成像时间是评估医用数字 X 射线摄影（digital radiography，DR）系统性能的重要技术指标之一，国家医药相关标准对其做了明确定义 ^[1-3]，是指 DR 系统从曝光开始至屏幕显示满足诊断要求（完成一次图像采集）所需的时间，反映设备的成像性能及综合质量，且直接影响医师的工作效率 ^[4] 及用户体验。因此，科学、客观地评估测量 DR 系统成像时间具有重大意义。检测 DR 系统成像时间的方法主要为人工观测法，但该方法依赖人工观察，无法满足测量精度要求。本研究阐述 DR 成像的过程，同时依据国家医药相关标准和成像过程中的标志特征，提出了基于传感器测量 DR 成像时间的探测法，并与观测法进行比较，探讨其稳定性、复现性及准确性，现报道如下。

1  DR 系统成像时间概述

目前，DR 成像的主要工作程序分为以下 3 个阶段 ^[5]。（1）开始阶段。高压发生器根据预设的式及参数为 X 线管提供高压和电子以产生 X 射线，X 射线穿透人体到达 X 射线影像探测器探测层的闪烁体，闪烁体吸收一定量的 X 射线并产生荧光效应，使闪烁体材料分子和原子处于激发态并于退激作用下产生可见光。（2）中间阶段。光点二极管收集可见光并发生光电效应 ^[6-7]，将入射光信号转变为电信号，薄膜晶体管（thin film transistor，TFT）阵列中的存储单元会收集并存储电信号，其存储的电荷量与入射的 X 射线强度呈正相关。（3）结束阶段。探测器外围辅助数据处理电路扫描读取 TFT 存储单元中的电荷，增益放大模块将电信号放大，模数转换电路系统将电信号转换为数字信号，图像处理系统运用图像算法将数字信号转换为数字图像并于显示系统呈现。

2  两种成像时间的测量方法比较

2.1  测量方法

采用两种方法同时测量 MobiEye 700T 移动式X线机的成像时间。X射线源为 CANON E7894X管组件、Mindray MHV700 高压发生器、Mindray CX700 限束器，焦点尺寸为 0.6/1.2 mm；平板探测器为 Mindray MPX3543R 碘化铯闪烁晶体非晶硅探测器，单个探测器单元尺寸为 0.140 mm，采集矩阵为 2 560×3 072，有效数据位数为 16bit，采用2.4 GHz 或 5.0 GHz 频段无线传图。实验于 X 射线屏蔽机房中完成，平板探测器平放于实验台上，X 射线基准轴垂直于平板探测器入射面，与平板探测器入射面中心点重合；X 射线球管焦点与影像接收面的距离为 1 m，厚度为 2.5 cm，纯度为 99% 的铝板覆盖 X 射线野。测量部位为胸部、腹部、头部、手部。

（1）人工观测法。采用 CASIO HS-80TW 秒表（精度 0.01 s）进行计时，实验前测量人员经规范培训且准备充分。X 射线机曝光产生 X 射线时，其支撑立柱顶灯黄色指示灯亮起，故测量人员观察到黄色指示灯亮即启动秒表开始计时，并同时观察台车工作站，当显示图像满足诊断需求时结束计时，秒表所记录的时间为 X 射线机的成像时间。本研究以测量 5 次的均值为最终值。（2）传感器探测法。采用图 1 所示的测试工装进行测量。测试工装包括是德科技（中国）有限公司生产的 DSOX3022T 双通道示波器 1 台（带宽 200 MHz、采样率 5 GSa/s）、自制 X 射线传感器（由闪烁体与光电传感器组成）、光电传感器。已知实验环境的固有误差为 1.65 ms，X 射线传播时间 < 1 ns^[8]，光电传感器响应时间为52 μs ^[9]，示波器上升计算时间为 1.75 ns，通道间延时为 ± 100 ns，示波器最大示值误差为 1.6 ms。选取 X 射线机预置的 4 个摄影部位测试成像时间，加载条件如下，胸部前后位：80 kV/320 mA/20 ms；腹部前后位：80 kV/320 mA/50 ms；头颅后前位：75 kV/320 mA/32 ms；手后前位：60 kV/160 mA/16 ms。将 X 射线传感器置于限束器下方，光电传感器置于台车工作站显示屏表面。将示波器设置为上升沿触发方式，触发通道为 X 射线传感器端。开始曝光时，X 射线传感器会采集 X 射线并将其转换为上升沿电信号，触发示波器采集产生 X 射线的瞬态时间，当台车工作站显示图像满足诊断需求时，显示界面亮度会发生变化，光电传感器可探测该变化并产生上升沿信号（图 2）。双通道示波器测得两通道上升沿信号的时间差即为成像时间 [6]。分别对每个摄影部位进行 5 次测量并取均值。

注：①为光电传感器，②为 X 射线传感器，③为闪烁体，④为双通道示波器。

图 1 成像时间探测法测试工装示意图

图 2 成像时间探测法测得波形

2.2  测量结果

（1）两种检测方法的成像时间比较传感器探测法采用的测量工装固有误差较小（最大占比小于 0.5‰），因此本实验数据分析不考虑其影响。探测法测量胸部、腹部、头颅、手的成像时间标准差均低于人工观测法，见表 1。观测法测量不同部位的成像时间标准差连线起伏较大，最大值为 0.092 s，最小值为 0.055 s，测量结果稳定性较差；探测法测量不同部位的成像时间标准差连线趋于水平，标准差均小于 0.03，测量结果较稳定，见图 3。

表 1 两种检测方法的成像时间比较

注：Mean 为平均值，RMS 为均方根，STD 为标准差。

图 3 不同部位成像时间的测量标准差比较

3  讨论

实验证明，传感器探测法测量 DR 系统成像时间可有效消除人工观测法产生的测量误差，测量结果更稳定、易复现，且准确性更高。分析原因为，人工观测法是通过测量人员观察 X 摄影系统的状态指示灯、监视器来判断设备产生 X 射线的瞬态时刻及设备显示符合诊断需求图像的时刻，计算 2 个时刻的差值判断成像时间。但是，不同测量人员的主观判断等个体差异会导致测量误差 ^[10-11]。而且，目前 DR 设备的成像性能及成像速度都得到了优化，最快的 DR 设备成像时间不超过 3 s^[12]，人工测量的反应速度难以与设备匹配，因此人工观测法已经无法满足未来医疗设备发展的需求。传感器探测法基于 DR 设备的曝光过程特征，通过双通道示波器测试平台实现成像时间的测量。首先，利用 X 射线激发闪烁体产生可见光 ^[13]，通过光电传感器将曝光起始瞬态信号转换为电信号，并输入示波器以记录 X 射线管启动时刻（上升沿触发）。其次，通过另一光电传感器监测影像稳定时刻，即信号波动范围小于 5% 且持续 100 ms 的时间点。最后，计算双通道采集的时间差值即为成像时间。传感器探测法具有较好的精度及可重复性，可排除人工测量的干扰，因此传感器探测法测量结果更稳定。

【参考文献】

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