X 射線機不同濾過材料吸收劑量率與管電壓的關系

王 韶，付宏斌，劉 揚，張海英，單新員，劉純巖

（1. 吉林大學公共衛生學院放射醫學實驗教學中心，長春 130000；2. 吉林大學公共衛生學院放射衛生教研室，長春 130000；3. 吉林大學第二醫院放射線科，長春 130000）

X 射線機是利用X 射線發生器產生的X 射線穿過物體以后，有部分X 射線的能量被物體所吸收（稱為吸收劑量），少部分X 射線的能量在物體表面發生散射[1-2]，剩余的X 射線能量穿過物體（稱為透射劑量），透射劑量與管電壓存在一定的依存關系[3-4]，我們把單位時間的吸收劑量、透射劑量分別稱為吸收劑量率和透射劑量率。

一般用加速電子的管電壓kV 來間接表征X 射線的能量。透射劑量率與管電壓的關系非常重要[4]，透射劑量率能夠反映出被穿過物體的密度和厚度等相關信息，這是X 射線機用于醫學影像診斷最基本的原理[5-6]。研究透射劑量率與管電壓之間的關系[5]，為合理使用X 射線相關參數[7]，進而為利用X 射線研究物質結構奠定堅實的理論基礎。

測量X 射線管電壓和劑量率的方法一般有兩大類：一類是介入式測量法，另一類就是非介入式測量法[8]（本實驗應用此法）。通過測定管電壓使得工作人員能夠很方便地調整X 射線診斷機的管電壓，合理選擇X 射線機的附加濾過[9-10]，提高X 射線機的線質[11-12]，以適應X 射線研究物質結構應用的要求，提高了X射線診斷機的應用效果和使用壽命[13-14]，在X 射線診斷機質量檢測領域有著十分廣闊的應用前景。本實驗對不同濾過材料吸收劑量率與管電壓進行測量分析，為本X 射線機的教學及科研應用提供詳實的技術依據。

1 材料與方法

1.1 主要器材與儀器

見表1。

1.2 實驗方法

1.2.1 檢測管電壓測量值與設定值之間的偏離 1）按照廠家規定的程序開啟深部X 光機；2）將一塊有機玻璃板放置于平床上，并將RaySafe X1 型X 射線質量檢測儀探頭放在有機玻璃板上置于照射野正下方；3）曝光條件設置為焦點——探測器距離（source to image receptor distance，SID）為100 cm，球管總濾過為2.0 mmAl，管電流設置為3.0 mA，散射條件為平床加有機板，曝光時間為5 s，管電壓設定為60 ～ 130 kV，每5 kV 為一個間隔；4）每種管電壓均曝光3 次，記錄每次管電壓測量值，取平均值；5）將管電壓測量值與設定值繪制成曲線，觀察兩者間是否存在偏離；6）更換不同的濾過材料，如：0 mmAl、0.25 mmCu、0.5 mmCu 等重復上述2）、3）、4）、5）步驟。

1.2.2 測量并分析劑量率與管電壓之間關系 1）將一塊有機玻璃板放置于平床上，并將RaySafe X1 型X 射線質量檢測儀探頭放在有機玻璃板上置于照射野正下方，進行曝光；2）曝光條件設置為SID 為100 cm，球管總濾過為2.0 mmAl，管電流設置為3.0 mA，散射條件為平床加有機板，曝光時間為5 s，管電壓設定為60 ～ 130 kV，每5 kV 為一個間隔；3）每種管電壓均曝光3 次，記錄每次劑量率測量值，取平均值；4）將管電壓與劑量率值錄入Excel 表格繪制散點圖，研究兩者之間關系；5）更換不同濾過材料，如：0 mmAl、0.25 mmCu、0.5 mmCu 等重復上述1）～4）步驟。

1.3 統計學方法

應用Excel 軟件對本次研究所得數據進行統計學處理，繪制散點圖擬合趨勢線研究參數之間的關系。

2 結果

2.1 不同濾過材料在不同管電壓設定下透射劑量率均值

為提高實驗結果準確性并更好的研究劑量率與管電壓之間關系，在保證其它條件不變的情況下更換了不同的濾過材料來檢測劑量率。以下為濾過材料為0 mmAl、2.0 mmAl、0.25 mmCu、0.5 mmCu、1.0 mmCu、1.25 mmCu、1.5 mmCu 時改變管電壓大小，所測得的透射劑量率。見表2。

表2 不同濾過材料在不同管電壓設定下透射劑量率均值 μGy·s-1

2.2 使用不同濾過材料時劑量率與kV 關系

使用不同厚度Cu 片、Al 片時劑量率與kV 線性回歸方程斜率見表3、表4。由圖1 可知透射劑量率隨管電壓增大而增大，亦即管電壓越高，X 射線的透射率越高，結果與理論分析高度吻合。

表3 使用不同厚度Cu 片時劑量率與kV 線性回歸方程斜率

表4 使用不同厚度Al 片時劑量率與kV 線性回歸方程斜率

圖1 使用不同濾過材料時劑量率與kV 關系

2.3 使用不同濾過材料時劑量率與kV 線性擬合關系

為了更好地研究不同濾過材料對劑量率與kV 關系的影響，可添加趨勢線，以線性關系擬合后觀察其變化趨勢。見圖2。

圖2 使用不同濾過材料時劑量率與kV 線性擬合關系

2.4 劑量率與kV 線性關系斜率受濾過材料Cu 和Al 的影響

由圖3 可知濾過材料厚度越大，透射劑量率受管電壓kV 影響越小，主要是因為散射所帶來的影響越小。

圖3 劑量率與kV 線性關系斜率受濾過材料Cu 和Al 的影響

3 討論

本實驗所用新裝X 射線機按照《醫用常規X 射線診斷設備質量控制檢測規范》（WS76-2017）對各參數的要求進行檢測，參數均符合該標準的要求，因此該設備是一臺符合國家標準要求的X 射線裝置。實驗中使用最為廣泛的設備是Raysafe X1 型X 射線質量檢測儀，該設備出廠附帶了《校準證書》，檢測數據均經過校準因子的修正，據調查該設備質量穩定可靠，所檢測的數據具備一定程度的可靠性。實驗過程中盡可能采取了一系列措施以降低散射對測量結果的影響。

本實驗研究了濾過材料對透射劑量率與管電壓關系的影響，等效濾過越大，所濾除的低能X 射線越多，X 射線的能譜“越窄”，高能X 射線的吸收比率越小，以及等效管電壓越接近于設定值，因此濾過材料厚度越大，劑量率受管電壓kV 的影響越小。本實驗的結果印證了該理論的正確性。

不同濾過材料對X 射線管電壓的影響不同，主要是由于不同材料的吸收材料因其不同的原子密度和原子序數不同，與X 射線發生相互作用的概率不同，所吸收X 射線能量的頻譜也不同，因此對改善X 射線的管電壓的線質也不同，還需進一步深入研究和驗證。但也應該認識到，濾過材料厚度越大，有用X 射線的劑量率越低，盡管X 射線的線質會越好，但X 射線的劑量利用率會下降，因此合理適度地選擇濾過材料是X 射線應用中亦需仔細考慮的因素。