陸建榮，徐 桓，劉曉軍 ，斯海臣

總后勤部衛(wèi)生部藥品儀器檢驗(yàn)所，北京 100071

醫(yī)用診斷X射線(xiàn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)輻射條件的建立

陸建榮，徐 桓，劉曉軍 ，斯海臣

總后勤部衛(wèi)生部藥品儀器檢驗(yàn)所，北京 100071

目的 解決目前國(guó)內(nèi)醫(yī)用診斷X射線(xiàn)機(jī)劑量計(jì)的校準(zhǔn)需求，建立用于校準(zhǔn)劑量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)輻射條件。方法 本研究依據(jù)IEC 61267:2005標(biāo)準(zhǔn)，采用激光標(biāo)線(xiàn)對(duì)空間進(jìn)行定位，并進(jìn)行了定位精度的不確定度分析；使用標(biāo)準(zhǔn)劑量計(jì)對(duì)輻射強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，確定RQR3/5/8/9/10輻射質(zhì)的附加過(guò)濾厚度。結(jié)果 通過(guò)測(cè)量、分析和計(jì)算，確定了定位系統(tǒng)引入的不確定度；通過(guò)測(cè)量半值層對(duì)輻射劑量的衰減量，確定了附加過(guò)濾的厚度。結(jié)論 此輻射場(chǎng)的各項(xiàng)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)IEC 61267:2005的要求，可以用于建立醫(yī)用診斷X射線(xiàn)機(jī)劑量計(jì)校準(zhǔn)裝置。

X射線(xiàn)機(jī)；X射線(xiàn)機(jī)劑量計(jì)；空間定位激光；環(huán)境監(jiān)測(cè)儀

1 輻射場(chǎng)的組成

本研究依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC61267:2005《Medical diagnostic X-ray equipment radiation condition for use in the determination of characteristics》建立標(biāo)準(zhǔn)輻射條件[2]，其輻射場(chǎng)系統(tǒng)由醫(yī)用診斷X射線(xiàn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)劑量計(jì)、空間定位激光、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器組成（圖1）。標(biāo)準(zhǔn)劑量計(jì)用于對(duì)X射線(xiàn)機(jī)產(chǎn)生的輻射場(chǎng)空間內(nèi)各點(diǎn)的輻射劑量進(jìn)行測(cè)量，空間定位激光用于確定輻射場(chǎng)空間內(nèi)不同位置的坐標(biāo)，環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器檢測(cè)試驗(yàn)環(huán)境內(nèi)的溫度、大氣壓和濕度。

圖1 輻射場(chǎng)系統(tǒng)組成圖

2 標(biāo)準(zhǔn)輻射條件的參數(shù)設(shè)定

醫(yī)用診斷X射線(xiàn)機(jī)的管電壓輸出范圍從40～150 kV，在這個(gè)范圍內(nèi)產(chǎn)生的X射線(xiàn)的波長(zhǎng)隨著管電壓的變化而變化。對(duì)應(yīng)每個(gè)管電壓值產(chǎn)生的X射線(xiàn)包含波長(zhǎng)范圍不同，波長(zhǎng)的變化和管電壓不成正比例關(guān)系[1]，劑量計(jì)中的檢測(cè)傳感器對(duì)不同波長(zhǎng)的X射線(xiàn)的響應(yīng)也沒(méi)有固定的規(guī)律。因此，在對(duì)劑量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，無(wú)法覆蓋40～150 kV全部連續(xù)管電壓范圍，只能選取其中的幾個(gè)點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)準(zhǔn)IEC61267在標(biāo)定RQR標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)[2]（從X射線(xiàn)源發(fā)射出的輻射線(xiàn)束的標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)）時(shí)選擇了40～150 kV之間的9個(gè)管電壓條件，每個(gè)管電壓值相差10 kV。

3 輻射場(chǎng)空間的定位

從X射線(xiàn)管發(fā)射出的X射線(xiàn)，在空間中呈錐體狀分布，空間中不同位置的輻射場(chǎng)強(qiáng)度并不均勻[3]。為了得到用于校準(zhǔn)劑量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)輻射場(chǎng)，必須確定輻射場(chǎng)空間中特定點(diǎn)的輻射強(qiáng)度，并對(duì)該點(diǎn)的輻射強(qiáng)度進(jìn)行穩(wěn)定性和重復(fù)性評(píng)定。因此，在測(cè)量之前必須對(duì)輻射場(chǎng)空間進(jìn)行定位，定位采用垂直和水平兩個(gè)位置參數(shù)。垂直位置參數(shù)用于確定應(yīng)用平面（一水平并且與射線(xiàn)中心束垂直的平面）與輻射源焦點(diǎn)之間的距離，是應(yīng)用平面中心點(diǎn)與焦點(diǎn)之間的距離，應(yīng)用平面上各點(diǎn)的定位（簡(jiǎn)稱(chēng)水平定位）采用以中心點(diǎn)為原點(diǎn)的二維平面坐標(biāo)。

3.1 垂直定位

垂直定位方法，見(jiàn)圖2。垂直固定一刻度尺，并使刻度尺的零點(diǎn)與X線(xiàn)球管的焦點(diǎn)位于同一水平面上。在刻度尺的對(duì)面垂直固定一立柱，將水平激光儀固定于立柱上，并使其能沿立柱上下平滑移動(dòng)。上下移動(dòng)水平激光儀，使其發(fā)射的水平激光束與應(yīng)用平面在同一水平面上，此時(shí)水平激光束在刻度尺上的投影指示，即為應(yīng)用平面中心點(diǎn)與焦點(diǎn)之間的距離。

圖2 垂直定位示意圖

3.2 垂直定位不確定度的分析

應(yīng)用平面的垂直定位，采用水平激光儀發(fā)射出的水平激光標(biāo)線(xiàn)確定。應(yīng)用平面與管球焦點(diǎn)的距離由鋼直尺的刻度值、鋼直尺零點(diǎn)的位置和實(shí)際焦點(diǎn)位置的誤差、應(yīng)用平面和水平激光標(biāo)線(xiàn)之間的誤差、激光標(biāo)線(xiàn)和垂直鋼直尺之間的讀數(shù)誤差合成，計(jì)算公式如式(1)。

由于式(1)中的各項(xiàng)輸入量相互獨(dú)立，且不等于零，因此距離 的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成方差公式為[4]：

下面分析公式(1)中各參數(shù)引入的不確定度。

（1）從剛直尺檢定規(guī)程JJG 1-1999[5]獲知：1500 mm鋼直尺的示值誤差為±0.27 mm，尺的端邊到第一條線(xiàn)紋的誤差為±0.08 mm，任意線(xiàn)紋之間的示值誤差為±0.27 mm，由此可以推出綜合最大誤差為±0.62 mm，則其相對(duì)半寬度a=0.62/1000=0.062%，服從正態(tài)分布，k=2，引入的相對(duì)不確定度=0.062/2=0.031%。

（2）鋼直尺零點(diǎn)的位置和實(shí)際球管焦點(diǎn)位置的確定采用激光標(biāo)線(xiàn)對(duì)應(yīng)鋼直尺零點(diǎn)刻度來(lái)確定，實(shí)際操作中引入的誤差不會(huì)超過(guò)±3 mm，服從正態(tài)分布，k=2，其半寬度為1.5 mm，則引入的相對(duì)不確定度為=0.075%。

（3）應(yīng)用平面的確定也是通過(guò)激光標(biāo)線(xiàn)確定，實(shí)際在固定應(yīng)用平面時(shí)會(huì)和激光標(biāo)線(xiàn)之間引入誤差，最大不超過(guò)±2 mm，服從正態(tài)分布，k=2，其半寬度為2 mm，則引入的相對(duì)不確定度為=0.1%。

（4）激光標(biāo)線(xiàn)和垂直鋼直尺之間的讀數(shù)誤差，讀數(shù)誤差為±1 mm，激光標(biāo)線(xiàn)寬度誤差為1 mm，引入最大讀數(shù)誤差±3 mm，服從正態(tài)分布，k=2，半寬度為1.5 mm，則引入的相對(duì)不確定度為=0.075%。

根據(jù)不確定度合成公式(2)得到：

3.3 水平定位

水平定位是確定目標(biāo)點(diǎn)在應(yīng)用平面上的位置，使用X、Y雙向坐標(biāo)軸進(jìn)行標(biāo)定。坐標(biāo)軸的原點(diǎn)由輻射場(chǎng)中心線(xiàn)與應(yīng)用平面的交點(diǎn)確定（圖2），確定了坐標(biāo)原點(diǎn)后平面上的每個(gè)點(diǎn)的位置可以用平面坐標(biāo)值明確表示。輻射場(chǎng)中心線(xiàn)由球管焦點(diǎn)標(biāo)識(shí)和地面輻射場(chǎng)中心點(diǎn)確定。

地面輻射場(chǎng)中心點(diǎn)的確定，采用準(zhǔn)直測(cè)試筒確定。準(zhǔn)直測(cè)試筒由機(jī)玻璃制成，高12 cm，直徑5 cm，在其上下端面的中心點(diǎn)各有一個(gè)直徑1 mm的鋼珠（圖3a）。先用水平尺在地面上確定一個(gè)水平的平面，再把準(zhǔn)直測(cè)試筒放置在水平面上，移動(dòng)準(zhǔn)直測(cè)試筒到估計(jì)的中心點(diǎn)位置，在其下方放置一膠片，發(fā)射X射線(xiàn)進(jìn)行攝影，當(dāng)膠片上的影像顯示上下兩顆鋼珠重合時(shí)，表明鋼珠與輻射場(chǎng)的中心線(xiàn)重合（圖3b），如果不重合（圖3c），移動(dòng)準(zhǔn)直測(cè)試筒，繼續(xù)上述操作，直到影像中的鋼珠重合。根據(jù)鋼珠的位置，在水平面上標(biāo)出輻射場(chǎng)中心點(diǎn)的位置。

圖3 準(zhǔn)值測(cè)試筒及原理

輻射場(chǎng)中心線(xiàn)由相互垂直的兩條激光標(biāo)線(xiàn)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。調(diào)整激光標(biāo)線(xiàn)的位置，使得兩條激光標(biāo)線(xiàn)的上端與球管焦點(diǎn)標(biāo)識(shí)重合，它們的下端與地面輻射場(chǎng)中心點(diǎn)重合，則兩條激光的交叉線(xiàn)即為輻射場(chǎng)的中心線(xiàn)（圖4）。

圖4 應(yīng)用平面的確定

3.4 水平定位不確定度的分析

在通過(guò)激光標(biāo)線(xiàn)確定位置后，由于激光標(biāo)線(xiàn)的誤差、機(jī)械形變等原因，標(biāo)線(xiàn)的位置也會(huì)不斷的移動(dòng)，這會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差。激光標(biāo)線(xiàn)的誤差從激光發(fā)射器的參數(shù)中可以得到，其值為±1 mm；在完成激光標(biāo)線(xiàn)的安裝調(diào)試后，我們?cè)谇蚬苌虾偷孛嫔戏謩e標(biāo)注了兩根垂直標(biāo)線(xiàn)的照射位置，通過(guò)近3年的觀察測(cè)量，得出的最大偏移在±2 mm，按照幾何比例關(guān)系，當(dāng)激光標(biāo)線(xiàn)的上端和下端偏移在同一方向并達(dá)到最大時(shí)，坐標(biāo)軸原點(diǎn)在這一方向的偏移也達(dá)到最大。因此，坐標(biāo)軸原點(diǎn)在單方方向（如X軸方向或y軸方向）因機(jī)械變形引入的偏移值為±2 mm；那么坐標(biāo)原點(diǎn)的累計(jì)偏移量為激光標(biāo)線(xiàn)的誤差和機(jī)械變形引入的偏移之和，為±3 mm，其半寬度為a=3 mm。實(shí)際使用有效輻射場(chǎng)是52 mm×52 mm的正方形，計(jì)算得到最大相對(duì)偏移誤差為△X=3 mm/52 mm=5.8%，認(rèn)為此誤差值為均勻分布，則k=，引入的相對(duì)不確定度為=5.8%/=3.3%。由于X、Y軸兩個(gè)方向采用相同的激光標(biāo)線(xiàn)和機(jī)械結(jié)構(gòu)，因此它們具有相同的不確定度，即=3.3%。

對(duì)于二維平面坐標(biāo)，偏移量由X軸和Y軸的偏移分量合成，計(jì)算公式為：

按照相對(duì)不確定度的合成方差公式[7](3)得到：

4 附加過(guò)濾的確定

按照IEC61267要求，本試驗(yàn)對(duì)附加過(guò)濾的確定（RQR3/5//8/9/10）是在使用不同半值層試驗(yàn)器時(shí)的輻射劑量進(jìn)行測(cè)量的，計(jì)算衰減前后劑量的比值，確定附加過(guò)濾[8-9]。首先在輻射場(chǎng)中心線(xiàn)上，從球管焦點(diǎn)順著X射線(xiàn)發(fā)射方向，依次放置附加過(guò)濾、半值層試驗(yàn)器、光闌滿(mǎn)、輻射劑量測(cè)量傳感器，放置時(shí)保證水平并通過(guò)定位激光標(biāo)線(xiàn)置于輻射場(chǎng)中心。輔助過(guò)濾距焦點(diǎn)260 mm，半值層試驗(yàn)器距焦點(diǎn)300 mm，輻射劑量傳感器距焦點(diǎn)1000 mm。對(duì)應(yīng)不同的RQR線(xiàn)質(zhì)設(shè)置不同的加載條件（表1），在無(wú)半值層、第一半值層和第二半值層3種狀態(tài)下分別曝光，記錄輻射劑量，計(jì)算衰減前后輻射劑量的比值，判定比值是否在0.49～0.51之間，如果不滿(mǎn)足要求，增加或較少附加過(guò)濾厚度，繼續(xù)曝光并計(jì)算劑量比值，直到比值滿(mǎn)足要求，這樣就完成了附加過(guò)濾的確定，測(cè)量條件、參數(shù)及結(jié)果等具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 R QR 3/5/8/9/10輻射質(zhì)附加過(guò)濾厚度的確定

5 結(jié)語(yǔ)

本研究依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC61267:2005建立標(biāo)準(zhǔn)輻射條件，采用醫(yī)用診斷X射線(xiàn)機(jī)作為輻射源，輻射空間中的垂直和水平位置采用激光標(biāo)線(xiàn)定位，并分析定位的不確定度。使用標(biāo)準(zhǔn)劑量計(jì)對(duì)應(yīng)用平面輻射進(jìn)行測(cè)量，制作半值層鋁片，經(jīng)過(guò)測(cè)量計(jì)算確定附加過(guò)濾厚度。本研究結(jié)果符合建立標(biāo)準(zhǔn)輻射場(chǎng)的硬件要求，可以進(jìn)一步對(duì)輻射場(chǎng)輻射劑量進(jìn)行評(píng)定，建立劑量計(jì)校準(zhǔn)裝置。

[1] 吳世法.近代成像技術(shù)與圖像處理[M].國(guó)防出版社,1997:43.

[2] IEC 61267:2005-11.Medical diagnostic X-ray equipment-R adiation conditions for use in the determination of characteristics[S].

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Establishment of Standard Radiation Conditions for Medical Diagnostic X-Ray Equipment

LU J ian-rong, XU Huan, LIU Xiao-jun, SI Hai-chen
Institute for Drug and Instrument Control, Health Department, People's Liberation Army General Logistics Department, Beijing 100071, China

Objective To meet the requirements of calibration for the medical diagnostic X-ray equipment dose meter through establishment of the radiation conditions. Methods According to the IEC 61267:2005 Standard Medical Diagnostic X-Ray Equipment - Radiation Conditions for Use in the Determination of Characteristics, line marking with laser was used to determine the position in the space and the uncertainty of positioning accuracy was analyzed. Then, the additional filter of RQR3/5/8/9/10 radiation quality was determined through measurement of radiation intensity with the standard dose meter. Results With measurement, analysis and calculation, the uncertainty of positioning was determined. And the thickness of the additional filters was confirmed through measurement of the dose attenuation caused by the half-value layer. Conclusion The parameters of the radiation field were in line with the IEC 61267 Standard, which can be used for establishment of the calibrator unit for the dose meter of medical diagnostic X-ray equipment.

X-ray equipment; X-ray equipment dose meter; spatial positioning laser; environmental monitoring instrument

R197.39; TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.05.039

1674-1633(2015)05-0119-03

2014-11-14

2014-12-22

本文作者：陸建榮，博士，高級(jí)工程師。

作者郵箱：ljrdz@126.com