近年来随着核物理、影像技术和计算机技术的高速发展以及这些技术的有机结合, 使传统的影像增强-电视透视成像系统数字化, 模拟的X射线影像经模数转换成为数字化影像, 降低了病人的受照剂量, 提高了影像质量, 并使系统具有了一系列新的功能。如可随时采集、储存影像, 可随意调用、复制和放大缩小影像, 还可通过网络进行远距离传送等。因此数字透视设备近几年飞速发展。如何保证这些设备的正常运作, 产生满足临床要求的优质影像已成为迫切需要解决的问题。本文简要介绍数字、模拟透视系统共有的质控检测参数, 着重讨论数字系统特有的检测内容, 以及数字减影成像(DSA)功能的检测。

1 X射线发生系统的检则

X射线发生系统是任何透视设备的基础, 只有当X射线穿过具有不同衰减系数的物质并被影像增强系统接收后, 才能产生可见影像, X射线发生系统的性能对成像质量有重大影响。对它的检测至少应包括以下参数:①管电压的准确性; ②半值层; ③每毫安秒的输出量; ④焦点尺寸。我们在高管电流和低管电流条件下分别检测了以上参数。

2 影像增强器的检测

影像增强器检测的内容主要包括:①影像对比度; ②中心空间分辨率; ③边缘空间分辨率; ④转换因子。如在检测中发现影像增强器不能达到要求, 则应暂停进一步对数字系统进行检测, 而应对它进行调整, 只有达到要求后才能继续检测。

3 数字、模拟透视系统共有的检测

内容数字系统相对模拟系统最大区别是在TV摄像机和TV监视器之间增加了数字化模块。此模块把从摄像机得到的模拟信号转化为数字信号, 这样我们就能应用末幅图像冻结、窗宽窗位调节、边缘增强和降噪等数字功能。然后再把信号转化为监视器能接收的模拟信号。数字化模块应对成像质量无不良影响, 也就是说它对模拟系统所拥有的功能无影响, 如自动亮度控制功能等。所以我们首先应象检测模拟系统那样对数字系统进行检测, 主要检测参数有:①监视器成像野的大小; ②增强器入射面剂量; ③受检者皮肤入射剂量; ④伪影; ⑤图像畸变; ⑥高对比分辨率; ⑦低对比分辨率等。

4 数字透视系统特有的检测参数 4.1 降低噪声功能(Noise Reduction)

在一般情况下, 数字系统使用简单的帧平均技术, 可以降低影像的噪声, 提高低对比度分辨率。一些更复杂的技术如运动适应平均技术(Motion Adaptive Averaging)能分析每一像素值, 并且当探测到影像在运动时会自动消除运动产生的噪声。无论如何, 当系统具有降噪功能时, 应在使用和不使用此项功能的情况下分别检测影像的低对比分辨率和空间分辨率, 并比较它们的检测结果。当降噪功能有效时, 这两个分辨率应有较大提高。

4.2 边缘增强功能(Edge Enhancement)

许多系统具有像素滤过或空间频率滤过等功能, 这些功能使系统获得的影像边缘更加清晰, 高对比分辨率增加, 同时也不可避免地使噪声增大, 系统所使用的滤过函数决定噪声增大的程度。因此当被检测系统具备此项功能时, 应在使用和不使用此项功能的条件下分别测量影像中央和边缘的空间分辨率和低对比分辨率, 影像边缘的分辨率在边缘增强功能有效时有明显改善, 而中央分辨率则不受影响。

4.3 自动对比度增强(Automatic Contrast Enhancement)

它的主要作用是使透视时监视器显示的每帧图像的对比度都尽可能大。首先系统确定所要显示的每帧图像的亮度的层次数, 然后应用传递函数γ(transfer function)自动设定显示用的窗宽和窗位, 在显示器性能许可的范围内, 使影像层次最分明。某些系统还使用非线性gamma传递函数, 使影像特别亮部分的层次也较分明。另处一些系统甚至能感受到环境的亮度变化, 并对影像进行亮度补偿。因此自动对比度增强功能工作正常时将能提高低对比分辨率和对比度动态范围, 使系统分辨细节的能力增强, 否则将有负作用, 使影像质量反而不如没有此功能的系统。在检测时必须了解自动对比度增强单元的工作原理, 如系统的敏感区域(sensingarea), 这个区域通常在中心, 并可进行调节, 另外检测体模的大小和位置也会影响检测结果。

4.4 末幅图像冻结(LastImage Hold)

从理论上来说, 图像冻结前后应完全一样, 但这通常很难办到, 因为显示器的帧频一般为每秒几十帧, 人眼所感觉到的末幅图像往往是最后几幅图像共同作用的结果, 和计算机所捕捉到的最后一幅图像不可避免的有一定差异。因此目前大多数系统把冻结前的几幅图像进行平均的结果作为末幅图像显示, 而被平均的最后几幅图像的数量可调。所以检测影像质量时, 应考虑被平均图像的数量对检测结果的影响。另外, 某些系统会减少末幅图像显示矩阵的大小, 这会影响空间分辨率, 检测时应注意。

4.5 降低剂量模式(Reduce Dose Mode)

数字透视系统降低受检者受照剂量的方法有两种, 一是人为设定数字系统的影像增强器入射剂量低于模拟系统, 并通过对影像信号进行一定的处理, 最终保证数字系统的影像质量不低于模拟系统。第二种方法是使X射线发生器处于脉冲工作方式, 脉冲频率一般为每秒几十字段(fields/sec)。此时病人受照剂量降低, 而影像质量无明显变化。因此, 对系统低剂量模式下的影像分辨率进行检测时, 应先确定其工作原理, 然后再比较正常模式和低剂量模式的影像质量, 两者之间应无明显差别。

5 实时数字减影血管成像功能(DSA)的检测

实时数字减影血管成像功能是数字透视系统特有的功能, 对它的性能的描述需用一组独特的参数, 而检测则需专用体模和插件。

5.1 检测体模和插件 5.1.1

X射线衰减体模, 它由四部分组成, 第一第二部分为阶梯状体模, 它们组合在一起就是一均匀体模(或叫一致性体模)。第三部分为一均匀体模, 中间有槽, 可放入各种插件。第四部分为骨体模, 可用来模拟人的骨组织。这套体模由2-甲基丙烯酸或组织等效塑料制成, 可通过重叠或组装来模拟人体各部分的厚度。阶梯状体模对X射线衰减的动态范围大于15:1, 它可满足检测中对信号动态范围的要求。骨体模可用来模拟DSA检查中信号动态范围的极限以及用来评价高对比结构对X射线的硬化作用。

5.1.2

空白插件(blankinsert), 空白插件由和X射线衰减体模同样材料制成, 它主要用来获得蒙片(mask image)。

5.1.3

血管模拟插件, 此插件中有多组粗细不同的管道, 用来模拟血管, 它们的直径分别为0.5, 1, 2和4mm。这些管道中充满了造影剂, 但每组管道中造影剂的浓度是不同的, 一般为10mg/m³, 5mg/m³, 2.5mg/m³, 用来模拟临床使用的各种造影剂浓度。

5.1.4

低对比线对插件, 它上面有多组矩形槽, 槽的深度均为1mm, 每组槽代表一定的分辨率, 它们分别为0.1251p/mm到11p/mm, 槽中的碘造影剂浓度都相同。此插件用来确定在某一特定影像对比度下, DSA系统的分辨能力。它的功能与前者血管模拟插件相同, 但它的检测结果比前者更客观, 可作定量分析, 观察者的不同对结果影响不大。

5.1.5

对比度线性插件, 由和其它插件相同的物质制成, 大小也相同, 只是它的表面有一圈孔, 每一孔中的造影剂浓度都不同, 它们分别为0.5到20mg/cm, 代表不同的影像对比度。

5.1.6

伪影检测插件, 它为一1.6mm厚的均匀铝板, 铝板上布满3.2mm直径的小孔。

5.2 检测内容: 5.2.1

空间分辨率(SpatialResolution), 它表征了DSA系统对相邻高对比度物体或血管的分辨能力。空间分辨率可用调制传递函数(MTF)来描述, 但MTF的测量非常复杂, 通常我们用线对卡来测量, 用视觉截止(极限)频率来描述。影响系统空间分辨率的因素很多, 主要有影像增强器分辨率、系统几何放大倍数、X射线管焦点尺寸和电视系统分辨率等。在经减影和未经减影情况下, 系统在垂直、水平和45度三个方向上的分辨率都应不低于说明书的要求。

5.2.2

低对比度分辨率(Low Contrast Performance), 相对于常规X射线透视、摄片机来说, DSA系统的低对比度分辨能力有了很大提高, 因此这个参数是DSA质控检测中最重要的内容之一。系统的低对比度分辨能力主要受几何放大倍数、像素大小、X射线束质和X射线辐射量等因素的影响。检测时, 把空白插件插入15cm厚的均匀衰减体模中, 使用临床常用几何条件, 制作蒙片影像。保持成像条件不变(如kV, mAs等), 在空白插件位置插入血管模拟插件或低对比线对插件, 制作减影影像。改变体模厚度并重复以上操作。在显示器上观察减影影像, 调节观察条件如窗宽和窗位等使影像最清晰, 检测结果应不低于设备说明书的要求。

5.2.3

对比度的一致性(Contrast Uniformity), 通常DSA系统使用视频信号对数处理电路来保证血管影像对比度的一致性。对于常规透视、摄影设备, 在不同厚度或密度的组织覆盖下的血管虽充有密度相同的造影剂, 而它们的影像对比度是不同的。对于DSA系统, 这些血管影像对比度是相同的, 即使覆盖血管的组织的密度和厚度变化很大, 也能通过调节对数处理电路使这些血管影像的对比度相同。检测时, 使用阶梯状体模, 分别插入空白插件和血管模拟插件获得蒙片和模拟血管减影影像。检测中必须使用对数放大器, 模拟血管应与体模的阶梯垂直。然后再加上骨体模, 分别取得蒙片和血管减影影像。当模拟血管穿过不同厚度的阶梯以及骨体模时, 它的减影影像对比度和直径应保持不变。如系统对比度一致性不能达到要求时, 则需对对数放大电路进行调整。

5.2.4

空间一致性(Spatial Uniformity), 较好的空间一致性表示在系统成像野内的放大系数是一致的。由于增强器的入射面不是理想平面, 以及电视系统和增强系统的非线性的影响, 要得到较好的空间一致性是困难的。如果系统空间一致性得不到满足, 影像就会产生严重畸变。检测时把空白插件和血管模拟插件先后插入均匀体模(非阶梯状体模)分别得到蒙片和血管减影影像。在显示器上用电子标尺测量影像中心和边缘血管的尺寸, 或把影像硬拷贝后用尺测量。它们的尺寸不应有明显差异, 否则应对系统进行检修。

5.2.5

对比度线性(Contrast Linearity), DSA系统的对数处理电路的另一优点是它能使影像的对比度与碘造影剂的厚度成正比, 而且不受X射线剂量的影响。系统的对比度线性不仅与对数处理电路有关, 而且受影像增强器、电视系统和模数转换电路线性的影响。因此这个参数是对系统整体线性性能的综合反映。

5.2.6

伪影(Artifact), 对于正常的DSA系统, 在背景中高对比度结构影像如骨、金属等应完全被减去, 否则会产生伪影。伪影主要是由电视系统的不稳定性和影像增强器电源电压不稳定性等因素引起的, 它是系统工作状态不良的反映, 在临床上是不能接受的。