備校準

0 前言

近年來（Digital Radiography，DR）技術已在臨床中廣泛應用，DR是由探測器接受X線信息，再轉換成數(shù)字信息并立即顯示在監(jiān)視器上的一種攝影方式。

平板探測器作為DR的核心部件[1]，它的穩(wěn)定性在整個成像鏈中起著至關重要的作用，因此，平板探測器校準是DR質量控制管理中的關鍵內容之一。

本文以柯達DR7500為例，通過對平板探測器的校正和日常維護來說明其在DR質量控制管理過程中的重要作用。

1 DR平板探測器的分類和結構原理

目前臨床DR成像感應介質主要包括：平板探測器（FPD）、電荷耦合器件（CCD）、多絲正比室X線掃描等。DR平板探測器可以分為兩種：非晶硒平板探測器和非晶硅平板探測器，從能量轉換的方式來看，前者屬于直接轉換平板探測器，后者屬于間接轉換平板探測器[2]。

非晶硒平板探測器主要由非晶硒層薄膜晶體管（TFT）構成。入射的X射線使硒層產生電子空穴對，在外加偏壓電場作用下，電子和空穴對向相反的方向移動形成電流，電流在薄膜晶體管中形成儲存電荷。每一個晶體管的儲存電荷量對應于入射X射線的劑量，通過讀出電路可以知道每一點的電荷量，進而知道每點的X線劑量。由于非晶硒不產生可見光，沒有散射線的影響，因此可以獲得比較高的空間分辨率。

非晶硅平板探測器由碘化銫等閃爍晶體涂層與TFT或CCD或互補型金屬氧化物半導體（CMOS）構成。它的工作過程一般分為兩步，首先閃爍晶體涂層將X線的能量轉換成可見光；其次TFT或者CCD，或CMOS將可見光轉換辨率產生一定的影響。

評價平板探測器成像質量的性能指標主要有兩個：量子探測效率（DQE）和空間分辨率。DQE決定了平板探測器對不同組織密度差異的分辨能力；而空間分辨率決定了對組織細微結構的分辨能力?？疾霥QE和空間分辨率可以評估平板探測器的成像能力[3]。

2 FPD的校準

盡管DR平板探測器技術已經非常成熟完善，但DR平板在日常使用中的不確定因素以及其使用一定年限后的正常變化，都會引起平板探測器上不同像元在同樣的X射線劑量輻射的情況下產生不同輸出信號[4]。由平板探測器引起的圖像質量缺陷主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1） 隨機噪聲（random noise）。在探測器中，從射線到可見光的轉換以及后續(xù)的光電轉換和模數(shù)轉換等都伴隨有隨機噪聲；另外，由于探測器的像元數(shù)據是逐行讀出的，對指定行的采樣瞬間也不可避免地要受到相鄰行的影響。

（2） 偏置誤差（offset）。在沒有X線照射的情況下，由于光電二極管和薄膜晶體管的漏電流以及數(shù)據采集電路中電荷放大器零點漂移的影響，探測器各像元仍有一定的輸出值，這就是偏置誤差。

（3） 有瑕疵像元（defective pixels）和像元響應的不一致性（response nonuniformity）。瑕疵像元是指不能依據射線強度做出合理響應的像元，探測器在均勻強度X線照射下，各像元響應的不均勻程度就稱為像元響應的不一致。

因此，根據DR質量控制管理的要求，應定期對平板校準，如果長時間不做校準會出現(xiàn)各種偽影，影響使用效果，進而影響疾病診斷。

DR平板的校準主要針對以下幾個方面進行：

（1） 偏移量校準：保證在沒有X射線入射的情況下像素中讀出的數(shù)據為0。

（2） X射線校準：獲取沒有物體遮擋的X射線入射時探測器中讀取的圖像，用來計算增益系數(shù)，在有X射線入射的物體圖像之后，通過計算把每個像素的增益系數(shù)進行統(tǒng)一，消除不同像素的增益系數(shù)不同帶來的影響。

（3） 暗度校準：通過程序查找壞點或壞線并記錄下來，在通過獲取有X射線入射的物體圖像之后，依據壞點的位置周圍正常點的像素值進行加權，計算出壞點的位置所在點的像素值，提供修復數(shù)據。

需要注意的是平板探測器校準需在系統(tǒng)啟用或接通電源4h后進行，在校準過程中保證探測器不能移動，平板探測器的溫度也不能超過規(guī)定的限度（溫度10～35℃，濕度20%～75%）[5]，如果平板探測器移動或溫度濕度超過規(guī)定的限度，則會導致校準失敗，因此校準前應讓平板探測器在工作或備用狀態(tài)下，處于一個穩(wěn)定的溫度環(huán)境中。

以柯達DR7500為例，平板探測器校準的過程如下：

（1） 退出當前運行的患者檢查程序；在主菜單進入實用程序，點擊探測器校準，選擇偏移量校準，點擊開始校準，大約需5～10 min，目的是保證在沒有X射線入射的情況下，像素中讀出的數(shù)據為0。

（2） 進入暗度校準，點擊開始校準，大約需25min。目的是通過程序查找壞點或壞線并記錄下來，提供修復數(shù)據。

（3） X射線校準，校準開始前，將濾線柵抽出，球管焦點與平板中心的距離（SID）設置為180cm，光柵開至最大，準直器插入0.5mm銅板/1.0mm鋁板，銅板朝向球管面，點擊開始校準，根據提示，進入一系列曝光過程，大約需要30min，完成平板探測器校準。校準完成后，退出校準程序，選擇檢查數(shù)據程序，再進行曝光試驗。以上校準過程中不能移動平板探測器。

在沒有設備嚴重故障的情況下，經過平板校準后，圖像一般都可以恢復正常。但在校準過程中應嚴格按照設備使用手冊提供的程序進行，即校準的順序不能變化，X線校準必須在暗度校準成功后才能進行，偏移量校準可以在暗度校準之前做，也可以在X線校準之后做。在所有校準進行過程中，暗度校準和偏移量校準不能中途取消，失敗后必須重新校準，而X線校準則可以中途取消，再重新進行。

3 DR的日常質量控制管理

質量控制管理最基本的工作就是做好日常維護管理[6]。只有做好設備的日常維護管理工作，才能使設備始終處于一個良好的運行狀態(tài)，才能保證由該設備產生的圖像能夠滿足臨床診斷的需要，乃至延長設備的使用壽命。為此，要做好DR的質量控制管理工作，應從以下幾個方面著手。

3.1 建立組織結構和質量信息系統(tǒng)

為有效的開展質量管理工作，應建立相應規(guī)模的質量管理組織。質量管理組織人員應包括科室行政管理者、影像診斷醫(yī)師、主管質量工作的技術人員、工程師和醫(yī)學物理師等。質量信息是質量保證體系的基礎，通過質量控制達到提高影像質量的目的。信息反饋來源于日常評片的分析結果、影像設備的運行質量檢測、有關影響質量管理的相關文獻等。

3.2 制定質量保證計劃

制定質量保證計劃，主要包括質量目標、質量控制、功效研究、繼續(xù)教育、預防性維護、設備校準和改進措施等。制定的計劃應達到以下目的：① 改善影像診斷信息，提高診斷質量，確保影像質量符合臨床診斷要求；② 在達到醫(yī)學診斷目的的情況下，確保受檢者和工作人員的輻射劑量達到最低水平；③ 有效的利用資源，節(jié)約醫(yī)療費用，獲得較好的經濟效益；④ 確保有關影像技術質量管理的各項制度法規(guī)嚴格執(zhí)行。

3.3 實行管理工作的標準化和程序化

根據崗位責任制的內容，明確各級各類人員的責任分工及職責和權限。對各類影像設備及其附件都必須進行質量控制管理，具體內容包括：① 質量參數(shù)的選定及參數(shù)的評價標準、測試方法、頻率、允許誤差、使用工具和記錄表格等；② 購買新設備的程序及驗收要求；③ 對設備使用期間的檢測和維修計劃；④ 技術資料檔案的保存和各種數(shù)據的收集與匯總分析；⑤ 規(guī)定各類人員的培訓與考核，并提供參考書目；⑥ 對檢測結果的評價及采取的措施；⑦ 制定相關的影像質量標準；⑧ 被檢者的輻射劑量限值；⑨ 對質量保證計劃實施情況的檢查效果的最終評價。

針對我院柯達DR7500具體使用的情況，制定DR質量控制管理內容：

（1） 對DR使用環(huán)境的控制。DR系統(tǒng)屬高集成度與高技術的設備，維護與保養(yǎng)十分重要。另外，在工作場所，每天都有不少灰塵從設備的散熱系統(tǒng)進人設備內部，所以要定期對設備的表面與內部清潔，保證系統(tǒng)各元器件的正常工作。日常檢查記錄設備運行時使用環(huán)境溫度和濕度，通常床上探測器為（40±3）℃，胸片架上探測器為（38±3）℃；環(huán)境溫度控制在25℃左右；環(huán)境濕度在60%～70%[7]。這些都是質控人員每日必須要做的質控工作。

（2） 對DR設備機械電氣部件的運行狀態(tài)的控制。檢查運動部件（球管、濾線柵等）的工作狀態(tài)，避免工作狀態(tài)下對FPD產生較大的沖擊和震動；檢查設備電源的接地狀態(tài)；定時閱讀FPD的運行記錄，查看是否有隱患；同時還必須注意經常保持探測器的清潔，防止平板上積有灰塵影響圖像的清晰度和潔凈度，破壞成像效果，造成誤診。這些都是質控人員每日、每周和每月必須做的質檢工作。

（3） 對設備的計算機系統(tǒng)質量控制。計算機系統(tǒng)也是DR系統(tǒng)的關鍵設備，它直接影響到DR系統(tǒng)的運行速度和成像質量。所有的圖像信息和后處理功能是靠計算機來處理的。為此，應配置不間斷電源（UPS），防止突然停電造成檢查工作的突然中斷和信息丟失。為確保計算機的使用安全，應禁止無關的信息器件與計算機連接，以防止病毒侵入計算機，造成不必要的損失。

（4） 工作人員的質量控制意識。除了上述要點外，相關工作人員的職業(yè)素養(yǎng)也很重要，要熟練掌握機器的性能特點，要熱愛自己的本職工作，要有質量意識。

4 基于影像質量控制管理的應用質量評價

應用于臨床的影像設備是否安全與有效，是否能很好為臨床診斷提供有益的參考依據，更好地為病人服務，除了和醫(yī)務人員的醫(yī)術醫(yī)德密切相關，還和醫(yī)學影像設備自身的質量有密切關聯(lián)[8]。因此，臨床應用中的影像設備存在著一個“應用質量”的問題。

一般應從以下幾個方面測試評價在醫(yī)學環(huán)境下的醫(yī)學影像設備的安全性和有效性：

（1） 安全性：電氣、機械、電離輻射等。

（2） 有效性：醫(yī)學影像設備符合產品標準；符合要求的醫(yī)療環(huán)境條件；向臨床提供檢查技術應用的最終結果。

5 小結

DR設備隨著醫(yī)院數(shù)字化改造，被普遍應用于臨床，其相對于普通X線設備的優(yōu)越性越來越被廣大醫(yī)務工作者所認可。然而，任何事物都有兩面性，DR在信息采集、信息處理、信息輸出等成像過程中，每一個環(huán)節(jié)都可能對影像質量產生影響，數(shù)字攝影圖像質量的優(yōu)劣與機器的性能和設備參數(shù)的穩(wěn)定有很大關系。因而，DR的質量控制管理是伴隨DR設備使用的全過程的，也是DR使用過程中的一項極其重要的內容。

平板探測器引起的圖像質量缺陷，如隨機噪聲、偏置誤差、瑕疵像元、像元響應的不一致性，對DR成像系統(tǒng)的圖像產生了嚴重影響，不利于臨床對疾病的診斷。對DR平板探測器的校正是質量控制管理的重中之重。

[1] 王鵬程,張富利.數(shù)字化X線攝影平板探測器的研究進展[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2004,25(2):26-30.

[2] 余建明.醫(yī)學影像技術學[M].北京:科學技術出版社,2004:143.

[3] 王駿,甘泉.醫(yī)學影像技術[M].江蘇:江蘇大學出版社,2008:80-84,362-372.

[4] 周正干,騰升華,江巍,等.X射線平板探測器數(shù)字成像及其圖像校準[J].北京航空航天大學學報,2004,30(8):698-699.

[5] 薄夫軍,張永壽,劉乃智,等.非晶硒DR平板探測器的結構原理及維護保養(yǎng)[J].中國醫(yī)學裝備,2010,7(2):64-65.

[6] 王駿,甘泉.醫(yī)學影像技術[M].南京:江蘇大學出版社,2008:362-372.

[7] 金錫軍.環(huán)境溫度對平板探測器影響的探討[J].醫(yī)療設備信息,2005,20(9):79.

[8] 姜遠海,彭明辰.臨床醫(yī)學工程技術[M].北京:科學出版社,2009:131-171.

Quality Management and Control of DR Based on Calibration of Flat Panel Detector

LIU Lin-dong, JIANG Hong-bing
Radiology Department, Nanjing First Hospital Affiliated to Nanjing Medical University, Nanjing Jiangsu, 210006 China

To improve imaging quality of X-ray digital radiography system, the quality management and control of DR based on calibration of flat panel detector was investigated. The principle and classification of flat panel detector, and the factors for which flat panel detector degrades image quality were introduced.Methods for flatpanel detector calibration were put forward to minish and eliminate the influences on image quality. Demonstration results indicate that calibration of flat panel detector is very important for quality management and control of DR.

flat panel detector; quality management and control; medical devices calibration

1674-1633(2011)10-0111-03

2011-06-29

2011-07-01

作者郵箱：liulindong@sina.cn

蔣紅兵，研究員級高級工程師，碩士生導師。

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.10.039