康曉斌，王坤，鄢清，李明豫

1.青海紅十字醫(yī)院 設備科，青海 西寧 810000；2.宜賓市計量測試研究所，四川 宜賓 644000；3.成都華科測試新技術研究所，四川 成都 610021；4.遵義市產品質量檢驗檢測院，貴州 遵義 563000

醫(yī)用診斷數(shù)字減影血管造影體模研究及遙控裝置設計

康曉斌1，王坤2，鄢清3，李明豫4

1.青海紅十字醫(yī)院 設備科，青海 西寧 810000；2.宜賓市計量測試研究所，四川 宜賓 644000；3.成都華科測試新技術研究所，四川 成都 610021；4.遵義市產品質量檢驗檢測院，貴州 遵義 563000

為了解決醫(yī)用診斷數(shù)字減影血管造影（Digital Subtraction Angiography，DSA）系統(tǒng)性能檢測及檢測人員操作時不受X射線的輻照，研制了一套改進的DSA計量性能體模裝置。體模的設計采用有機玻璃材料進行加工；模塊的移動采用無線電信號遙控的方法；體模的性能試驗在正常狀態(tài)的DSA系統(tǒng)上進行。研究設計了有機玻璃動脈模擬模塊插件、骨骼模塊插件、對比度線性模塊插件和低對比度分辨力模塊插件；模塊的移動利用遙控驅動裝置。試驗結果表明，在不加載骨骼模塊時，能看到直徑為2 mm的動脈模擬血管，同時能分辨直徑2 mm的模擬血管上1/2血管大小的血管瘤或栓塞模擬體；加載骨骼體模塊后，可以分辨碘濃度為150 mg/cm3、直徑2 mm的模擬動脈；遙控裝置遙控距離＞50 m，移動速度28 mm/s。體模裝置完全符合國家規(guī)程JJG 1067-2011《醫(yī)用診斷數(shù)字減影血管造影（DSA）系統(tǒng)X射線輻射源》要求；應用無線電遙控移動模塊，完全避免了操作時受到X射線的照射。

診斷數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)；性能體模；低對比度分辨力；對比度線性；模擬動脈血管；碘濃度

引言

醫(yī)用診斷數(shù)字減影血管造影（Digital Subtraction Angiography，DSA）系統(tǒng)是X射線照射人體血管里注射一定量造影劑的影像（等同血管內腔的影像），借助電子計算機，通過數(shù)字減影技術將骨骼,脂肪及軟組織的影像減去，從而得到純血管內腔影像（一般就說成是血管影像），通過觀測影像的幾何形狀、尺寸和密度的變化，以檢查血管病變或其他疾病所致的異常,或用于介入治療的裝置。

為了保證DSA系統(tǒng)的減影能力或減影后顯示血管影像的質量，國家及一些地方政府制定了如JJG 1067-2011《醫(yī)用診斷數(shù)字減影血管造影（DSA）系統(tǒng)X射線輻射源》等檢定規(guī)程[1-5]，規(guī)程規(guī)定必須對DSA系統(tǒng)性能進行監(jiān)督檢定。規(guī)定對DSA系統(tǒng)性能中的低對比度分辨力（Low Contrast Resolution）、對比度線性（Contrast linearity）、模擬血管最小分辨尺寸及減影性能等，需要用符合JJG 1067-2011檢定規(guī)程附錄A即《DSA計量性能體模技術要求》要求的計量性能體模進行檢定。

目前，國內多采用進口DSA性能體模，扈尚澤等[6-7]對其應用做了研究，在實際應用中遇到了很多困難，其中最突出的是：在檢測中，操作者必須處于X射線照射之下。因此，一些醫(yī)療單位或計量檢測單位即使購置了進口DSA系統(tǒng)性能體模，也難于開展工作。為了解決這個難題，趙政文等[8]做了努力的工作，研制成了遙控裝置，用于推動進口DSA體模。在控制操作人員的輻射防護和DSA系統(tǒng)的質量方面作者裴瑤等[9-13]做了大量工作及介紹，為本研究提供了參考。

首先研制了新的模擬血管模塊、低對比度分辨力模塊、對比度線性模塊和模擬骨骼模塊，這些都是必不可少的檢測用指標模塊。這些模塊的特點無論在尺寸還是指標的規(guī)定方面都符合我國檢定規(guī)程。其次利用了研制的無線電遙控驅動裝置，使得檢測人員在做各種減影性能指標時，可在操作室隔室操作，避免受到X射線的照射，保證了實驗人員安全。有了這些重大的改進，使DSA系統(tǒng)的監(jiān)督檢測成為實際可行，國家相關檢定規(guī)程 才能夠得到真正的執(zhí)行，從而為DSA系統(tǒng)正確有效的運行提供了保證。遙控裝置的研制使用也為今后對于DSA系統(tǒng)的劑量優(yōu)化做進一步的研究工作提供方便。

1 計量性能體模及遙控驅動裝置的研制

體模及其與之匹配的所有模塊的材料和尺寸都是按照國家規(guī)程要求設計，這是有別于進口體模的重要特點。

1.1 100 mm厚的插件插座模塊

插件插座模塊由有機玻璃制成，是一個在靠上面有一個模塊滑動槽的實體（圖1），其尺寸為厚100 mm×長200 mm×寬200 mm。100 mm的厚度由一塊帶滑動槽體的有機玻璃和一塊適當厚度的有機玻璃板疊加而成?；瑒硬酃┓胖煤透鼡Q其他指標模塊用。采用有機玻璃材料，是因為它對X射線的相互作用與人體軟組織較為接近。這樣，有利于DSA系統(tǒng)工作參數(shù)在正常運行范圍內調節(jié)。進口的這類體模裝置幾乎都是采用有機玻璃，但尺寸大，有點笨重。

1.2 模擬動脈血管模塊

模擬動脈血管模塊，見圖2。在一塊長310 mm×寬152 mm×厚20 mm的有機玻璃板上制作了直徑分別為4、2和1 mm的凹槽，在凹槽里填滿了添加有一定濃度的碘物質，以此模擬動脈血管。碘物質模擬造影劑。每根血管具有簡明確定的血管畸變，上面制作了相應血管1/4、2/4和3/4直徑的突出和凹進，以此模擬血管腫瘤和堵塞（狹窄）。1/4、2/4和3/4直徑的凹進模擬血管堵塞了25%、50%和75%的情況。該模塊有一半是空白，用于減影試驗時做蒙片。

圖1 100 mm厚的插件插座模塊

圖2 模擬動脈血管

這種模擬動脈血管模塊上有3組血管，每血管里的碘物質含量不一樣，分別是300、150和15 mg/cm3。

1.3 低對比度分辨力模塊插件

低對比度模擬血管模塊，見圖3。由一塊長310 mm×寬152 mm×厚20 mm的有機玻璃板制作，在有機玻璃板上制作有3組直線模擬血管，每組有4根，它們的直徑分別為4、2、1和0.5 mm。3組血管的碘含量分別為10、5和2.5 mg/cm3。同前，碘物質模擬造影劑。

圖3 低對比度模擬血管

1.4 對比度線性模塊

對比度線性模塊，見圖4。由一塊長310 mm×寬152 mm×厚20 mm的有機玻璃板制作，在有機玻璃板上有6個衰減圓形。每個衰減圓形都由不同碘當量物質做成，由這些不同厚度的碘物質造成不同的影像對比度。其對比度設計成0.5%、1.0%、2.0%、4.0%、10.0%和20.0%共7個等級。

圖4 對比度線性圓

1.5 模擬骨骼模塊插件

模擬骨骼模塊插件，見圖5。設計了3種厚薄不同的仿骨材料，將其嵌在一塊長192 mm×寬192 mm×厚20 mm的有機玻璃板上。仿骨材料由含鈣物質制成，其最厚的表示骨密度高，中厚的表示骨密度中等，厚度低的為骨密度低，依高中低次第排列。

圖5 模擬骨骼模塊

1.6 無線電遙控驅動裝置

無線電遙控驅動裝置包括5個部分（圖6）：主傳動軸、同步電機、遙控驅動電路、有機玻璃架子和架子掛板。在一側安裝了同步減速電機，帶動主轉動軸轉動，從而靠摩擦力帶動壓在上面的血管模塊作前進后退作直線運動。同步減速電機由可接收無線電信號的驅動電路控制，正反向轉動和停止信號由遙控板發(fā)射。驅動電路和遙控板之間的收發(fā)距離大于50 m，遠遠大于隔離室到DSA系統(tǒng)X線管的距離。

圖6 無線電遙控驅動裝置

遙控板（圖上為標出）可發(fā)射正反向轉動和停止復位信號?？梢栽诟綦x操作室使用遙控板，隔墻控制血管模塊插件的移動，避免了人工操作受到射線的輻照。移動架尺寸長460 mm×寬320 mm×高130 mm?？考茏訏彀鍜煸隗w模上邊。這種采用架子掛板的辦法，不但適合按照國家規(guī)程JJG 1067-2011要求尺寸設計的所有體模，也適合其他尺寸相當?shù)捏w模。

2 體模裝置試驗整體圖

將圖3模擬骨骼模塊插件放置在100 mm厚的插件插座模塊上，再將圖2模擬血管模塊插件插入圖1的滑動槽內。這3件組合在一起，就模擬了人體基本的軟組織-血管-骨骼組成的情況。最后安裝上遙控驅動裝置，見圖8。模擬血管模塊插件在無線電遙控驅動裝置的驅動下，按程序以傳動速度28 mm/s左右運動，傳動速度和移動距離可選。

圖8 減影掃描試驗圖

操作時，有血管的一頭先從主傳動棍插入，同時操作遙控板傳動；先掃描有空白的一頭，此頭做蒙片，接著做血管造影。

3 試驗步驟

將新制作的體模裝置放在工作正常的DSA系統(tǒng)的掃描床上（圖8），影像探測器表面與體模裝置距離30 cm，焦像距（SID）100 cm。試驗步驟為：① 對DSA系統(tǒng)參數(shù)進行常規(guī)設置；② 血管模塊運動速度設定為28 mm/s；③ 在DSA系統(tǒng)機房的操作室，用無線遙控器操作血管模塊運動進行驅動。

4 試驗結果

（1） 減影影像采集。DSA系統(tǒng)采集模擬血管的減影影像，減除了軟組織（有機玻璃）和模擬骨骼的影像后，清楚地顯示出了模擬動脈血管的影像。

（2）動脈血管尺寸。可以清楚顯示出模體中直徑為2 mm的動脈模擬血管，同時分辨出直徑2 mm的模擬血管上1/2大小的模擬血管凹凸畸變。

（3）低對比度分辨力。能夠顯出碘濃度為5.0 mg/cm3，直徑2.0 mm的模擬血管。

（4）對比度線性。用光密度計檢測6個衰減圓片，光密度與設計的對比度的線性度為0.96，好于國家檢定規(guī)程的要求（要求≥0.9）并能夠看到線性對比度為1%的衰減圓的影像。

（5）遙控驅動裝置。驅動可靠，操作簡易；驅動速度設置合適，能夠清楚的顯示減影影像，無拖尾現(xiàn)象。

（6）避免X射線。在操作室里，無線遙控信號可以透過防護水泥墻，試驗人員不需要在開啟X射線機的情況下進機房移動模塊。在操作室里，避免因此而帶來的附加X射線輻射。

5 討論

5.1 動脈血管的減影

在試驗動脈血管的減影時，要將模擬骨骼模塊蓋在動脈血管模塊上，要求得到的影像只顯示動脈血管的影像。減影后的動脈血管影像（截圖），見圖7?？梢郧宄目闯觯玫降难軠p影圖像是清晰的，可以看到碘濃度為150 mg/cm3，直徑為2 mm的血管及其上的該血管直徑1/2大小的模擬腫瘤體或狹窄，這是DSA系統(tǒng)重要的性能要求之一。如果DSA系統(tǒng)的工作不正常，或處于故障狀態(tài)，則看不清楚這些影像。從圖7可以看出再細小的血管，例如1 mm的動脈血管及其上的腫瘤模擬體就看不清楚了。

圖7 減影后的動脈血管影像（截圖）

5.2 低對比度分辨力

這是DSA系統(tǒng)重要的性能指標之一。低對比度分辨力血管影像（截圖），見圖8，影像截圖的左邊是低對比度直線模擬血管的影像?？梢钥吹皆谡５腄SA系統(tǒng)機器上能夠分辨出碘濃度為5 mg/cm3，直徑為2 mm的直線血管。有故障的機器是分辨不出來的。也就是說用這種體?？梢栽囼灆C器是否有故障或機器性能是否合格。

圖8 低對比度分辨力血管影像（截圖）

5.3 對比度線性

對比度線性圓片的厚度是按0.5%、1.0%、2.0%、4.0%、10.0%和20.0%7個等級制作。將7種厚度與相應的透光度（用光度計測量）作相關性計算，得到的相關性系數(shù)（r）應達到國家規(guī)程要求，即r≥0.9。在試驗的正常的機器上本試驗的結果為0.96。說明這個性能指標的設計制作是達到規(guī)程要求的。反過來，說明用這個體?？梢詸z驗DSA系統(tǒng)的對比度線性性能指標是否合格。

5.4 遙控驅動裝置

該遙控裝置的特點：一是無線遙控，可以在已有的DSA控制室內控制放在裝置上的體模塊進退移動，不需要像一些進口產品那樣進入X機房手工移動體模塊；二是此驅動裝置與整個體模主體分離，只是通過架子掛版掛在主體體模上，對其沒有損傷；三是操作方便。在做血管影像減影時，體模塊是要暴露在X射線下移動，用遙控代替人工，可以避免操作人員受到X射線的輻射。

DSA系統(tǒng)是比較普及的血管疾病檢查及其治療監(jiān)測的大型設備，是血管檢查方法的金標準。但是他的缺點是患者和醫(yī)生（手術醫(yī)生）都要接受一定量的X射線照射劑量。如何提高影像質量和使用優(yōu)化劑量，很多學者[9-16]做了大量研究，本體模及遙控自動驅動裝置不單用于DSA系統(tǒng)性能的檢驗檢測，就是對于優(yōu)化劑量的研究也大有用處。

6 結束語

新研制的體模及應用遙控裝置有如下特點：① 滿足按照國家規(guī)程JJG 1067-2011對體模設計的要求；② 遙控裝置通過架子掛板適用于所有按照國家規(guī)程JJG 1067-2011設計的體模，對體模不做改動，掛在上面即可；③ 無線電遙控裝置的應用，實現(xiàn)了隔室操作，完全避免了X射線對操作人員的輻照。

該體模仍然有待改進的地方，如果能把各個指標模塊都做在一塊有機玻璃板上，更顯得簡潔。但是，在做每一個性能指標時，要改變DSA系統(tǒng)參數(shù)。另外遙控驅動裝置顯得有復雜，還可改進，設計得精簡一點。

[1] JJG 1067-2011,醫(yī)用診斷數(shù)字減影血管造影(DSA)系統(tǒng)X射線輻射源[S].

[2] JJG(蘇)70-2007,數(shù)字減影血管造影(DSA)系統(tǒng)X射線輻射源[S].

[3] JJG(冀)081-2005,醫(yī)用數(shù)字減影血管造影(DSA)裝置X射線輻射源[S].

[4] JJG(遼)52-2002,醫(yī)用數(shù)字減影血管造影(DSA)裝置X射線輻射源[S].

[5] GB/T 19042.3-2005,數(shù)字減影血管造影(DSA)X射線設備成像性能驗收試驗[S].

[6] 扈尚澤,胡一斌,姚紹衛(wèi).數(shù)字減影血管造影(DSA)系統(tǒng)性能測試探討[J].計量技術,2008,(4):39-41.

[7] 歐陽墉.數(shù)字減影血管造影診斷學(DSA)[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,2002:102-143.

[8] 趙政文,姚紹衛(wèi),朱立祥.DSA性能檢測模體自動推射裝置[J].中國計量,2010(4):71-72.

[9] 裴瑤.烏魯木齊數(shù)字減影血管造影輻射防護狀況調查與評價[D].烏魯木齊:新疆大學,2015.

[10] 安文昊,屠波,朱永麗,等.數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)的質量檢測[J].中國醫(yī)療設備,2011,26(12):25-27.

[11] 關為國,姜森,黃光鐵.對數(shù)字減影血管造影(DSA)系統(tǒng)計量檢測介紹[J].工業(yè)計量,2013,(s1):79-80.

[12] 丁力,黃成偉,張中偉,等.一種數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)檢測方法[J].計量技術,2008,(5):26-27.

[13] 胡一斌,扈尚澤.數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)性能檢測試和質量控制[J].中國醫(yī)療設備,2014,29(9):53-55.

[14] 趙雷,王鵬程,唐峰.數(shù)字化血管造影劑量優(yōu)化研究的進展[J].醫(yī)療衛(wèi)生設備,2006,27(5):24-26.

[15] 趙雷,徐龍春,唐峰,等.數(shù)字化血管造影的劑量優(yōu)化研究[J].中國醫(yī)學物理學雜志,2010,27(3):1837-1839.

[16] 劉建魯,王鵬程,侯立霞.數(shù)字化血管造影劑量優(yōu)化研究進展[J].中國醫(yī)學物理學雜志,2013,30(2):4015-4019

Study of Medical Diagnostic Digital Subtraction Angiography and Design of Remote Control Device

KANG Xiaobing1, WANG Kun2, YAN Qing3, LI Mingyu4
1.Department of Equipment, Qinghai Red Cross Hospital, Xining Qinghai 810000, China; 2.Yibin Institute of Metrology and Measuremen, Yibin Sichuan 644000, China; 3.Huake Institute of New Measurenent and Testing Technology, Chengdu Sichuan 610021, China; 4.Zunyi Product Quality Inspection and Testing Institute, Zunyi Guizhou 56300, China

In order to solve the medical diagnostic digital subtraction angiography (DSA) system performance test and prevent the test personnel operation from affecting by X ray irradiation, the present study developed a set of improved DSA phantom for measuring the performance of the body. Phantom was designed by using organic glass materials processing. Module of mobile radio remote control method was adopted. Phantom of the performance test was conducted on normal DSA system. Plug-ins of organic glass artery simulation module plug-in, skeleton module, contrast linear module and low contrast resolution module were designed.The movement of the modules was controled by remote control device drivers. The experimental results showed that 2 mm diameter of simulated artery blood vessels without loading the skeleton module could be seen, and a hemangioma or embolization simulation of 1/2 blood vessels in the simulated vessel with 2 mm diameter could be distinguished without loading the skeleton module. After loading skeleton module, an iodine concentration of 150 mg/cm3and a diameter 2 mm simulated artery could be distinguished. The remote control remote control distance was away from 50 m, and the movement speed was 28 mm/s. Conclusion Phantom device is completely in conformity with the requirements of national rules JJG 1067-2011Medical Diagnosis Digital Subtraction Angiography(DSA)System X Ray Radiation Source. Application of wireless remote control mobile module can completely avoid the X ray irradiation when operating it.

diagnosis of digital subtraction angiography system; phantom performance; low contrast resolution; contrast linearity;simulated artery; iodine concentrtion

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.12.010

1674-1633(2017)12-0044-04

2017-04-21

2017-05-15

李明豫，高級工程師，主要研究方向為醫(yī)療設備檢定及校準。

通訊作者郵箱：21432198@qq.com

本文編輯 袁雋玲