劉林棟，蔣紅兵

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

基于平板探測(cè)器校準(zhǔn)的DR質(zhì)量控制管理

劉林棟，蔣紅兵

南京醫(yī)科大學(xué)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(zhì)量，以基于平板探測(cè)器校正的DR質(zhì)量控制管理為研究?jī)?nèi)容，介紹了DR平板探測(cè)器的原理、分類以及由探測(cè)器影響圖像質(zhì)量的因素，提出了減小和消除這些因素的校準(zhǔn)方法。論證結(jié)果表明平板探測(cè)器校正在DR質(zhì)量控制管理中是非常重要的。

平板探測(cè)器；質(zhì)量控制管理；醫(yī)療設(shè)備校準(zhǔn)

0 前言

近年來(lái)（Digital Radiography，DR）技術(shù)已在臨床中廣泛應(yīng)用，DR是由探測(cè)器接受X線信息，再轉(zhuǎn)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(cè)器作為DR的核心部件[1]，它的穩(wěn)定性在整個(gè)成像鏈中起著至關(guān)重要的作用，因此，平板探測(cè)器校準(zhǔn)是DR質(zhì)量控制管理中的關(guān)鍵內(nèi)容之一。

本文以柯達(dá)DR7500為例，通過(guò)對(duì)平板探測(cè)器的校正和日常維護(hù)來(lái)說(shuō)明其在DR質(zhì)量控制管理過(guò)程中的重要作用。

1 DR平板探測(cè)器的分類和結(jié)構(gòu)原理

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

非晶硒平板探測(cè)器主要由非晶硒層薄膜晶體管（TFT）構(gòu)成。入射的X射線使硒層產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在外加偏壓電場(chǎng)作用下，電子和空穴對(duì)向相反的方向移動(dòng)形成電流，電流在薄膜晶體管中形成儲(chǔ)存電荷。每一個(gè)晶體管的儲(chǔ)存電荷量對(duì)應(yīng)于入射X射線的劑量，通過(guò)讀出電路可以知道每一點(diǎn)的電荷量，進(jìn)而知道每點(diǎn)的X線劑量。由于非晶硒不產(chǎn)生可見(jiàn)光，沒(méi)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(cè)器由碘化銫等閃爍晶體涂層與TFT或CCD或互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）構(gòu)成。它的工作過(guò)程一般分為兩步，首先閃爍晶體涂層將X線的能量轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光；其次TFT或者CCD，或CMOS將可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換辨率產(chǎn)生一定的影響。

評(píng)價(jià)平板探測(cè)器成像質(zhì)量的性能指標(biāo)主要有兩個(gè)：量子探測(cè)效率（DQE）和空間分辨率。DQE決定了平板探測(cè)器對(duì)不同組織密度差異的分辨能力；而空間分辨率決定了對(duì)組織細(xì)微結(jié)構(gòu)的分辨能力。考察DQE和空間分辨率可以評(píng)估平板探測(cè)器的成像能力[3]。

2 FPD的校準(zhǔn)

盡管DR平板探測(cè)器技術(shù)已經(jīng)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(huì)引起平板探測(cè)器上不同像元在同樣的X射線劑量輻射的情況下產(chǎn)生不同輸出信號(hào)[4]。由平板探測(cè)器引起的圖像質(zhì)量缺陷主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1） 隨機(jī)噪聲（random noise）。在探測(cè)器中，從射線到可見(jiàn)光的轉(zhuǎn)換以及后續(xù)的光電轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換等都伴隨有隨機(jī)噪聲；另外，由于探測(cè)器的像元數(shù)據(jù)是逐行讀出的，對(duì)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(méi)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(jù)采集電路中電荷放大器零點(diǎn)漂移的影響，探測(cè)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(yīng)的不一致性（response nonuniformity）。瑕疵像元是指不能依據(jù)射線強(qiáng)度做出合理響應(yīng)的像元，探測(cè)器在均勻強(qiáng)度X線照射下，各像元響應(yīng)的不均勻程度就稱為像元響應(yīng)的不一致。

因此，根據(jù)DR質(zhì)量控制管理的要求，應(yīng)定期對(duì)平板校準(zhǔn)，如果長(zhǎng)時(shí)間不做校準(zhǔn)會(huì)出現(xiàn)各種偽影，影響使用效果，進(jìn)而影響疾病診斷。

DR平板的校準(zhǔn)主要針對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

（1） 偏移量校準(zhǔn)：保證在沒(méi)有X射線入射的情況下像素中讀出的數(shù)據(jù)為0。

（2） X射線校準(zhǔn)：獲取沒(méi)有物體遮擋的X射線入射時(shí)探測(cè)器中讀取的圖像，用來(lái)計(jì)算增益系數(shù)，在有X射線入射的物體圖像之后，通過(guò)計(jì)算把每個(gè)像素的增益系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一，消除不同像素的增益系數(shù)不同帶來(lái)的影響。

（3） 暗度校準(zhǔn)：通過(guò)程序查找壞點(diǎn)或壞線并記錄下來(lái)，在通過(guò)獲取有X射線入射的物體圖像之后，依據(jù)壞點(diǎn)的位置周圍正常點(diǎn)的像素值進(jìn)行加權(quán)，計(jì)算出壞點(diǎn)的位置所在點(diǎn)的像素值，提供修復(fù)數(shù)據(jù)。

需要注意的是平板探測(cè)器校準(zhǔn)需在系統(tǒng)啟用或接通電源4h后進(jìn)行，在校準(zhǔn)過(guò)程中保證探測(cè)器不能移動(dòng)，平板探測(cè)器的溫度也不能超過(guò)規(guī)定的限度（溫度10～35℃，濕度20%～75%）[5]，如果平板探測(cè)器移動(dòng)或溫度濕度超過(guò)規(guī)定的限度，則會(huì)導(dǎo)致校準(zhǔn)失敗，因此校準(zhǔn)前應(yīng)讓平板探測(cè)器在工作或備用狀態(tài)下，處于一個(gè)穩(wěn)定的溫度環(huán)境中。

以柯達(dá)DR7500為例，平板探測(cè)器校準(zhǔn)的過(guò)程如下：

（1） 退出當(dāng)前運(yùn)行的患者檢查程序；在主菜單進(jìn)入實(shí)用程序，點(diǎn)擊探測(cè)器校準(zhǔn)，選擇偏移量校準(zhǔn)，點(diǎn)擊開(kāi)始校準(zhǔn)，大約需5～10 min，目的是保證在沒(méi)有X射線入射的情況下，像素中讀出的數(shù)據(jù)為0。

（2） 進(jìn)入暗度校準(zhǔn)，點(diǎn)擊開(kāi)始校準(zhǔn)，大約需25min。目的是通過(guò)程序查找壞點(diǎn)或壞線并記錄下來(lái)，提供修復(fù)數(shù)據(jù)。

（3） X射線校準(zhǔn)，校準(zhǔn)開(kāi)始前，將濾線柵抽出，球管焦點(diǎn)與平板中心的距離（SID）設(shè)置為180cm，光柵開(kāi)至最大，準(zhǔn)直器插入0.5mm銅板/1.0mm鋁板，銅板朝向球管面，點(diǎn)擊開(kāi)始校準(zhǔn)，根據(jù)提示，進(jìn)入一系列曝光過(guò)程，大約需要30min，完成平板探測(cè)器校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完成后，退出校準(zhǔn)程序，選擇檢查數(shù)據(jù)程序，再進(jìn)行曝光試驗(yàn)。以上校準(zhǔn)過(guò)程中不能移動(dòng)平板探測(cè)器。

在沒(méi)有設(shè)備嚴(yán)重故障的情況下，經(jīng)過(guò)平板校準(zhǔn)后，圖像一般都可以恢復(fù)正常。但在校準(zhǔn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)備使用手冊(cè)提供的程序進(jìn)行，即校準(zhǔn)的順序不能變化，X線校準(zhǔn)必須在暗度校準(zhǔn)成功后才能進(jìn)行，偏移量校準(zhǔn)可以在暗度校準(zhǔn)之前做，也可以在X線校準(zhǔn)之后做。在所有校準(zhǔn)進(jìn)行過(guò)程中，暗度校準(zhǔn)和偏移量校準(zhǔn)不能中途取消，失敗后必須重新校準(zhǔn)，而X線校準(zhǔn)則可以中途取消，再重新進(jìn)行。

3 DR的日常質(zhì)量控制管理

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

3.1 建立組織結(jié)構(gòu)和質(zhì)量信息系統(tǒng)

為有效的開(kāi)展質(zhì)量管理工作，應(yīng)建立相應(yīng)規(guī)模的質(zhì)量管理組織。質(zhì)量管理組織人員應(yīng)包括科室行政管理者、影像診斷醫(yī)師、主管質(zhì)量工作的技術(shù)人員、工程師和醫(yī)學(xué)物理師等。質(zhì)量信息是質(zhì)量保證體系的基礎(chǔ)，通過(guò)質(zhì)量控制達(dá)到提高影像質(zhì)量的目的。信息反饋來(lái)源于日常評(píng)片的分析結(jié)果、影像設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量檢測(cè)、有關(guān)影響質(zhì)量管理的相關(guān)文獻(xiàn)等。

3.2 制定質(zhì)量保證計(jì)劃

制定質(zhì)量保證計(jì)劃，主要包括質(zhì)量目標(biāo)、質(zhì)量控制、功效研究、繼續(xù)教育、預(yù)防性維護(hù)、設(shè)備校準(zhǔn)和改進(jìn)措施等。制定的計(jì)劃應(yīng)達(dá)到以下目的：① 改善影像診斷信息，提高診斷質(zhì)量，確保影像質(zhì)量符合臨床診斷要求；② 在達(dá)到醫(yī)學(xué)診斷目的的情況下，確保受檢者和工作人員的輻射劑量達(dá)到最低水平；③ 有效的利用資源，節(jié)約醫(yī)療費(fèi)用，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益；④ 確保有關(guān)影像技術(shù)質(zhì)量管理的各項(xiàng)制度法規(guī)嚴(yán)格執(zhí)行。

3.3 實(shí)行管理工作的標(biāo)準(zhǔn)化和程序化

根據(jù)崗位責(zé)任制的內(nèi)容，明確各級(jí)各類人員的責(zé)任分工及職責(zé)和權(quán)限。對(duì)各類影像設(shè)備及其附件都必須進(jìn)行質(zhì)量控制管理，具體內(nèi)容包括：① 質(zhì)量參數(shù)的選定及參數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試方法、頻率、允許誤差、使用工具和記錄表格等；② 購(gòu)買新設(shè)備的程序及驗(yàn)收要求；③ 對(duì)設(shè)備使用期間的檢測(cè)和維修計(jì)劃；④ 技術(shù)資料檔案的保存和各種數(shù)據(jù)的收集與匯總分析；⑤ 規(guī)定各類人員的培訓(xùn)與考核，并提供參考書目；⑥ 對(duì)檢測(cè)結(jié)果的評(píng)價(jià)及采取的措施；⑦ 制定相關(guān)的影像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；⑧ 被檢者的輻射劑量限值；⑨ 對(duì)質(zhì)量保證計(jì)劃實(shí)施情況的檢查效果的最終評(píng)價(jià)。

針對(duì)我院柯達(dá)DR7500具體使用的情況，制定DR質(zhì)量控制管理內(nèi)容：

（1） 對(duì)DR使用環(huán)境的控制。DR系統(tǒng)屬高集成度與高技術(shù)的設(shè)備，維護(hù)與保養(yǎng)十分重要。另外，在工作場(chǎng)所，每天都有不少灰塵從設(shè)備的散熱系統(tǒng)進(jìn)人設(shè)備內(nèi)部，所以要定期對(duì)設(shè)備的表面與內(nèi)部清潔，保證系統(tǒng)各元器件的正常工作。日常檢查記錄設(shè)備運(yùn)行時(shí)使用環(huán)境溫度和濕度，通常床上探測(cè)器為（40±3）℃，胸片架上探測(cè)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(zhì)控人員每日必須要做的質(zhì)控工作。

（2） 對(duì)DR設(shè)備機(jī)械電氣部件的運(yùn)行狀態(tài)的控制。檢查運(yùn)動(dòng)部件（球管、濾線柵等）的工作狀態(tài)，避免工作狀態(tài)下對(duì)FPD產(chǎn)生較大的沖擊和震動(dòng)；檢查設(shè)備電源的接地狀態(tài)；定時(shí)閱讀FPD的運(yùn)行記錄，查看是否有隱患；同時(shí)還必須注意經(jīng)常保持探測(cè)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(zhì)控人員每日、每周和每月必須做的質(zhì)檢工作。

（3） 對(duì)設(shè)備的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)質(zhì)量控制。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也是DR系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它直接影響到DR系統(tǒng)的運(yùn)行速度和成像質(zhì)量。所有的圖像信息和后處理功能是靠計(jì)算機(jī)來(lái)處理的。為此，應(yīng)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(jì)算機(jī)的使用安全，應(yīng)禁止無(wú)關(guān)的信息器件與計(jì)算機(jī)連接，以防止病毒侵入計(jì)算機(jī)，造成不必要的損失。

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

4 基于影像質(zhì)量控制管理的應(yīng)用質(zhì)量評(píng)價(jià)

應(yīng)用于臨床的影像設(shè)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(jù)，更好地為病人服務(wù)，除了和醫(yī)務(wù)人員的醫(yī)術(shù)醫(yī)德密切相關(guān)，還和醫(yī)學(xué)影像設(shè)備自身的質(zhì)量有密切關(guān)聯(lián)[8]。因此，臨床應(yīng)用中的影像設(shè)備存在著一個(gè)“應(yīng)用質(zhì)量”的問(wèn)題。

一般應(yīng)從以下幾個(gè)方面測(cè)試評(píng)價(jià)在醫(yī)學(xué)環(huán)境下的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的安全性和有效性：

（1） 安全性：電氣、機(jī)械、電離輻射等。

（2） 有效性：醫(yī)學(xué)影像設(shè)備符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)；符合要求的醫(yī)療環(huán)境條件；向臨床提供檢查技術(shù)應(yīng)用的最終結(jié)果。

5 小結(jié)

DR設(shè)備隨著醫(yī)院數(shù)字化改造，被普遍應(yīng)用于臨床，其相對(duì)于普通X線設(shè)備的優(yōu)越性越來(lái)越被廣大醫(yī)務(wù)工作者所認(rèn)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(guò)程中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都可能對(duì)影像質(zhì)量產(chǎn)生影響，數(shù)字?jǐn)z影圖像質(zhì)量的優(yōu)劣與機(jī)器的性能和設(shè)備參數(shù)的穩(wěn)定有很大關(guān)系。因而，DR的質(zhì)量控制管理是伴隨DR設(shè)備使用的全過(guò)程的，也是DR使用過(guò)程中的一項(xiàng)極其重要的內(nèi)容。

平板探測(cè)器引起的圖像質(zhì)量缺陷，如隨機(jī)噪聲、偏置誤差、瑕疵像元、像元響應(yīng)的不一致性，對(duì)DR成像系統(tǒng)的圖像產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，不利于臨床對(duì)疾病的診斷。對(duì)DR平板探測(cè)器的校正是質(zhì)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(cè)器的研究進(jìn)展[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2004,25(2):26-30.

[2] 余建明.醫(yī)學(xué)影像技術(shù)學(xué)[M].北京:科學(xué)技術(shù)出版社,2004:143.

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

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

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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(jí)高級(jí)工程師，碩士生導(dǎo)師。

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.10.039