数字减影血管造影设备的校准及维护方法

李传东 孙士龙 王玉丽 贾绍田 刘瑞宏*

数字减影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)技术是常规X射线血管造影术与计算机技术相结合的产物，用于对患者某一部位的血管进行减影消除骨骼和软组织结构，以达到血管病变诊断及介入治疗的目的。目前，DSA设备在各级医院中已非常普及，DSA技术也呈现出广泛性和实用性的特点[1-2]。保障临床诊断与治疗，保证图像的质量最为关键。为此，本研究从设备结构角度出发，通过DSA设备的自检进行维护和校准，从而保证设备的最佳运转状态，使DSA图像质量得以控制。

1 材料与方法

1.1 设备与材料

(1)飞利浦Allura Xper FD20血管造影机(荷兰)，非晶硅平板探测器，30 cm×40 cm，可90o旋转，数字化输出图像矩阵2×2.5，14 bit图像，影像显示器矩阵1280×1024，10 bit灰阶。

(2)X射线机多功能质量检测仪，型号为UNFORS RAYSAFE XI(瑞典)。

(3)检测模体(飞利浦)，经美国联邦食品药品监督管理局(food drug administration，FDA)认证，用于检测系统机架稳定性和中心对称性，其型号为Toolkit-3DRA。

1.2 校准检测步骤

1.2.1 管球校准

DSA图像质量的优劣取决于图像的原始数据，而原始数据就与X射线剂量密切相关，X射线是由管球发出，故对管球进行校准非常必要。

(1)自动管电压(kV)、管电流(mA)调整的校准。在临床中DSA设备管电压、管电流依赖于设备的自动曝光控制，自动曝光控制的准确性将影响到图像的质量和患者及术者的受照剂量。自动曝光控制的校准过程为：将准直器调整到垂直方向→使用专用屏蔽板遮盖平板探测器，以免造成PDF的损害→进入管电压、管电流调整校准界面→按照提示进行曝光，系统对曝光的参数进行自动的调整→曝光时设备自动测量管球的动态特性及管电流大小，并将检测的数据保存在控制管电压、管电流的存储器内，成为设备自动曝光参数调整的依据，进而完成对自动管电压、管电流的校准(如图1、图2所示)。校准完成后检测程序提示通过校准，表示自动管电压、管电流的调整在正常范围内[3]。

图1 管电压管电流自动校准图

图2 X射线输出量校准图

(2)管球X射线输出量的校正。管球的输出量决定着图像质量，如果管球输出达不到预想值必定降低图像的质量而影响诊断及治疗。管球输出量校准的过程为：将准直器调整到水平方向，调整焦点到探测器的距离为120 cm，将剂量探测器固定在距离平板20 cm处，进入管球输出量校准界面(如图3所示)。

图3 X射线输出量校准图

对曝光过滤时，分别在Al(1 mm)、Al(1 mm)＋Cu(0.1 mm)、Al(1 mm)＋Cu(0.4 mm)及Al(1 mm)＋Cu(0.9 mm)的4种滤过条件下进行不同管电压(40～125 kV，10档次)曝光，将每次曝光后剂量探测器测得的剂量值输入对应空格内。在所有曝光结束后，计算机自动生成校正曲线(红色)与预先存储的曲线(黑色)相比较，差距在合理范围内，表示管球的输出量在正常水平，其原理是通过QA程序将检测数据与期望值相比较，在设定的判断数据下对系统性能做出评判(如图4所示)。

图4 X射线输出量校正结果图

(3)入射剂量率限值的校正。入射剂量率的限值是FDA的硬性规定，要求最大为87 mGy/min，这对于保护患者免受更大的辐射有重要的作用[4]。入射剂量率限值校准过程为：①调整X射线束在垂直方向上；②胶片距为100 cm；③调整剂量探测器位置距离平板30 cm处，并在射线束中心。进入校准程序界面，按照提示进行曝光，在当前入射剂量率因子数值下有一个剂量期望值，将透视曝光后实际测量值输入相应空格内，由设备进行入射剂量率限值的自动校正。入射剂量率的校正受到管球数据、滤过数据、电流控制曲线、连续透视以及脉冲透视等多种因素的影响(公式1)。

1.2.2 平板探测器校准

平板探测器分为非晶硒平板探测器和非晶硅平板探测器。非晶硒平板探测器属于直接型，具有高的空间分辨率；FD20平板探测器(FPD)由非晶硅构成，非晶硅平板探测器DQE高，其在行和列的方向上都与外电路相接并被编码，在专门的控制电路作用下按一定规律将各个像素的存储电荷读出并形成数字信号。平板探测器的校准主要包括增益校准和像素校准[5-6]。其校准过程如下。

(1)进入增益和像素校准界面，去掉滤线栅、移除X射线束内任何物体(包括床)，移动X射线束在垂直方向上。在球管侧加Cu(1.5 mm)滤过，旋转探测器在0o位置并胶片源图像距离(source image distance，SID)最大[7]。探测器会自动运行一个程序并根据提示进行10次曝光，得到曝光前、后各10幅图像的数据，通过计算将每个像素的增益系数进行统一，保证其每个像素点的增益值一致，消除不同像素的增益系数不同带来的影响，反应出图像的真实对比度[8-9]。

(2)将剂量探测器置于平板探测器中心并紧贴探测器，按照提示进行一系列曝光并将所测得剂量值填入相应空格内(应与期望剂量值相接近)，曝光结束后计算机自动计算平板探测器坏点(瑕疵像元)数量并得出校准结果。在校正的过程中对可能修复的瑕疵像元进行修复，修复采用邻域选择性平均法，即瑕疵像元的校正输出取其邻域中正常像元的灰度平均值；除非位于传感器阵列的边缘，每个像元有8个相邻像元。如果瑕疵像元的相邻像元中＞3个以上为正常，则相邻正常像元的灰度平均值可作为该瑕疵像元的灰度值；若相邻像元中正常的像元＜3个，则该瑕疵像元不能被校正，否则图像有可能失真[10]。

2 检测方法

2.1 机架稳定性检测

稳定的机架性能可以保证重建出的造影图像是该投影面拓扑结构真实的反应，并获得血管真实的空间三维结构图像，如果实际的X射线轨道与理想中的不符，将难以保证血管形态及位置的准确性[11-12]。因此对DSA机架稳定性的检测是保证三维成像准确性的前提，其检测方法为：将专用模体(Dodecahedron Phantom)按照要求置于床头处(如图5所示)。

图5 机架稳定性检测图

分别选择3D-Pro-Calibration和3D-Rol-Calibration并按照提示曝光。曝光结束后数据自动传送到PHILIPS-3DRA三维后处理工作站，计算机自动运行程序自动检测融合点数量并得到检测结果。本研究中机架稳定性检测到的图像融合点数量分别为48个和348个，分别高于最少检测数量40和300个(如图6所示)[13-14]。

图6 机架稳定性与焦点对称性检测结果图

2.2 焦点检测

X射线由管球发出到达探测器是一个锥体状射线束，X射线焦点位置偏移将会造成图像的失真和畸变，从而影响医生对于病变形态的判断，也可能会造成曝光剂量的增加[15-16]。焦点的检测方法为：将专用模体(Calibration Grid)按照要求置于探测器处，模体由两块插板组成，靠近管球侧插板用来测试管球焦点，靠近探测器处插板用来测试到达探测器的线束焦点(如图7所示)。

图7 焦点对称性检测图

选择3D-Prop-Calibration并按照提示曝光。旋转采集所获得的影像数据，实时自动传送到PHILIPS-3DRA三维后处理工作站，计算机程序自动检测融合点数量并得到检测结果。本研究中焦点稳定性检测的图像融合点数量为48个，高于最少检测数量的40个(如图7所示)。

3 讨论

数字减影血管造影设备主要包括X射线管球、平板探测器、各种机械和电子设备，在使用过程中对其各方面性能进行检测、校准是质量控制的重要环节。X射线的量与质是形成图像的关键，其管球的校准保证了X射线的输出量，这是获得高质量图像的前提。平板探测器作为DSA系统的核心部件之一，其稳定性在整个成像链中有着重要的作用。平板探测器校准可以提高FPD的量子检出效率和图像的空间分辨率，减少各种图像伪影的发生，从而保证疾病的诊断。

机架稳定性和焦点的检测校准保证了DSA图像的几何特性，减少了图像的畸变和失真，保证了血管直径和长度测量的准确性。但在校准过程必须严格按照程序设置顺序进行，一旦校准失败需要重新校准。在未来的研究工作中将增加图像质量评价工作，并定期进行设备校准检测，记录检测数据并保存。

4 结语

通过对血管机的定期检测、校准有助于评估设备运行的实际工作状态，及时发现问题并有针对性的处理解决，可以获得精准的血管图像，并且可以有效的降低患者及术者的辐射剂量乃至延长设备的使用寿命。同时应注意设备的日常维护，每日观察设备的开关机状态及有无报错信息，观察磁盘空间余量，保持医疗设备的最佳性能状态。

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