狹縫法測量診斷X光機焦點研究

李明豫， 田 璐，范 杰，林 滔， 譚克剛

（1.遵義市產品質量檢驗檢測院，貴州 遵義563000；2.四川省人民醫院，四川 成都 610072；3.中國測試技術研究院，四川 成都 610021）

0 引 言

焦點是影響X射線球管圖像質量的重要參數，因此對于醫用診斷X光機的檢測，幾乎都涵蓋這項參數，如最初版本的JJG 744——2004《醫用診斷X射線輻射源》[1]，以及新發布實施的JJG 1067——2011《醫用診斷數字減影血管造影（DSA）系統X射線輻射源》[2]和JJG 1078——2012《醫用數字攝影（CR、DR）系統X射線輻射源》[3]都在檢定項目中對有效焦點尺寸提出了計量性能要求。實際焦點是電子在高壓的作用下，在陽極靶面形成的打靶區域，這個量在不破壞裝置的情況下是很難測到的，所以一般對于焦點的測量都采用測量其有效焦點尺寸的方法，即實際焦點在基準平面上的垂直投影，這個值分為寬度和長度，也就是檢測中常提到的焦點尺寸。

1 有效焦點尺寸測量方法

有效焦點的測量方法IEC 60336——2005Medical electrical equipment-X-ray tube assemblies for medical diagnosis-Characteristics of focal spots[4]中例舉了3種方法：針孔法、星卡法和狹縫法。IEC 60336——2005推薦使用狹縫法進行醫用診斷X光機焦點的測量，JJG 744——2004推薦了星卡法和狹縫法測量焦點，而JJG 1067——2011和JJG 1078——2012都推薦狹縫法。

狹縫法，就是利用狹縫光闌成像的方法，把所需測量的焦點通過狹縫工具上一定規格的縫隙投影到相應的平面上，然后采用特殊的方法取得投影信號信息而反推出焦點大小。通過狹縫法測量焦點的工具一般有狹縫相機法、實時焦點儀和焦點軟件分析法3種。這3種方法的基本原理一樣，只不過成像部分采用的探測技術或者處理技術不一樣。狹縫相機法是借助狹縫工具成像在膠片或者診斷光機探測器上，然后測量成像長度[5-6]；實時焦點儀是借助狹縫工具成像在焦點儀上的CCD探測器上自動實時得出數據；焦點軟件分析法是借助狹縫工具成像在膠片上，然后用高精度醫用掃描儀掃描到電腦（如果醫用診斷X光機得到的圖像文件分辨率高也可以直接采用），通過軟件分析。

2 實時焦點測量儀（狹縫焦點儀）

實驗采用的實時焦點測量儀是中國測試技術研究輻射研究所針對醫用診斷X光機有效焦點尺寸測量而開發的一種焦點測量儀器，采用狹縫成像的原理，通過計算機處理獲得的一維劑量分布，不需要繁瑣的膠片處理程序，從而得到等效焦點尺寸的測量工具。

該儀器有2個特點：1）成像工具直接采用狹縫相機，狹縫相機可以單獨使用，其指標滿足IEC60336——2005要求；2）CCD探測面較同類產品寬，擺位位置有點差異亦能測量出有效焦點尺寸。

3 實時焦點測量儀測量醫用診斷X光機焦點

醫用數字攝影（CR、DR）系統，尤其是DR系統相對于傳統的醫用診斷X射線機具有無可比擬的優勢，成為影像科室的必然發展趨勢，在醫院中得到廣泛的推廣和應用，因此本文以TFM600實時焦點測量儀測量DR光機的焦點（射線發生器為加拿大CPI，CMP200；球管為西門子SV150/22/54-S）為例詳細描述進行有效焦點尺寸測量的方法和可能遇到的問題。

3.1 測量條件的選擇

JJG 1078——2012中有效焦點尺寸的測量條件只是給出了定性的描述性語言“選適當放大倍數（E=n/m）、照射野、管電壓和mAs進行曝光”，但是并沒有敘述什么情況是適當的條件。

1）IEC 60336——2005中對放大倍數的選擇描述如表1所示。實驗中選擇焦點尺寸為0.6，則E取2.1。

2）由于焦點的增漲現象，管電流和管電壓對有效焦點尺寸有一定影響，在一定范圍內，隨著管電流的增加，有效焦點尺寸會增加，隨著管電壓的增加，其值又會減小，因此一個合適的管電壓和管電流很重要。IEC 60336——2005中對用狹縫射線成像時X射線管的焦點條件描述如表2所示。

表1 放大倍數的選擇

表2 狹縫射線成像時X射線管的焦點條件

3）根據表2的要求和使用DR機的總體參數（電壓范圍50～150 kV，小焦點時候最大電流為450 mA左右），在測量中采用的75 kV，200 mA這個最接近要求的條件進行曝光。

4）IEC 60336——2005中還對曝光時間（針對膠片）做了要求：膠片上最黑的區域擴散密度應該在1.0～1.4之間，模糊和本底區域不超過0.25。由于測量中不是使用的膠片，無法得出擴散密度，可以按照最黑區域擴散密度值與本底區域擴散密度值比值，取最大信號/本底為4（≥4也行）。圖1為焦點儀測量到的焦點寬度隨著曝光時間的增大而發生的變化，基本上100ms以后趨于穩定。發現得到的波形最高峰計數和本底計數之比，在200ms的時候是＞4的，滿足上述要求，故實驗選擇曝光時間為200ms。

3.2 測量方法

圖1 測量結果隨著時間變化

1）把安裝好的TFM600實時焦點測量儀放置于DR床上（平常檢測，一定要在做焦點儀測量之前先對DR機做射野與光野一致性檢測,以確定射野與光野的符合程度,避免偏差過大造成測量誤差,甚至是測量困難），調節好放大倍率E=n/m=2.1（n為焦點儀放置狹縫相機位置到焦點儀CCD探測器平面距離，m為焦點到焦點儀放置狹縫相機位置距離，如圖2所示），連接好電腦與電源線。

圖2 比例和位置關系圖示

2）打開軟件，幾何條件設置跟實際條件一樣，曝光時間設置與實際曝光時間一致。

3）把DR機光野開至能覆蓋焦點儀整個圓形探測平面，調整焦點儀底座3個水平調節旋鈕，使得光野十字中心與焦點儀探測平面上面十字線對準。

4）把狹縫相機置于焦點儀相應位置，并保證狹縫相機的縫隙與焦點儀探測平面CCD垂直（CCD方向為黃色區域長方向，如圖3所示）；縮小光野，使之略大于狹縫相機孔，并保證光野十字中心與狹縫相機中心對齊。

5）觀察狹縫相機縫隙與DR球管長軸關系（垂直或者平行，垂直的時候測量的是長，平行的時候測量的是寬），得到可靠的數據以后旋轉90°后在相同條件下測量一次。

3.3 操作中注意事項和結果的判斷

1）床保持水平，否則旋轉90°后必須按照“3.2測量方法”1）～3）步驟重新擺位并測量。因為床不水平旋轉90°后導致另外一個方向射野中心與圓形探測平面中心不能對齊，從而使得這個方向測量結果偏大甚至是無法測得數據。

2）如果射野與光野不一致，盡量估計射野中心位置，并使射野中心保持其與整個圓形探測平面中心對齊，否則測量結果偏大或無法測的數據。如圖3比例關系可以看出射野與光野不一致容易使得測量結果偏大甚至是無法測得數據。

圖3 對齊方式圖示

3）焦點儀測量結果有數字結果和曲線顯示，根據測量曲線形狀、測量焦點的大小和長或寬，與圖4或圖5中LSF曲線圖（LSF是指線擴展函數）進行比較。可以看出＜0.3mm的焦點其長度和寬度幾乎完全重合，≥0.3 mm的焦點長和寬差異較大。可大致判斷測量條件的優劣和結果的可靠性，換句話說曲線形狀應該大致與圖4或圖5中得到的相似，如圖6所示。

圖4 典型球管小焦點（＜0.3mm）線擴展函數

圖5 典型球管大焦點（≥0.3mm）線擴展函數

圖6 測量得到的曲線形狀（寬和長）

4）對于球管焦點位置不容易判定的光機，采用焦點儀軟件上“焦點在焦平面上實際大小計算”功能將兩次測量結果進行計算，可得實際焦點在焦平面上的大小，減少焦點標志誤差的影響。

5）根據表3進行結果判斷，如果焦點長和寬都滿足條件則焦點滿足要求。

4 與其他方法的比較

1）實時焦點測量儀測量焦點更高效。在整個焦點測量過程中，從機器對位到得到焦點長和寬，總共耗時6min左右；而用狹縫相機法進行測量，涉及到膠片的處理等過程，耗時20min左右，如果采用焦點軟件分析法，則還需要膠片掃描和軟件處理過程，耗時更長。

表3 標稱焦點值：焦點尺寸最大允許值

2）實時焦點測量儀測量焦點更便捷、準確。測量中能夠直接得到形成焦點的曲線形狀，并通過電腦軟件直接判斷曲線最大值15%之間的區域（IEC 60336——2005中定義最大值15%之間的區域為焦點測量有效寬度），得到焦點尺寸，本次測量過程中進行了10次測量，平均值0.792mm（寬）和1.182mm（長），重復性1.073%和1.535%；而采用狹縫相機法則需要對洗出的膠片進行人工測量（用黑白密度計確定測量區域，用尺子進行測量），一是耗時耗力，二是對于膠片上最大信號值15%之間的區域判斷存在極大的誤差，遠大于實時焦點測量儀測量誤差（這些值還受不同檢測人員判斷的影響而有所不同）；焦點軟件分析法由于耗時長和操作過程繁瑣，雖然比實時焦點測量儀測量更精確 （如果是DR機，則還跟DR機本身圖像分辨率有關系，直接影響其測量）一般在日常檢測焦點過程中不會采用，而僅用于對實時焦點測量儀的校準。

綜上所述實時焦點測量儀是一種精確、高效、便捷的醫用診斷X光機焦點測量工具。

5 結束語

焦點大小對于醫用診斷X光機具有重要的意義，它是影響成像性能的重要因素之一。焦點大小的準確測量有利于對光機性能，比如分辨率等做出一個定性的分析，而實時焦點測量儀采用國際上推薦的成像原理，能夠較為精準的測量到醫用診斷X光機的焦點尺寸，不失為一種方便、快捷的測量手段。

[1] JJG 744—2004醫用診斷X射線輻射源[S].北京：中國計量出版社，2004.

[2] JJG 1067—2011醫用診斷數字減影血管造影（DSA）系統X射線輻射源[S].北京：中國質檢出版社，2011.

[3] JJG 1078—2012醫用數字攝影（CR、DR）系統 X射線輻射源[S].北京：中國質檢出版社，2012.

[4] IEC 60336—2005 Medical electrical equipment-X-ray tube assemblies for medical diagnosis-Characteristics of focal spots[S].2005.

[5] 王俊濤，鄭世才，鮑凱，等.X射線機焦點尺寸測量方法的標準分析[J].無損檢測，2010（10）：801-806.

[6] 韓放達，肖永順，常銘，等.X射線焦點尺寸測量方法和標準綜述 [C]∥2014年全國射線數字成像與CT新技術研討會論文集.北京：清華大學出版社，2014.