實時黑白（B-mode）超聲系統的質量控制檢測流程

張冠石

《中國醫療設備》雜志社研究中心，北京 100022

1 簡介

醫用超聲成像系統是醫學影像系統中較為可靠、事故較少的一種，但即便如此，醫院仍需對超聲系統制定質量控制的計劃和策略。一臺儀器的測量結果出現偏差總是由小的偏差開始，逐漸發展為超出正常范圍的異常結果。質量控制測試可以在測量誤差未超出允許范圍前發現上述誤差，據此設備的使用和維護人員便可以采取相關措施將其導回正常的水平。

醫用超聲系統的質量保障體系應當包括：質量控制測試、預防式維護、儀器校準、使用者培訓、新儀器裝機測試和驗收等[1-6]。

2 質控時間表

我們將超聲系統質量控制測試分為兩種：常用測試內容和非常用測試內容。其中常用測試內容包括超聲系統硬件完整性和工作狀態、顯示器顯像質量、圖像內一致性、成像深度、垂直分辨率和水平分辨率等。常用測試包括的各項內容均用時較短，平均每臺超聲儀器完成一組測試的時間應控制在15 min之內。非常用測試包括更多內容，而且也會占用更長的時間，一般會在2 h左右[7]。

常用測試和非常用測試的頻率也應有所不同。對于急診室內和機動的超聲系統，應當每3個月實施一次常用測試，其余超聲系統半年一次。非常用測試應當每年進行一次。根據此測試頻率，醫院應當針對每臺超聲系統指定質控測試時間表，并嚴格執行。

每輪質量控制測試得到的結果都需要妥善保存，以作為后續測試的參照，并用來作為儀器表現趨勢分析的原始數據。

3 質量控制流程

從上文可知，一臺超聲成像系統的質量控制流程應當包括多種測試，維護人員需要測定多個參數，并根據這些數據對系統進行多方面的性能評測。

3.1 基線測量

為評價一臺超聲成像系統的性能，維護人員需要對多個功能參數進行測量，而且為了使這些參數數值能準確反應系統的功能水平，維護人員還需要測量并確定該參數的標準值以及可接受范圍，也就是進行數據的基線測量。

性能參數的基線數值表現的是某系統在該性能上能夠達到的最高水平。通常情況下，一臺新的超聲系統安裝并驗收后，應當馬上進行一次基線測量，并保留測量結果作為比對的標準。在每次校準后，也應立刻進行基線測量，并將結果與初次測量結果進行比較，以確定現有系統是否在正常運轉范圍內。

3.1.1 質控過程中的超聲系統參數設置

超聲系統的質控流程是通過掃描仿真體模實現的。在使用的體模質地近似人體組織的情況下，維護人員應當將超聲系統的系統參數設置為掃描病人時所用的數值，并在掃描體模的過程中進行微調以獲取最佳的成像效果。確認獲得最佳成像效果后，維護人員應當將設置的參數悉數記錄備案，每次進行質控操作時均使用該組參數。需要調整并記錄備案的系統參數包括：動態范圍、灰度曲線、人體部位掃描方案選擇、系統功率、信號增益水平、時間增益補償以及焦距設置等。

對于記錄在案的質控流程參數設置，維護人員應當確保對于每組超聲設備-探頭組合都有一組參數設置記錄，并且每次進行質控測量時都使用該組設置，以確保質控測量結果的可比性。

3.1.2 測量基線數據

對基線數據的測量應當在每次系統維護和校正后進行。維護人員需要首先配置使用質控流程參數設置，然后按照下文所描述的方法對各個數據進行逐個測量，并將結果逐一記錄。

3.1.3 參數范圍設定

生產超聲系統的廠家會對每個測量參數設置可接受范圍，通常的表現形式是“可接受下限，可接受上限”或“數據±可接受范圍”。使用和維護超聲系統的相關人員應當為該系統的測量結果設定更嚴格的正常范圍，從而避免實際結果超出廠家設定的可接受范圍。一般而言，正常范圍可以設定為“數據±（0.5～0.75）可接受范圍”（圖1）。

3.2 常用檢測

超聲系統常用測驗的內容包括設備和成像結果兩個方面。其中設備方面的檢驗包括設備的外觀和完整性以及顯示器性能。設備層面的質量控制是為了排除硬件因素帶入的成像結果誤差。成像結果的質量控制測驗包括對圖像一致性、成像深度以及成像分辨率等參數的校準。

3.2.1 設備外觀和機械性能的檢測

設備完整性是一部超聲系統能行使正常功能的結構基礎。使用和維護人員應當按照儀器說明書的相關內容定期檢查超聲系統的外觀和機械性能。

3.2.2 顯示器性能檢測[8-10]

超聲影像是通過顯示器展示給醫護人員的，因此對顯示器性能的測試和校正將成為超聲系統正常功能及后續質量控制測試內容的基礎。對于顯示器性能的測試主要圍繞顯示器的對比度和亮度進行。

3.2.3 圖像一致性檢測

超聲系統圖像一致性是指超聲成像系統對性質相同而位置不同的材質進行成像時得到的信號應當相同或相似。在實施這項檢測時，維護人員應使用被檢測的超聲系統對質地均勻、材質完全一致的仿生體模進行成像，并觀察得到的圖像信號是否體現出全幅一致性。如果在超聲成像結果中發現嚴重的不一致情況，需要立刻進行校準。圖像一致性出現問題可能是以下因素的結果：超聲換能器中壓電單元損壞；探頭接口或電路板中觸點損壞；圖像處理硬件或軟件出現問題。

3.2.4 成像深度檢測

超聲成像系統的靈敏度決定了該系統所能探測到的最弱回聲信號，在臨床應用中，這項參數可以用超聲系統能“看”到的最深位置來表示。影響超聲系統最大成像深度的因素有：掃描脈沖頻率、輸出脈沖功率、信號增益、時間增益補償、焦距及超聲系統的電子噪聲等。

3.3 非常用檢測

3.3.1 低回聲目標成像檢測

對低回聲目標（例如人體組織內的囊腫）的成像結果檢測是用來確定超聲系統對圓形、超聲信號低于周圍組織目標的成像能力。這項能力可能受到超聲系統空間分辨率、成像對比度、成像一致性及電子噪聲、旁瓣超聲信號以及圖像處理軟件等因素的影響。

3.3.2 軸向分辨率檢測

超聲系統的軸向分辨率指的是該系統在超聲射線方向上分辨相鄰的不同大小物體的能力。軸向分辨率由掃描時使用的超聲脈沖長度或脈沖時長。正常情況下，超聲脈沖越短，軸向分辨率越高。

3.3.3 橫向分辨率檢測

超聲系統的橫向分辨率指的是該系統在成像平面（垂直于超聲射線方向的平面）上分辨相鄰目標的能力。超聲系統的橫向分辨率與超聲脈沖的寬度、聚焦情況、參與掃描的壓電單位數量以及信號增益有關。

3.3.4 環暈偽像的檢測

環暈偽像是指超聲系統無法對緊鄰超聲探頭界面的部位進行成像的現象。該現象與超聲探頭-人體組織界面上的高頻振蕩現象有關，該振蕩主要由超聲脈沖前半部分的近距離回聲與后半部分相互作用產生。

4 結論

對醫用超聲系統的成像效果進行質量控制是一項很有意義、也很重要的工程。醫用超聲系統的成像效果會隨著使用過程逐漸降低，伴隨各種成像瑕疵的出現。本文從質控流程規劃和內容制定等方面闡述了一套超聲質量控制流程應當包括的內容，突出了質量控制流程定時化和標準化的要求。

[1]Goodsitt MM,Carson PL,Witt S,et al.Real-time B-mode ultrasound quality control test procedures[J].Medical Physics,1998,25(8):1385-1406.

[2]J E Gray,N T Winkler,J Stears,et al.Quality control in diagnostic imaging[J].Medical Physics,1983,10(6):920-921.

[3]NCRP Report No.99.Quality assurance for diagnostic imaging[A].National Council on Radiation Protection and Measurements[C].Bethesda,1988.

[4]AIUM.Methods for measuring performance of pulse-echo ultrasound equipment-part II: digital methods (stage 1)[A].In American Institute of Ultrasound In Medicine[C].Laurel,1995.

[5]AIUM.Quality assurance manual for gray scale ultrasound scanners (stage 2),[A].In American Institute of Ultrasound In Medicine[C].Laurel,1995.

[6]Gammex RMI.The Ultrasound QA Cookbook[M].Middleton,WI:Gammex RMI,1994.

[7]ACR.Mammography Quality Control Manual[M].Reston,VA:American College of Radiology,1994.

[8]J M Kofler,J E Gray,J T Fuelberth,et al.Quantitative evaluation of low-cost frame-grabber boards for personal computers[J].J Digital Imaging,1995,8(4):191-197.

[9]J J Rownd,E L Madsen,J A Zagzebski,et al.Phantoms and automated system for testing the resolution of ultrasound scanners[J].Ultrasound Med Biol,1997,23(2):245-260.

[10]J E Gray,K G Lisk,D H Haddick,et al.Test pattern for video displays and hard-copy cameras[J].Radiology,1985,154(2):519-527.