診斷水平X參考輻射質的建立

袁杰 白雪 孫訓 王遙/上海市測量測試技術研究院

0 引言

診斷水平劑量計是醫用X射線診斷設備質控所用的關鍵儀器，國家計量校準規范JJF 1621-2017《診斷水平劑量計校準規范》規定了診斷水平劑量計校準因子、能量響應、重復性和穩定性的校準方法[1]。X射線機產生X射線的過程是陰極燈絲發射電子束，在高壓電場的加速下向陽極高速運動，在到達陽極靶的過程中由于靶原子核周圍電場的巨大減速而產生軔致輻射。X射線能譜受到X射線機管電壓、靶材料、過濾等因素的影響，通常用輻射質表征X射線的能譜[2-5]。對于校準診斷水平劑量計所用的X參考輻射，按照JJF 1621-2017對于測量標準的要求，需要建立兩種系列輻射質，分別為非減弱束質（RQR）以及用于CT的輻射質（RQT）。

1 輻射質要求

IEC 61267-2005《醫用診斷X射線 測量特性使用的輻射條件》以及JJF 1621-2017中均規定了RQR以及RQT系列輻射質的第一半值層以及同質系數，見表1和表2。

表1 RQR系列輻射質

表2 RQT系列輻射質

為獲得該系列輻射質，對于過濾片的厚度以及材質均有相應的要求，過濾片的材料應為純度不低于99.9%的純鋁，其厚度偏差應不超過±0.01 mm。

2 試驗方法

為獲得符合表1和表2中要求的輻射條件，按照IEC 61267-2005規定的測量方法，在上海市計量測試技術研究院電離輻射室的1臺MGC41型X射線機上，用純度為99.9%的鋁片，每片間隔不超過0.5 mm，測量其對應的劑量率，測量足夠多的點，最終擬合成曲線。在曲線中找出一個點，使其加上對應的第一半值層厚度后，劑量率剛好為該點的一半，將該點的橫坐標暫定為所需要的過濾片厚度。再以同樣的方法計算對應的第二半值層厚度和同質系數，當同時滿足第一、第二半值層厚度以及同質系數時，該厚度即為所需過濾片厚度。

為此，用純鋁制作了一系列過濾片，厚度從0.5 mm開始，每間隔0.5 mm制作一片，最厚的一片為15 mm（規范中要求鋁片厚度上限應為25 mm，因此，超出15 mm的過濾片由兩片鋁片疊合而成），過濾片的厚度由上海市計量測試技術研究院的長度標準裝置準確測定。

測量所使用的半值層測量裝置由PTW公司Unidoswebline主機以及TK-30電離室組成，該電離室通過中國計量科學研究院以及德國聯邦物理技術研究院（PTB）的校準，具有良好的能量響應特性[6，7]。在X射線機上選定不同的電壓，依次更換不同厚度的過濾片，記錄測得的劑量率。通過估算，當得到的測量結果足以覆蓋第一半值層以及第二半值層厚度時，結束測量。再選定下一個電壓繼續進行測量，最終得到全部輻射質的測量結果，進行計算。

3 結果計算與分析

按照上述方法得到的衰減率測量結果見圖1。

圖1 不同能量的輻射質測量結果

IEC 61267-2005中列出了一種較為簡單的計算所需過濾片厚度的方法，但此種方法較為粗略，其中X軸為線性坐標，參數為鋁片厚度，Y軸為對數坐標，參數為衰減系數，曲線擬合為手動擬合，所需過濾片厚度需在坐標軸上測量得到。現在隨著計算機技術的發展，可以使用較為簡便的方式得到更準確的結果。本文采用Python軟件進行編程，通過三次樣條插值函數對測得的數據進行擬合，通過以0.01 mm為最小分度進行運算，得出不同能量的X射線達到要求時的第一半值層厚度以及同質系數。具體程序見圖2。

圖2 計算程序

最終得到結果見表3。

表3 各輻射質對應過濾片厚度

據此，用純度為99.9%的純鋁材料加工制造所需厚度的鋁片，厚度偏差在±0.01 mm之間。逐次將不同厚度的鋁片設置在X射線機準直口前，用半值層測量裝置測量第一半值層以及第二半值層厚度，結果見表4。輻射質均符合IEC 61267-2005對于半值層的要求，即附加第一半值層的過濾片后，衰減系數在0.485～0.515之間，測量結果符合要求。

表4 輻射質衰減系數測量結果

4 結語

按照JJF 1621-2017對RQR以及RQT系列輻射質的要求，參照IEC 61267-2005中關于輻射質測量與計算的方法，確定純鋁過濾片厚度、建立的X參考輻射質，試驗驗證結果符合JJF 1621-2017和IEC 61267-2005規定的技術要求。