醫(yī)用診斷X射線輻射源檢測(cè)參數(shù)的分析與驗(yàn)證

易大志 張 秦 胡楚征 周 佺

(湖南省計(jì)量檢測(cè)研究院醫(yī)學(xué)計(jì)量檢測(cè)中心,長(zhǎng)沙 410014)

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醫(yī)用診斷X射線輻射源檢測(cè)參數(shù)的分析與驗(yàn)證

易大志 張 秦 胡楚征 周 佺

(湖南省計(jì)量檢測(cè)研究院醫(yī)學(xué)計(jì)量檢測(cè)中心,長(zhǎng)沙 410014)

本文提出了通過(guò)DR設(shè)計(jì)廠商給出的理論計(jì)算公式，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)得出相應(yīng)檢測(cè)結(jié)果，來(lái)驗(yàn)證檢定與校準(zhǔn)中個(gè)別參數(shù)檢測(cè)結(jié)果是否異常。文中分別介紹了醫(yī)用X射線輻射源(DR)球管電流、加載時(shí)間、管電壓值出現(xiàn)異常值的驗(yàn)證方法。實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)理論計(jì)算可驗(yàn)證檢測(cè)參數(shù)結(jié)果的異常。

X射線輻射源；計(jì)量檢測(cè)；參數(shù)驗(yàn)證；U-Y曲線

0 引言

在對(duì)醫(yī)用診斷X射線輻射源的檢定過(guò)程中，特別是高頻或X射線球管電纜的屏蔽性能相對(duì)較好的X光機(jī)，通常會(huì)遇到所檢測(cè)的管電流出現(xiàn)明顯的異常現(xiàn)象，但是其他參數(shù)卻在正常范圍內(nèi)。也可能出現(xiàn)管電壓、加載時(shí)間的檢測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。為確定所檢測(cè)的相關(guān)計(jì)量參數(shù)結(jié)果是否正確，本文提出通過(guò)DR設(shè)計(jì)廠商給出的理論計(jì)算公式來(lái)對(duì)檢定與校準(zhǔn)中個(gè)別參數(shù)是否異常進(jìn)行驗(yàn)證

1 理論基礎(chǔ)

一般情況下，醫(yī)用診斷X射線輻射源(特別是近年來(lái)普及的數(shù)字化X射線成像系統(tǒng)DR)的生產(chǎn)廠家的技術(shù)資料中會(huì)給出劑量面積乘積的轉(zhuǎn)換系數(shù)Y的曲線圖。如某型號(hào)的移動(dòng)DR，生產(chǎn)廠家給出的轉(zhuǎn)換系數(shù)Y的曲線圖U-Y曲線，可根據(jù)這些U-Y的曲線，來(lái)對(duì)檢測(cè)結(jié)果與測(cè)量結(jié)果在一定準(zhǔn)確程度上進(jìn)行驗(yàn)證。如圖1所示。

圖1 某一型號(hào)的移動(dòng)DR的U-Y曲線圖

生產(chǎn)廠商針對(duì)不同型號(hào)系列的DR進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，會(huì)給出相關(guān)數(shù)據(jù)，從而得出相應(yīng)DR系統(tǒng)的U-Y曲線圖，此曲線圖應(yīng)該是科學(xué)、準(zhǔn)確、可靠的。

要確保正確的相關(guān)數(shù)據(jù)，有幾個(gè)必要的條件：輻射野尺寸、曝光電流時(shí)間積、常數(shù)K、轉(zhuǎn)換系數(shù)Y、曝光電壓U、球管焦點(diǎn)至診斷水平劑量?jī)x的距離r等。

根據(jù)某型號(hào)的移動(dòng)DR的相關(guān)技術(shù)手冊(cè)有：

D=Y×Q/r3

(1)

式中，D為診斷水平劑量?jī)x所測(cè)得的空氣比釋動(dòng)能，μGy；Y為轉(zhuǎn)換系數(shù)，μGy·m2/mAs；Q為曝光的電流時(shí)間積，mAs；r為球管焦點(diǎn)至診斷水平劑量?jī)x的距離，m。

2 理論分析

公式(1)是生產(chǎn)廠商給出的峰值皮膚劑量計(jì)算公式，其中需要注意的是，由于人體接受照射的區(qū)域并非一個(gè)平面，式中是對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)化，將其視為距離均為r的一個(gè)平面。在進(jìn)行計(jì)量檢測(cè)時(shí)，可以將診斷水平劑量?jī)x的接收面看作近似理想平面。

根據(jù)圖1曲線圖查找曝光條件U為90kV時(shí)的變換系數(shù)Y約為63.5μGy·m2/mAs，取Q為10mAs，焦點(diǎn)至診斷水平劑量?jī)x的距離r為1m，根據(jù)公式(1)計(jì)算D值：

D=Y×Q/r2

=63.5×10/12

=0.635(mGy)

以一次實(shí)際曝光為例，選擇U=90kV，Q=10.0mAs，并用球管內(nèi)置的測(cè)量尺測(cè)量出焦點(diǎn)與診斷水平劑量?jī)x的距離r=1.00m，進(jìn)行曝光檢測(cè)。得出以下一組數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 90kV,10mAs曝光條件下的空氣比釋動(dòng)能測(cè)量值

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出表1中的數(shù)據(jù)D′與根據(jù)式(1)和理論計(jì)算出的D值的差為0.8%。這種差異來(lái)源是由于Y值的獲取，因?yàn)樵讷@取Y值時(shí)是根據(jù)U-Y曲線圖來(lái)估讀的，也就是人為讀數(shù)誤差。根據(jù)檢定規(guī)程對(duì)于空氣比釋動(dòng)能等物理量測(cè)量不確定度的要求，采用理論值來(lái)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果是合理可行的。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的比較驗(yàn)證，上述計(jì)算方法可以用來(lái)驗(yàn)證日常對(duì)醫(yī)用診斷X射線輻射源的計(jì)量檢定結(jié)果。在相關(guān)計(jì)量參數(shù)確定的情況下，通過(guò)對(duì)式(1)的變換，就可以得出其中某一個(gè)待驗(yàn)證的曝光條件參數(shù)(如管電流、管電壓、曝光時(shí)間)是否正確。實(shí)驗(yàn)測(cè)量如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量示意圖

現(xiàn)對(duì)某醫(yī)院放射科的一臺(tái)SIEMENS生產(chǎn)的MOBILETT系列移動(dòng)DR，進(jìn)行計(jì)量檢測(cè)，檢測(cè)設(shè)置的檢定條件為80kV，20mAs，且已知曝光時(shí)間為0.1s，用此DR球管上自帶的內(nèi)置尺進(jìn)行實(shí)際測(cè)量焦點(diǎn)至診斷水平劑量?jī)x的距離為1m，診斷水平劑量?jī)x上空氣比釋動(dòng)能計(jì)數(shù)為0.962mGy。查U-Y曲線圖，80kV時(shí)的Y值為48μGy·m2/mAs即0.048mGy·m2/mA。

3.1 管電流的驗(yàn)證

在以上曝光條件下來(lái)驗(yàn)證實(shí)際管電流I的測(cè)量值與所檢測(cè)的電流值。假定X射線管的加載時(shí)間值為0.1s，根據(jù)式(1)有：

Q=D×r2/Y

由于Q=It，則I=Q/t，

I=D×r2/(Y×t)

=0.962×12/(0.048×0.1)=200.4(mA)

將上式計(jì)算結(jié)果與使用鉗形電流表檢測(cè)的電流值進(jìn)行比較，即可驗(yàn)證管電流檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

3.2 X射線管的加載時(shí)間的驗(yàn)證

同樣在上述曝光條件下，驗(yàn)證實(shí)際X射線管的加載時(shí)間值。假定X射線管電流值為200mA，根據(jù)式(1)有：

Q=D×r2/Y

由于Q=It，則t=Q/I，

t=D×r2/(Y×I)

=0.962×12/(0.048×200)=100.2(ms)

將上式計(jì)算結(jié)果與使用診斷水平劑量?jī)x檢測(cè)的加載時(shí)間值進(jìn)行比較，即可驗(yàn)證加載時(shí)間檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

3.3 管電壓的驗(yàn)證

仍然在3.1中的曝光條件下，驗(yàn)證實(shí)際X射線管的管電壓值。假定X射線管的電流時(shí)間積是準(zhǔn)確的，根據(jù)式(1)有：

Y=D×r2/Q

則：Y=0.962×12/20=0.0481(mGy·m2/mAs)

即Y≈48μGy·m2/mAs，通過(guò)查U-Y表，對(duì)應(yīng)Y值為48μGy·m2/mAs的管電壓約為80kV。將以上計(jì)算結(jié)果與使用診斷水平劑量?jī)x檢測(cè)的管電壓值進(jìn)行比較，即可驗(yàn)證加載時(shí)間檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

3.4 異常結(jié)果的驗(yàn)證

在對(duì)某一臺(tái)DR進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，設(shè)定其加載電壓為80kV，電流為200mA，時(shí)間為100ms(即D=20mAs)，取r為1mm，查找技術(shù)手冊(cè)中U-Y圖如圖1所示，Y值約為46.5μGy·m2/mAs。測(cè)量3次數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可知，加載電流明顯偏離了預(yù)置值，由此可懷疑電流檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)異常，根據(jù)3.1來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證：I=D×r2/(Y×t)

=0.909×12/(0.0465×0.1021)=191.5(mA)

表2 DR參數(shù)檢測(cè)結(jié)果

查找此臺(tái)DR的技術(shù)資料，找到其高壓發(fā)生器控制電路中的管電流測(cè)試點(diǎn)，將示波器接入測(cè)試點(diǎn)，測(cè)得約0.19mV的方波信號(hào)。技術(shù)資料說(shuō)明管電流測(cè)試點(diǎn)測(cè)得的每0.1mV方波信號(hào)代表管電流為100mA，即0.19mV代表190mA。其結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果基本一致，說(shuō)明通過(guò)鉗形電流表檢測(cè)的管電流結(jié)果出現(xiàn)了異常，出現(xiàn)這種異常，可能是由于其球管電纜的屏蔽功能所致，或者是現(xiàn)有技術(shù)條件下的鉗形電流表不能準(zhǔn)確探測(cè)此DR的管電流信號(hào)。

4 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)量檢測(cè)技術(shù)人員在對(duì)有特殊情況下的醫(yī)用診斷X射線輻射源進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，會(huì)遇到球管或球管電纜被外殼包裝起來(lái)、或由于球管的電纜太粗以至于鉗形電流表無(wú)法完全夾住電纜、或球管電纜屏蔽效果較好，在這樣的情況下，給計(jì)量技術(shù)人員從全面、科學(xué)地對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與檢測(cè)提出了挑戰(zhàn)?；蛴矛F(xiàn)有常見(jiàn)的診斷水平劑量?jī)x對(duì)一些高頻X射線輻射源進(jìn)行檢定時(shí)，發(fā)現(xiàn)某些檢測(cè)參數(shù)結(jié)果有異常，以至于無(wú)法判斷檢定結(jié)果。在這些情況下，可以通過(guò)查找相應(yīng)的X射線輻射源的技術(shù)資料，找到技術(shù)資料中給出的U-Y曲線圖，從而計(jì)算出出現(xiàn)異常值的參數(shù)的理論檢測(cè)值，以此驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果，為判斷檢定結(jié)果提供依據(jù)。

[1] SIEMENS.MOBILETT系列移動(dòng)DR用戶手冊(cè)

[2] 劉雪萍，等.多圈共軸線圈產(chǎn)生錯(cuò)位對(duì)激勵(lì)磁場(chǎng)的影響[J].計(jì)量學(xué)報(bào)，2005，36(2)：187-192

[3] 王坤，金孫均，萇雪，楊小元，張健.醫(yī)用加速器水吸收劑量測(cè)量研究及國(guó)際比對(duì)[J].計(jì)量技術(shù)，2015，(5)：556-59

[4] 王添文，等.屏蔽電纜效能與轉(zhuǎn)移阻抗關(guān)系研究[J].安全與電磁兼容，2015，(1)：60-65

[5] 易大志．析對(duì)部分DR進(jìn)行檢測(cè)的問(wèn)題[J]．中國(guó)計(jì)量，2012(12)：102

[6] JJG 744—2004醫(yī)用診斷X射線輻射源檢定規(guī)程

[7] JJG 1078—2012醫(yī)用數(shù)字?jǐn)z影(CR、DR)系統(tǒng)X射線輻射源檢定規(guī)程

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.12.19