醫用診斷X射線機標準輻射條件的建立

陸建榮，徐 桓，劉曉軍 ，斯海臣

總后勤部衛生部藥品儀器檢驗所，北京 100071

醫用診斷X射線機標準輻射條件的建立

陸建榮，徐 桓，劉曉軍 ，斯海臣

總后勤部衛生部藥品儀器檢驗所，北京 100071

目的 解決目前國內醫用診斷X射線機劑量計的校準需求，建立用于校準劑量計的標準輻射條件。方法 本研究依據IEC 61267:2005標準，采用激光標線對空間進行定位，并進行了定位精度的不確定度分析；使用標準劑量計對輻射強度進行測量，確定RQR3/5/8/9/10輻射質的附加過濾厚度。結果 通過測量、分析和計算，確定了定位系統引入的不確定度；通過測量半值層對輻射劑量的衰減量，確定了附加過濾的厚度。結論 此輻射場的各項參數符合標準IEC 61267:2005的要求，可以用于建立醫用診斷X射線機劑量計校準裝置。

X射線機；X射線機劑量計；空間定位激光；環境監測儀

1 輻射場的組成

本研究依據標準IEC61267:2005《Medical diagnostic X-ray equipment radiation condition for use in the determination of characteristics》建立標準輻射條件[2]，其輻射場系統由醫用診斷X射線機、標準劑量計、空間定位激光、環境監測儀器組成（圖1）。標準劑量計用于對X射線機產生的輻射場空間內各點的輻射劑量進行測量，空間定位激光用于確定輻射場空間內不同位置的坐標，環境監測儀器檢測試驗環境內的溫度、大氣壓和濕度。

圖1 輻射場系統組成圖

2 標準輻射條件的參數設定

醫用診斷X射線機的管電壓輸出范圍從40～150 kV，在這個范圍內產生的X射線的波長隨著管電壓的變化而變化。對應每個管電壓值產生的X射線包含波長范圍不同，波長的變化和管電壓不成正比例關系[1]，劑量計中的檢測傳感器對不同波長的X射線的響應也沒有固定的規律。因此，在對劑量計進行標定時，無法覆蓋40～150 kV全部連續管電壓范圍，只能選取其中的幾個點對其進行標定。標準IEC61267在標定RQR標準輻射質[2]（從X射線源發射出的輻射線束的標準輻射質）時選擇了40～150 kV之間的9個管電壓條件，每個管電壓值相差10 kV。

3 輻射場空間的定位

從X射線管發射出的X射線，在空間中呈錐體狀分布，空間中不同位置的輻射場強度并不均勻[3]。為了得到用于校準劑量計的標準輻射場，必須確定輻射場空間中特定點的輻射強度，并對該點的輻射強度進行穩定性和重復性評定。因此，在測量之前必須對輻射場空間進行定位，定位采用垂直和水平兩個位置參數。垂直位置參數用于確定應用平面（一水平并且與射線中心束垂直的平面）與輻射源焦點之間的距離，是應用平面中心點與焦點之間的距離，應用平面上各點的定位（簡稱水平定位）采用以中心點為原點的二維平面坐標。

3.1 垂直定位

垂直定位方法，見圖2。垂直固定一刻度尺，并使刻度尺的零點與X線球管的焦點位于同一水平面上。在刻度尺的對面垂直固定一立柱，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。上下移動水平激光儀，使其發射的水平激光束與應用平面在同一水平面上，此時水平激光束在刻度尺上的投影指示，即為應用平面中心點與焦點之間的距離。

圖2 垂直定位示意圖

3.2 垂直定位不確定度的分析

應用平面的垂直定位，采用水平激光儀發射出的水平激光標線確定。應用平面與管球焦點的距離由鋼直尺的刻度值、鋼直尺零點的位置和實際焦點位置的誤差、應用平面和水平激光標線之間的誤差、激光標線和垂直鋼直尺之間的讀數誤差合成，計算公式如式(1)。

由于式(1)中的各項輸入量相互獨立，且不等于零，因此距離 的相對標準不確定度的合成方差公式為[4]：

下面分析公式(1)中各參數引入的不確定度。

（1）從剛直尺檢定規程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紋的誤差為±0.08 mm，任意線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，則其相對半寬度a=0.62/1000=0.062%，服從正態分布，k=2，引入的相對不確定度=0.062/2=0.031%。

（2）鋼直尺零點的位置和實際球管焦點位置的確定采用激光標線對應鋼直尺零點刻度來確定，實際操作中引入的誤差不會超過±3 mm，服從正態分布，k=2，其半寬度為1.5 mm，則引入的相對不確定度為=0.075%。

（3）應用平面的確定也是通過激光標線確定，實際在固定應用平面時會和激光標線之間引入誤差，最大不超過±2 mm，服從正態分布，k=2，其半寬度為2 mm，則引入的相對不確定度為=0.1%。

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

根據不確定度合成公式(2)得到：

3.3 水平定位

水平定位是確定目標點在應用平面上的位置，使用X、Y雙向坐標軸進行標定。坐標軸的原點由輻射場中心線與應用平面的交點確定（圖2），確定了坐標原點后平面上的每個點的位置可以用平面坐標值明確表示。輻射場中心線由球管焦點標識和地面輻射場中心點確定。

地面輻射場中心點的確定，采用準直測試筒確定。準直測試筒由機玻璃制成，高12 cm，直徑5 cm，在其上下端面的中心點各有一個直徑1 mm的鋼珠（圖3a）。先用水平尺在地面上確定一個水平的平面，再把準直測試筒放置在水平面上，移動準直測試筒到估計的中心點位置，在其下方放置一膠片，發射X射線進行攝影，當膠片上的影像顯示上下兩顆鋼珠重合時，表明鋼珠與輻射場的中心線重合（圖3b），如果不重合（圖3c），移動準直測試筒，繼續上述操作，直到影像中的鋼珠重合。根據鋼珠的位置，在水平面上標出輻射場中心點的位置。

圖3 準值測試筒及原理

輻射場中心線由相互垂直的兩條激光標線進行標識。調整激光標線的位置，使得兩條激光標線的上端與球管焦點標識重合，它們的下端與地面輻射場中心點重合，則兩條激光的交叉線即為輻射場的中心線（圖4）。

圖4 應用平面的確定

3.4 水平定位不確定度的分析

在通過激光標線確定位置后，由于激光標線的誤差、機械形變等原因，標線的位置也會不斷的移動，這會給測量結果帶來誤差。激光標線的誤差從激光發射器的參數中可以得到，其值為±1 mm；在完成激光標線的安裝調試后，我們在球管上和地面上分別標注了兩根垂直標線的照射位置，通過近3年的觀察測量，得出的最大偏移在±2 mm，按照幾何比例關系，當激光標線的上端和下端偏移在同一方向并達到最大時，坐標軸原點在這一方向的偏移也達到最大。因此，坐標軸原點在單方方向（如X軸方向或y軸方向）因機械變形引入的偏移值為±2 mm；那么坐標原點的累計偏移量為激光標線的誤差和機械變形引入的偏移之和，為±3 mm，其半寬度為a=3 mm。實際使用有效輻射場是52 mm×52 mm的正方形，計算得到最大相對偏移誤差為△X=3 mm/52 mm=5.8%，認為此誤差值為均勻分布，則k=，引入的相對不確定度為=5.8%/=3.3%。由于X、Y軸兩個方向采用相同的激光標線和機械結構，因此它們具有相同的不確定度，即=3.3%。

對于二維平面坐標，偏移量由X軸和Y軸的偏移分量合成，計算公式為：

按照相對不確定度的合成方差公式[7](3)得到：

4 附加過濾的確定

按照IEC61267要求，本試驗對附加過濾的確定（RQR3/5//8/9/10）是在使用不同半值層試驗器時的輻射劑量進行測量的，計算衰減前后劑量的比值，確定附加過濾[8-9]。首先在輻射場中心線上，從球管焦點順著X射線發射方向，依次放置附加過濾、半值層試驗器、光闌滿、輻射劑量測量傳感器，放置時保證水平并通過定位激光標線置于輻射場中心。輔助過濾距焦點260 mm，半值層試驗器距焦點300 mm，輻射劑量傳感器距焦點1000 mm。對應不同的RQR線質設置不同的加載條件（表1），在無半值層、第一半值層和第二半值層3種狀態下分別曝光，記錄輻射劑量，計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，如果不滿足要求，增加或較少附加過濾厚度，繼續曝光并計算劑量比值，直到比值滿足要求，這樣就完成了附加過濾的確定，測量條件、參數及結果等具體數據見表1。

表1 R QR 3/5/8/9/10輻射質附加過濾厚度的確定

5 結語

本研究依據標準IEC61267:2005建立標準輻射條件，采用醫用診斷X射線機作為輻射源，輻射空間中的垂直和水平位置采用激光標線定位，并分析定位的不確定度。使用標準劑量計對應用平面輻射進行測量，制作半值層鋁片，經過測量計算確定附加過濾厚度。本研究結果符合建立標準輻射場的硬件要求，可以進一步對輻射場輻射劑量進行評定，建立劑量計校準裝置。

[1] 吳世法.近代成像技術與圖像處理[M].國防出版社,1997:43.

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

[3] 高峰,李志.X射線管輻射劑量分布的理論分析與實驗測量[J].物理實驗,2007,27(8):25-27.

[4] 陸建榮.R QR 5X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:北京工業大學學報,2013,39(12):1916-1920. [5] JJG1-1999,剛直尺檢定規程[S].

[6] 孫川.B類不確定度分量所遵從的概率分布的確定方法初探[J].計量技術, 2002, (9):48-50.

[7] 藏慕文.分析測試不確定度的評定與表示[J].分析試驗室,2005, (11):74-79.

[8] 高華永,劉帥,苗路瑞,等.手術室C形臂X射線機的放射防護檢測與對比研究[J].中國醫療設備,2014,29(6):14-15.

[9] 歐向明,趙士庵.標準X射線輻射場R QR半值層的測定[J],中國醫學裝備,2009,6(6):1-4.

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，高級工程師。

作者郵箱：ljrdz@126.com