基于平板探测器校准的DR质量控制管理

刘林栋，蒋红兵

南京医科大学附属南京第一医院 放射科，江苏 南京 210006

基于平板探测器校准的DR质量控制管理

刘林栋，蒋红兵

南京医科大学附属南京第一医院 放射科，江苏 南京 210006

为了提高数字X线成像（DR）的图像质量，以基于平板探测器校正的DR质量控制管理为研究内容，介绍了DR平板探测器的原理、分类以及由探测器影响图像质量的因素，提出了减小和消除这些因素的校准方法。论证结果表明平板探测器校正在DR质量控制管理中是非常重要的。

平板探测器；质量控制管理；医疗设备校准

0 前言

近年来（Digital Radiography，DR）技术已在临床中广泛应用，DR是由探测器接受X线信息，再转换成数字信息并立即显示在监视器上的一种摄影方式。

平板探测器作为DR的核心部件[1]，它的稳定性在整个成像链中起着至关重要的作用，因此，平板探测器校准是DR质量控制管理中的关键内容之一。

本文以柯达DR7500为例，通过对平板探测器的校正和日常维护来说明其在DR质量控制管理过程中的重要作用。

1 DR平板探测器的分类和结构原理

目前临床DR成像感应介质主要包括：平板探测器（FPD）、电荷耦合器件（CCD）、多丝正比室X线扫描等。DR平板探测器可以分为两种：非晶硒平板探测器和非晶硅平板探测器，从能量转换的方式来看，前者属于直接转换平板探测器，后者属于间接转换平板探测器[2]。

非晶硒平板探测器主要由非晶硒层薄膜晶体管（TFT）构成。入射的X射线使硒层产生电子空穴对，在外加偏压电场作用下，电子和空穴对向相反的方向移动形成电流，电流在薄膜晶体管中形成储存电荷。每一个晶体管的储存电荷量对应于入射X射线的剂量，通过读出电路可以知道每一点的电荷量，进而知道每点的X线剂量。由于非晶硒不产生可见光，没有散射线的影响，因此可以获得比较高的空间分辨率。

非晶硅平板探测器由碘化铯等闪烁晶体涂层与TFT或CCD或互补型金属氧化物半导体（CMOS）构成。它的工作过程一般分为两步，首先闪烁晶体涂层将X线的能量转换成可见光；其次TFT或者CCD，或CMOS将可见光转换辨率产生一定的影响。

评价平板探测器成像质量的性能指标主要有两个：量子探测效率（DQE）和空间分辨率。DQE决定了平板探测器对不同组织密度差异的分辨能力；而空间分辨率决定了对组织细微结构的分辨能力。考察DQE和空间分辨率可以评估平板探测器的成像能力[3]。

2 FPD的校准

尽管DR平板探测器技术已经非常成熟完善，但DR平板在日常使用中的不确定因素以及其使用一定年限后的正常变化，都会引起平板探测器上不同像元在同样的X射线剂量辐射的情况下产生不同输出信号[4]。由平板探测器引起的图像质量缺陷主要表现在以下几个方面：

（1） 随机噪声（random noise）。在探测器中，从射线到可见光的转换以及后续的光电转换和模数转换等都伴随有随机噪声；另外，由于探测器的像元数据是逐行读出的，对指定行的采样瞬间也不可避免地要受到相邻行的影响。

（2） 偏置误差（offset）。在没有X线照射的情况下，由于光电二极管和薄膜晶体管的漏电流以及数据采集电路中电荷放大器零点漂移的影响，探测器各像元仍有一定的输出值，这就是偏置误差。

（3） 有瑕疵像元（defective pixels）和像元响应的不一致性（response nonuniformity）。瑕疵像元是指不能依据射线强度做出合理响应的像元，探测器在均匀强度X线照射下，各像元响应的不均匀程度就称为像元响应的不一致。

因此，根据DR质量控制管理的要求，应定期对平板校准，如果长时间不做校准会出现各种伪影，影响使用效果，进而影响疾病诊断。

DR平板的校准主要针对以下几个方面进行：

（1） 偏移量校准：保证在没有X射线入射的情况下像素中读出的数据为0。

（2） X射线校准：获取没有物体遮挡的X射线入射时探测器中读取的图像，用来计算增益系数，在有X射线入射的物体图像之后，通过计算把每个像素的增益系数进行统一，消除不同像素的增益系数不同带来的影响。

（3） 暗度校准：通过程序查找坏点或坏线并记录下来，在通过获取有X射线入射的物体图像之后，依据坏点的位置周围正常点的像素值进行加权，计算出坏点的位置所在点的像素值，提供修复数据。

需要注意的是平板探测器校准需在系统启用或接通电源4h后进行，在校准过程中保证探测器不能移动，平板探测器的温度也不能超过规定的限度（温度10～35℃，湿度20%～75%）[5]，如果平板探测器移动或温度湿度超过规定的限度，则会导致校准失败，因此校准前应让平板探测器在工作或备用状态下，处于一个稳定的温度环境中。

以柯达DR7500为例，平板探测器校准的过程如下：

（1） 退出当前运行的患者检查程序；在主菜单进入实用程序，点击探测器校准，选择偏移量校准，点击开始校准，大约需5～10 min，目的是保证在没有X射线入射的情况下，像素中读出的数据为0。

（2） 进入暗度校准，点击开始校准，大约需25min。目的是通过程序查找坏点或坏线并记录下来，提供修复数据。

（3） X射线校准，校准开始前，将滤线栅抽出，球管焦点与平板中心的距离（SID）设置为180cm，光栅开至最大，准直器插入0.5mm铜板/1.0mm铝板，铜板朝向球管面，点击开始校准，根据提示，进入一系列曝光过程，大约需要30min，完成平板探测器校准。校准完成后，退出校准程序，选择检查数据程序，再进行曝光试验。以上校准过程中不能移动平板探测器。

在没有设备严重故障的情况下，经过平板校准后，图像一般都可以恢复正常。但在校准过程中应严格按照设备使用手册提供的程序进行，即校准的顺序不能变化，X线校准必须在暗度校准成功后才能进行，偏移量校准可以在暗度校准之前做，也可以在X线校准之后做。在所有校准进行过程中，暗度校准和偏移量校准不能中途取消，失败后必须重新校准，而X线校准则可以中途取消，再重新进行。

3 DR的日常质量控制管理

质量控制管理最基本的工作就是做好日常维护管理[6]。只有做好设备的日常维护管理工作，才能使设备始终处于一个良好的运行状态，才能保证由该设备产生的图像能够满足临床诊断的需要，乃至延长设备的使用寿命。为此，要做好DR的质量控制管理工作，应从以下几个方面着手。

3.1 建立组织结构和质量信息系统

为有效的开展质量管理工作，应建立相应规模的质量管理组织。质量管理组织人员应包括科室行政管理者、影像诊断医师、主管质量工作的技术人员、工程师和医学物理师等。质量信息是质量保证体系的基础，通过质量控制达到提高影像质量的目的。信息反馈来源于日常评片的分析结果、影像设备的运行质量检测、有关影响质量管理的相关文献等。

3.2 制定质量保证计划

制定质量保证计划，主要包括质量目标、质量控制、功效研究、继续教育、预防性维护、设备校准和改进措施等。制定的计划应达到以下目的：① 改善影像诊断信息，提高诊断质量，确保影像质量符合临床诊断要求；② 在达到医学诊断目的的情况下，确保受检者和工作人员的辐射剂量达到最低水平；③ 有效的利用资源，节约医疗费用，获得较好的经济效益；④ 确保有关影像技术质量管理的各项制度法规严格执行。

3.3 实行管理工作的标准化和程序化

根据岗位责任制的内容，明确各级各类人员的责任分工及职责和权限。对各类影像设备及其附件都必须进行质量控制管理，具体内容包括：① 质量参数的选定及参数的评价标准、测试方法、频率、允许误差、使用工具和记录表格等；② 购买新设备的程序及验收要求；③ 对设备使用期间的检测和维修计划；④ 技术资料档案的保存和各种数据的收集与汇总分析；⑤ 规定各类人员的培训与考核，并提供参考书目；⑥ 对检测结果的评价及采取的措施；⑦ 制定相关的影像质量标准；⑧ 被检者的辐射剂量限值；⑨ 对质量保证计划实施情况的检查效果的最终评价。

针对我院柯达DR7500具体使用的情况，制定DR质量控制管理内容：

（1） 对DR使用环境的控制。DR系统属高集成度与高技术的设备，维护与保养十分重要。另外，在工作场所，每天都有不少灰尘从设备的散热系统进人设备内部，所以要定期对设备的表面与内部清洁，保证系统各元器件的正常工作。日常检查记录设备运行时使用环境温度和湿度，通常床上探测器为（40±3）℃，胸片架上探测器为（38±3）℃；环境温度控制在25℃左右；环境湿度在60%～70%[7]。这些都是质控人员每日必须要做的质控工作。

（2） 对DR设备机械电气部件的运行状态的控制。检查运动部件（球管、滤线栅等）的工作状态，避免工作状态下对FPD产生较大的冲击和震动；检查设备电源的接地状态；定时阅读FPD的运行记录，查看是否有隐患；同时还必须注意经常保持探测器的清洁，防止平板上积有灰尘影响图像的清晰度和洁净度，破坏成像效果，造成误诊。这些都是质控人员每日、每周和每月必须做的质检工作。

（3） 对设备的计算机系统质量控制。计算机系统也是DR系统的关键设备，它直接影响到DR系统的运行速度和成像质量。所有的图像信息和后处理功能是靠计算机来处理的。为此，应配置不间断电源（UPS），防止突然停电造成检查工作的突然中断和信息丢失。为确保计算机的使用安全，应禁止无关的信息器件与计算机连接，以防止病毒侵入计算机，造成不必要的损失。

（4） 工作人员的质量控制意识。除了上述要点外，相关工作人员的职业素养也很重要，要熟练掌握机器的性能特点，要热爱自己的本职工作，要有质量意识。

4 基于影像质量控制管理的应用质量评价

应用于临床的影像设备是否安全与有效，是否能很好为临床诊断提供有益的参考依据，更好地为病人服务，除了和医务人员的医术医德密切相关，还和医学影像设备自身的质量有密切关联[8]。因此，临床应用中的影像设备存在着一个“应用质量”的问题。

一般应从以下几个方面测试评价在医学环境下的医学影像设备的安全性和有效性：

（1） 安全性：电气、机械、电离辐射等。

（2） 有效性：医学影像设备符合产品标准；符合要求的医疗环境条件；向临床提供检查技术应用的最终结果。

5 小结

DR设备随着医院数字化改造，被普遍应用于临床，其相对于普通X线设备的优越性越来越被广大医务工作者所认可。然而，任何事物都有两面性，DR在信息采集、信息处理、信息输出等成像过程中，每一个环节都可能对影像质量产生影响，数字摄影图像质量的优劣与机器的性能和设备参数的稳定有很大关系。因而，DR的质量控制管理是伴随DR设备使用的全过程的，也是DR使用过程中的一项极其重要的内容。

平板探测器引起的图像质量缺陷，如随机噪声、偏置误差、瑕疵像元、像元响应的不一致性，对DR成像系统的图像产生了严重影响，不利于临床对疾病的诊断。对DR平板探测器的校正是质量控制管理的重中之重。

[1] 王鹏程,张富利.数字化X线摄影平板探测器的研究进展[J].医疗卫生装备,2004,25(2):26-30.

[2] 余建明.医学影像技术学[M].北京:科学技术出版社,2004:143.

[3] 王骏,甘泉.医学影像技术[M].江苏:江苏大学出版社,2008:80-84,362-372.

[4] 周正干,腾升华,江巍,等.X射线平板探测器数字成像及其图像校准[J].北京航空航天大学学报,2004,30(8):698-699.

[5] 薄夫军,张永寿,刘乃智,等.非晶硒DR平板探测器的结构原理及维护保养[J].中国医学装备,2010,7(2):64-65.

[6] 王骏,甘泉.医学影像技术[M].南京:江苏大学出版社,2008:362-372.

[7] 金锡军.环境温度对平板探测器影响的探讨[J].医疗设备信息,2005,20(9):79.

[8] 姜远海,彭明辰.临床医学工程技术[M].北京:科学出版社,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

作者邮箱：liulindong@sina.cn

蒋红兵，研究员级高级工程师，硕士生导师。

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.10.039