移動DR輻射劑量的計算、驗證及改進

嚴昂，易大志，黃輝，鄒慶輝

1.中南大學湘雅醫院 資產裝備辦公室（中南大學醫院管理研究所），湖南 長沙 410008；2.湖南省計量檢測研究院，湖南 長沙 410014

引言

隨著醫學影像技術的快速發展，醫用放射檢查，尤其是數字化X線攝影（Digital Radiography，DR）檢查已經成為常規檢查項目[1]。但眾所周知，醫用放射檢查會對被檢者的健康產生一定的影響[2]，甚至是傷害[3]，如何對這種影響或傷害進行評估，或者說如何對醫用放射檢查的輻射劑量進行定量，進而對病人的醫用放射檢查進行有效的管控，是一項而亟待解決的問題，也是近年來國際關注的熱點之一[4-5]。

目前一些歐美發達國家已經引入了個人醫用檢查輻射劑量檔案，醫療機構會將患者每次檢查所受的輻射劑量記入檔案并告知患者；當患者本年度內輻射劑量超過一定閾值時，醫生會盡量避免繼續使用具有輻射損傷的檢查，而改用其他檢查代替。而在我國，一些大型醫療機構也已經引入了輻射劑量報告，該報告會以定量的方式給出患者當次檢查所接受輻射劑量等數據，并對可能存在的風險進行評估，用于指導相關醫生合理開具輻射檢查。

在輻射劑量等數據的獲取方面，由于輻射劑量檢測系統非常昂貴，所以我國大多數在用的放射檢查設備均沒有配備劑量檢測系統。同時，一些特殊的放射設備，如移動DR等，它們沒有固定的檢查床或平板托架，成像時的源像距（Source Image Distance，SID）等是不確定的，所以，即使裝配了劑量檢測裝置，系統也無法獲知所有輻射數據，在這些情況下，通過人工計算獲得輻射劑量數據，并用于輻射劑量報告，則是一種比較現實可行的做法。

1 材料和方法

1.1 設備與工具

某品牌移動DR及相關技術手冊；RTI Piranha 555診斷水平劑量儀；高精度測量尺。

1.2 方法

X線診斷劑量學中使用比較普遍的輻射劑量主要有劑量面積乘積（Dose Area Product，DAP）和峰值皮膚劑量（Peak Skin Dose，PSD）[6-7]。DAP是X射線束的橫截面積與所致平均劑量的乘積[8-9]（單位為戈瑞平方米，Gym2）。PSD即在診療過程中患者體表接受的最大劑量點處的劑量[10-11（]單位為戈瑞，Gy）。

以某移動DR為研究對象，首先選取多個具有代表性的曝光條件，包括曝光時的管電壓、毫安秒、源像距等[12-13]，通過相關技術手冊中給出的指導，計算出在這些條件下的DAP和PSD，然后再分別用選定的這幾個曝光參數進行實際曝光，同時使用RTI Piranha 555診斷水平劑量儀對曝光時的實際劑量進行檢測，每種條件重復曝光10次，將實測數據與計算數據進行比對、分析，以驗證計算結果的準確性。最后，在此基礎上再針對原計算方法的不足之處，進行適當改進，以使計算方法能更加便捷、直觀和客觀的計算相關輻射劑量。

1.2.1 曝光條件選擇

曝光參數的選擇盡量以實際應用中使用頻次最高的條件為基準。移動DR在實際使用中，最常使用的器官程序為胸部前后位，其預設的曝光參數[14]：管電壓85 kV，毫安秒2.5 mAs，源像距1.10 m。故在管電壓方面，就以85 kV為一個選擇點，向兩側以等差10 kV取管電壓值，又由于移動DR的管電壓使用范圍一般在60～120 kV之間，所以分別選取管電壓為65、75、85、95、105、115 kV；而毫安秒則采用使用率最高的2.5 mAs和4.0 mAs兩種，源像距選取1.10 m，并將束光器x軸、y軸方向的開口指示值調整為10。

1.2.2 劑量計算

對于該移動DR，其操作手冊中給出了管電壓U在60～120 kV范圍內變化時，決定其劑量面積乘積等的轉換系數Y的U-Y曲線圖（圖1），該U-Y曲線圖以曲線的方式給出了Mobilett系列的最大Y值[15]。

圖1 某品牌移動DR的U-Y曲線圖

結合該曲線圖及操作手冊的指導，該移動DR曝光時DAP的計算為：

其中Y為轉換系數（μGym2/mAs）；Q為曝光中的電荷數（mA·s）；Sx為束光器x軸方向的開口指示值；Sy為束光器y軸方向的開口指示值；k為常數，k=6.40 cm2/m2。

曝光時PSD的計算為：

其中r為球管焦點與投照物體表面之間的距離（m），即源物距（Source Object Distance，SOD），須由操作人員使用束光器內置的測量尺進行實際測量才可以獲得。

1.2.3 劑量測量

同樣使用前面選定的各種參數，在該移動DR上進行實際曝光，每種條件曝光10次，同時使用RTI Piranha 555診斷水平劑量儀對曝光時的劑量進行了實際測量，該劑量儀已經經過校準，量值溯源至國家計量基準，校準日期為2016-03-01（校準因子：60 kV-1.027、70 kV-1.023、80 kV-1.029、100 kV-1.052）；有效期至2017-02-28；使用時間為2016-07-16，在有效期內。并在曝光后，使用高精度測量尺對Sx=10、Sy=10、SID=1.10 m時的光野進行測量（此處由于RTI Piranha 555診斷水平劑量儀厚度很薄，故可將SID等同于SOD），記錄下各項測量值。

1.2.4 數據對比與結果分析

對于PSD，可直接將10次實測的PSD取平均值與PSD的計算值進行比較，而對于DAP，則使用實測PSD與實測投照面積S之積作為DAP的測量值，取其平均值與DAP的計算值進行比較。

2 結果

2.1 劑量計算

按照該U-Y曲線圖以曲線的方式給出了Mobilett系列的最大Y值，計算已選擇的各種條件下的PSD和DAP。各條件下PSD和DAP的計算結果，見表1。

表1 各條件下PSD和DAP的計算值

2.2 劑量測量

各條件下峰值皮膚劑量PSD和投照面積S的實測結果，見表2。

2.3 數據對比與結果分析

各條件下PSD、DAP的計算值與實測平均值比較結果，見表3。

從表3中可以看出，不管是PSD還是DAP，各種條件下的計算值與實際測量值之間的誤差均在4.5%以內，考慮上該RTI Piranha 555診斷水平劑量儀校準因子后，其誤差也都小于5%。

表2 各條件下峰值皮膚劑量PSD和投照面積S的實測值

表3 各條件下PSD、DAP的計算值與實測平均值比較

這種誤差來源，一方面是由于Y值是通過U-Y曲線來估讀的，即人為讀數誤差[16]；另一方面，雖然該RTI Piranha 555診斷水平劑量儀很薄，但還是具有一定的厚度，從而使得測量時實際測量點與球管焦點的距離，要小于計算過程中使用的SID。所以，整體而言，計算值與實際測量值是基本吻合。

2.4 對原計算方法的改進

由于技術手冊中給出的轉換系數Y值是通過U-Y曲線圖的方式，在獲取Y值時需要根據該曲線圖來估讀的，這種方式很可能會存在人為讀數的誤差。故在驗證了該移動DR劑量計算方法準確有效的基礎上，可以對原計算方法做出適當的改進，以使計算更加便捷、直觀和客觀。

首先在原U-Y曲線圖中對曲線進行盡可能多的采樣，獲得多組U-Y對應數值，然后將其輸入到Excel（或Matlab）中，并對原U-Y曲線進行擬合，分別使用線性趨勢線、二次多項式和三次多項式，擬合結果如下：

線性趨勢線：Y1=1.378×U-59.099（擬合度R2=0.99554）；

二次多項式：Y2=0.00543×U2+0.3998×U-16.981（擬合度R2=0.9998）；

三次多項式：Y3=-0.00003×U3+0.01236×U2-0.20725×U+0.26898（擬合度R2=0.99982）。

原U-Y曲線與各擬合曲線比較圖，見圖2。對比曲線圖，并經過逐一檢驗，可以發現二項式是最接近原U-Y曲線的，故原計算方法可以改進為：

圖2 原U-Y曲線與各擬合曲線比較圖

這樣相關的劑量計算（包括DAP和PSD）就直接跟管電壓U值相關了，而不需要在原U-Y曲線圖中讀取U值對應的Y值了，從而避免了人為讀數的誤差，使得整個計算更加便捷、直觀和客觀。

3 討論與結論

通過前面對實際數據與計算數據的比對分析，證實相關技術手冊中給出的關于該移動DR劑量的計算方法是準確的；同時，通過對比改進前、后的兩種計算方法，不難看出改進后的計算方法明顯要比原來的計算方法更加便捷、直觀和客觀，又由于Y的計算值與原曲線擬合度極高（擬合度R2=0.9998），故改進后的計算方法的準確性幾乎沒有受到影響，計算的結果同樣可以作為劑量報告的依據，為劑量報告的出具提供了一種更加現實可行的途徑。

隨著數字化信息技術的高速發展，醫學影像已經進入了數字化時代[17]。各醫療機構中使用的DR系統可能差別較大，配備的球管也各不相同，但對于某一固定型號的球管而言，決定其劑量面積乘積等的轉換系數Y的U-Y曲線是相對固定的，所以只要獲取了該球管的U-Y曲線，按照以上的方法，即可以計算出該設備的實際輻射劑量，包括DAP和PSD等。本文雖只對某一品牌的移動DR進行了驗證，但是該方法同樣適應于其它移動DR或固定式DR，以及其它X線設備。

[1] 李金,李春龍,王賀新,等.新生兒DR胸片輻射劑量分析[J].醫療衛生裝備,2014,35(9):139-140.

[2] 羅煥江.島津移動DR低劑量肺部普查的可行性實驗研究[J].醫療衛生裝備,2009,30(12):74-75.

[3] 劉自明,于洪升,崔復憲,等.低劑量輻射誘導適應性反應的研究進展[J].齊魯醫學雜志,2007,22(3):280-282.

[4] Jones AK, Pasciak AS.Calculating the peak skin dose resulting from fluoroscopically guided interventions. Part I: Methods[J].J Appl Clin Med Phys,2011,12(4):231-244.

[5] Jones AK,Pasciak AS.Calculating the peak skin dose resulting from fluoroscopically guided interventions. Part II: case studies[J].J Appl Clin Med Phys,2012,13(1):174-186.

[6] 張良安.X射線診斷劑量學中面臨的問題和解決途徑-IAEA最新技術報告解讀[A].中華醫學會第八次放射醫學與防護學術研討會論文匯編(摘要)[C].北京:中華放射醫學與防護雜志.

[7] 陳勝利,黃齊好,朱棟梁,等.冠心病介入診治中患者的X射線輻射評估[J].中國動脈硬化雜志,2004,12(4):441-444.

[8] 郭輝,張鐵亮,努爾,等.優化嬰幼兒胸部DR圖像質量和輻射劑量的前瞻性臨床研究[J].中國循證醫學雜志,2011,11(10):1129-1132.

[9] Dougeni ED,Delis HB,Karatza AA,et al.Dose and image quality optimization in neonatal radiography[J].Br J Radiol,2007,80(958):807-815.

[10] 徐輝,薛嫻,趙紅楓,等.用膠片法對心臟介入程序中患者峰值皮膚劑量測量研究[J].中華放射醫學與防護雜志,2014,34(4):302-305.

[11] 劉彬,白枚,彭明辰.介入診療過程中的確定性效應監控方法[J].醫療設備信息,2006,21(2):25-27.

[12] 張信起,耿左軍,宋登浩.CR和DR成像參數的選擇范圍對降低患者輻射損傷的研究[J].河北醫藥,2009,31(6):711-712.

[13] 郭良棟,婁從輝,孫進城,等.DR合理曝光條件的研究[J].現代醫用影像學.2010,19(5):326-329.

[14] 李成榮.床旁胸部X射線攝影曝光指數的應用探討[J].實用醫院臨床雜志,2011,8(5):38-40.

[15] 西門子.Mobilett XP Digital Basic System操作手冊[Z].Siemens AG.2012,(10):53-56.

[16] 易大志,張秦,胡楚征,等.醫用診斷X射線輻射源檢測參數的分析與驗證[J].計量技術,2015,(12):62-64.

[17] 白樹芳,丁志偉.X線數字化影像技術的探討與展望[J].延安大學學報:醫學科學版,2009,(4):104.