非接入式X射線機管電流測量儀檢測裝置的建立

陸建榮，李后奇，斯海臣，劉曉軍

1. 總后勤部衛(wèi)生部藥品儀器檢驗所，北京 100071；2. 勝利油田中心醫(yī)院放射科，山東 東營 257034

非接入式X射線機管電流測量儀檢測裝置的建立

陸建榮1，李后奇2，斯海臣1，劉曉軍1

1. 總后勤部衛(wèi)生部藥品儀器檢驗所，北京 100071；2. 勝利油田中心醫(yī)院放射科，山東 東營 257034

目的 解決非接入式X射線機管電流測量儀的檢測需求，建立了此檢測裝置。方法 本研究采用直流電流發(fā)生器、數(shù)字多用表及環(huán)境檢測設備建立了非接入式X射線機管電流測量儀檢測裝置，并對該裝置的輸出電流進行了測量，計算系統(tǒng)的重復性和穩(wěn)定性，分析不確定度的引入因素。通過計算各個不確定度分量，最后得到了此裝置的合成不確定度。結果 通過測量、分析和計算，對所建立的測量裝置的重復性、穩(wěn)定性和系統(tǒng)不確定度進行了合格驗證。結論 此檢測裝置各項參數(shù)滿足相應標準要求，能夠用于對非接入式管電流測量儀的檢測。

非接入式X線機；管電流；管電流測量儀；X線機質量控制

1 建立檢測裝置的目的

醫(yī)用診斷X射線裝置在疾病診斷中被廣泛應用，X射線具有的穿透和電離特性會對人體產生有害的生物效應，為了防止對患者造成傷害，在使用中需要嚴格控制輻射劑量，國家檢定規(guī)程JJG 744-2004《醫(yī)用診斷X射線輻射源》明確規(guī)定X射線機的管電流值需要每年進行測量，這是開展X射線機質量控制工作需要測量的重要參數(shù)。此參數(shù)的測量通常使用非接入式管電流測量儀，因此，對管電流測量儀測量精度進行評定是當前急需解決的問題。為了完善非接入式X射線機管電流測量的測量校準體系，保證質量監(jiān)管工作的準確性和權威性，保證質量檢測的準確和統(tǒng)一，需建立非接入式X射線機管電流測量儀檢測裝置。

2 檢測裝置的組成和工作原理

本檢測裝置由直流電流發(fā)生器、多用途數(shù)字表、模擬高壓電纜、溫度測量儀、濕度測量儀等組成。直流電流發(fā)生器輸出端通過電線連接到模擬高壓電纜，非接入式管電流測量儀的鉗形電流探頭鉗住模擬高壓電纜，當直流電流發(fā)生器的輸出電流流過模擬高壓電纜時，鉗形電流表檢測到電流并轉換成相應的電壓信號，測量得到的電壓信號輸入非接入式管電流測量儀主機，經過計算顯示電流值（圖1）。直流電流發(fā)生器的電流輸出經過溯源校準，輸出值有75.0、250.0、500.0、750.0 mA四檔，用選擇的各檔的檔位示值和對應的測量值計算測量誤差；也可以計算校準系數(shù)或修正系數(shù)，并通過設備的調整軟件提高被測儀表的測量精度。

圖1 非接入式管電流測量儀檢測方法示意圖

3 直流電流發(fā)生器輸出電流的測量

直流電流發(fā)生器是裝置的重要設備，它的重復性和穩(wěn)定性是建標必須考核的參數(shù)，因此需要對它進行測量，并利用測得的數(shù)據(jù)進行分析計算得到裝置的穩(wěn)定性和重復性。測量時采用實際工作時的連接方法，使用的設備有直流電流發(fā)生器、數(shù)字多用表和模擬高壓電纜，設備檢測參數(shù)，參見表1。

表1 非接入式管電流測量儀檢測參數(shù)表

直流電流發(fā)生器穩(wěn)定性數(shù)據(jù)的測量采用直接比較法[1]，測量時用導線把模擬高壓電纜和數(shù)字多用表串聯(lián)連接，再把直流電流發(fā)生器的輸出和模擬高壓電纜連接，數(shù)字多用表輸入的負端和直流電流發(fā)生器的負端相連。接通直流電流發(fā)生器的供電電源，數(shù)字多用表選擇相應的輸入端口或測量檔位，調節(jié)直流電流發(fā)生器輸出檔位（75、250 、500、750 mA），把直流電流發(fā)生器輸出開關置于“ON”的位置，等待5 min，讀取數(shù)字多用表上顯示的數(shù)據(jù)并記錄。

數(shù)據(jù)測量次數(shù)按照校準裝置評定原則每個月測量1次，單次測量時在相同條件下連續(xù)間隔測量10次，獲得10個數(shù)據(jù)，在半年時間內共進行6次測量[2]，總共得到240個數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)作為穩(wěn)定性和重復性計算使用。

4 檢測裝置的重復性

5 檢測裝置的穩(wěn)定性

檢測裝置的穩(wěn)定性是指用該計量標準在規(guī)定的一段時間間隔內測量穩(wěn)定的被測對象時所得到的測量結果的一致性。穩(wěn)定性用組間極差表示，組間極差的計算方法見式(3）。

測試裝置的測量結果需要滿足量值傳遞的要求，系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定條件是組間極差相對值＜本計量標準的擴展不確定度[5]，從表2的數(shù)據(jù)分析各檔的組間極差均＜1.0，而按照判定要求求得的擴展不確定度均＞1.0，因此，本系統(tǒng)的穩(wěn)定性能夠滿足要求，數(shù)據(jù)及計算結果見表3。

表2 重復性計算數(shù)據(jù)

6 檢測裝置的不確定度評定

檢測裝置的不確定度來自于各種不同的因素，可以把它們歸納為3種類型：統(tǒng)計數(shù)據(jù)類、輸入?yún)?shù)類、數(shù)學模型和實際物理參數(shù)偏差類，系統(tǒng)的不確定度由各分量合成，合成不確定度符合平方和關系[6]。此測量裝置的不確定度體現(xiàn)實際電流輸出值與設定值之間的誤差，它由數(shù)字多用表的不確定度、直流電流發(fā)生器的不確定度及系統(tǒng)穩(wěn)定性合成，也可以認為檢測裝置的不確定度含3個分量：數(shù)字多用表的測量不確定度urel（M）、直流電流發(fā)生器的不確定度urel（Y）及系統(tǒng)的穩(wěn)定性urel（W），它們之間的關系符合平方和關系。

6.1 數(shù)字多用表引入的不確定度

數(shù)字多用表的測量不確定度包括設備溯源引入的不確定度urel（S）、示值誤差引入的不確定度urel（N）、年穩(wěn)定性引入的不確定度。

（1）設備溯源引入的不確定度urel（S）。本數(shù)字多用表溯源到中國計量科學研究院，從歷年校準結果得出其不確定度＜0.2％（k=2），從設備使用說明書中得到不確定度為0.5％（k=2），計算時兩者取大值，采用B類評定。

urel（S）＝0.5％÷2＝0.25％

此信息來源非常可靠，所以自由度Vs→∞。

（2）示值誤差引入的不確定度urel（N）。各檔位示值誤差所引入的不確定度見表4，在最后計算系統(tǒng)不確定度時取最大值。

表4 非接入式管電流測量儀檢測參數(shù)表

不確定度的最大值，即urel（N）＝0.006％

urel（N）的自由度可以根據(jù)經驗估計求得，估計urel（N）的相對標準不確定度：

Δurel（N）/urel（N）=0.10，則其自由度

（3）年穩(wěn)定性引入的不確定度包含在系統(tǒng)穩(wěn)定性中。

6.2 直流電流發(fā)生器引入的不確定度

直流電流發(fā)生器引入的不確定度包括設備溯源引入的不確定度urel（Y）、年穩(wěn)定性引入的不確定度。

（1）設備溯源引入的不確定度urel（Y）。本直流電流發(fā)生器溯源到中國計量科學研究院，從歷年校準結果得出不確定度U＜0.5％（k=2），采用B類評定。

urel（Y）=0.5％÷2=0.25％

此信息來源非常可靠，所以自由度vY→∞。

（2）年穩(wěn)定性引入的不確定度包含在系統(tǒng)穩(wěn)定性中。

6.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性urel（W）

從重復性測量數(shù)據(jù)中取最大值，計算得到urel（W）=0.035％，vW=10-1=9，見表5。

表5 非接入式管電流測量儀檢測參數(shù)表

6.4 不確定度的合成

上述計算得到的不確定度分量，由于各分量之間相互獨立，其合成相對不確定度等于各分量平方之和求開方。即：

表3 穩(wěn)定性計算數(shù)據(jù)

6.5 相對擴展不確定度

因此，非接入式管電流檢測裝置的相對擴展不確定度U=ucrel×k＝0.36％×2≈0.72％。

不確定度評定的結果為：非接入式管電流檢測裝置的相對擴展不確定度U=0.72％，k=2.0。

7 結論

本論文采用直流電流發(fā)生器、多用途數(shù)字表、環(huán)境條件測量儀等建立了非接入式X射線管電流測量儀檢測裝置，在半年時間內對該裝置在75.0、250.0、500.0、750.0 mA四檔電流輸出的數(shù)據(jù)進行測量、分析和計算，得到了該裝置的各檔重復性分別為0.015％、0.018％、0.020％、0.035％，各檔的組間極差均＜1.0 mA，檢測裝置的不確定度為U=0.72％（k=2.0），目前用于非接入式管電流測量的儀器的誤差為10％，根據(jù)量值傳遞要求，此裝置的不確定度＜被測儀器不確定度的1/3，能夠滿足檢測要求[8-9]。

[1]馬蓮慧,王鵬.JJF1075-2001鉗形電流表校準規(guī)范[S].北京：中國標準出版社,2002.

[2]倪育才.實用測量不確定度評定[M].北京：中國計量出版社, 2010.

[3]馬世英.計量標準的測量重復性考核和穩(wěn)定性考核[J].中國計量, 2007,(2）：34-35.

[4]刑菁.計量標準裝置測量重復性考核和穩(wěn)定性的測試[J].計量與測試技術,2005,32(10）：12-13.

[5]尹京.計量標準的穩(wěn)定性考核和計量標準器的穩(wěn)定性考核[J].中國計量,2004,(9）：41.

[6]陸建榮.RQR 5 X射線輻射質的產生及空氣比釋動能不確定度的評定[J].北京工業(yè)大學學報,2013,39(12）：1916-1920.

[7]GJB 3756-99,測量不確定度的表示及評定[S].

[8]JJF1033-2008,計量標準考核規(guī)范[S].北京：中國標準出版社,2008.

[9]葛先權.介入放射線機的輻射防護性能檢測與分析[J].中國醫(yī)療設備,2015,30(1）：111-113.

Establishment of a Test Device for Non-Invasive X-Ray Tube Current M easurement Instruments

LU Jian-rong1, LI Hou-qi2, SI Hai-chen1, LIU Xiao-jun1
1.Institute for Drug and Instrument Control of Health Department of General Logistics Department, Beijing 100071, China；2.Shengli Oil fi eld Central Hospital, Dongying Shandong 257034, China

Ob jective To establish the test device for non-invasive X-ray tube current measurement instruments to meet the need of metrological traceability. Methods The DC current generator, digital multi-meter and environmental monitoring instruments were used to establish the test device of noninvasive X-ray tube current measurement instruments. The output current at different output level was measured. The repeatability and the stability of the test device was calculated. The items contributed to the uncertainty were analyzed. With calculation of the uncertainty for each item, the combined uncertainty of the test device was also obtained. Results Through measurement, analysis and calculation, the repeatability and the stability of the test device were veri fi ed. Conclusion The parameters of this device met the requirements of the related standard, which could be used for the detection of noninvasive X-ray tube current measurement instruments.

non-invasive X-ray machines；tube current；tube current test devices；quality control of X-ray machines

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.09.038

1674-1633(2015）09-0123-03

2015-04-16

2015-05-30

作者郵箱：ljrdz@126.com