醫(yī)用X射線輻射監(jiān)測及聯(lián)鎖裝置的設(shè)計(jì)

李憲軍 ，武卓， 王云鵬

陜西省人民醫(yī)院 設(shè)備管理科，陜西西安 710068

醫(yī)用X射線輻射監(jiān)測及聯(lián)鎖裝置的設(shè)計(jì)

李憲軍 ，武卓， 王云鵬

陜西省人民醫(yī)院 設(shè)備管理科，陜西西安 710068

醫(yī)用大型X射線設(shè)備（CT、DSA、MR等）都不可避免的產(chǎn)生電離輻射，由于我國現(xiàn)有的此類設(shè)備供貨商大多都無相關(guān)安全聯(lián)鎖裝置與之相配套，這就不可避免地造成電離輻射污染以及與國家安全輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)相違背。本文旨在提供一種實(shí)用、行之有效的X射線輻射監(jiān)測及聯(lián)鎖裝置，來應(yīng)對上述各醫(yī)療單位在日常醫(yī)療檢查中都無法避免的電離輻射難題。

醫(yī)用X射線機(jī)； 電離輻射 ；輻射監(jiān)測 ；聯(lián)鎖裝置

0 前言

自1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來，X射線機(jī)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里應(yīng)用已有90多年的歷史了，由于X射線機(jī)圖像能以直觀、信息豐富的方式表達(dá)檢查測量結(jié)果，使之成為醫(yī)學(xué)上診斷疾病所必不可缺少的設(shè)備，為國內(nèi)外普遍應(yīng)用。然而，伴隨著X射線機(jī)越來越多的使用到醫(yī)療中，不可避免的產(chǎn)生各種大量的輻射污染，為人們所密切關(guān)注。醫(yī)用輻射源作為電離輻射的一個(gè)重要組成部分，一直是防護(hù)的重點(diǎn)部門，《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》是我國制定的一個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)提出了輻射防護(hù)的各項(xiàng)要求，其中第4.2.3.1提出產(chǎn)生電離輻射設(shè)備必須設(shè)有安全連鎖裝置（包括門-機(jī)連鎖、控制臺與裝置連鎖、其他連鎖等）。近年來各家醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)商研制的新型設(shè)備中都能滿足這一要求，但現(xiàn)實(shí)面臨的問題是各醫(yī)院目前廣泛在用的機(jī)型中不具備這一功能，這不但可能造成輻射污染，而且在當(dāng)?shù)丨h(huán)境安全監(jiān)測部門的檢測中，這一項(xiàng)也無法通過，最后多數(shù)醫(yī)院均無法解決只能違規(guī)使用，這一棘手的問題如何解決？本文提出了一種連鎖裝置的設(shè)計(jì)，以解決這一問題。

我們通過與現(xiàn)有此類問題的研究和長期模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果單純設(shè)計(jì)一種簡單的門聯(lián)鎖裝置，進(jìn)行位置的檢測，就無法精確的表達(dá)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，射線量的檢測。

因此，解決此類問題的關(guān)鍵就在于治療防護(hù)門位置的精確檢測、X射線輻射劑量的檢測，以及對兩者檢測的有效結(jié)合，即當(dāng)射線量超過一個(gè)安全值時(shí)，報(bào)警并緊急停機(jī)，監(jiān)測的射線量處于安全范圍時(shí)，門連鎖起作用。該連鎖裝置可起到雙重保護(hù)作用：門開關(guān)保護(hù)；射線量泄露超標(biāo)保護(hù)。從而達(dá)到精準(zhǔn)檢測阻止輻射污染的效果。

經(jīng)過重復(fù)性試驗(yàn)對本醫(yī)院X射線機(jī)的測試，我們決定采用光電耦合器及蓋革-彌勒計(jì)數(shù)管分別對門位置及治療過程中治療室外（主要是治療防護(hù)門附近）的累積輻射量進(jìn)行檢測，門位置檢測為初級檢測，累積輻射量為終極檢測，通過初級、終極的檢測與X射線機(jī)相關(guān)聯(lián)，在任何出現(xiàn)輻射污染的情況下機(jī)器停止運(yùn)行，從而達(dá)到防止輻射污染的效果。

1 門位置監(jiān)測功能實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)的門控制開關(guān)大多是通過行程開關(guān)機(jī)械控制，缺點(diǎn)是當(dāng)長時(shí)間使用，后門的位置偏移、傳動系統(tǒng)老化等造成的控制精度下降，誤報(bào)警等動作出現(xiàn)，實(shí)際已經(jīng)起不到精確的安全保護(hù)作用。

我們現(xiàn)在采用光電開關(guān)對門的位置進(jìn)行精確監(jiān)測，光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電-光-電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電-光-電的轉(zhuǎn)換。通過光電開關(guān)后再輸出控制電平（圖1）。

圖 1 門位置監(jiān)測設(shè)計(jì)框圖

2 射線監(jiān)測功能實(shí)現(xiàn)

X射線與自然光并沒有本質(zhì)的區(qū)別，都是電磁波，只是X射線的光量子的能量遠(yuǎn)大于可見光。它能夠穿透可見光不能穿透的物體，而且在穿透物體的同時(shí)與物質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)作用，可以使原子發(fā)生電離，使某些物質(zhì)發(fā)出熒光，還可以使某些物質(zhì)產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)。如果工件局部區(qū)域存在缺陷，它將改變物體對射線的衰減，引起透射射線強(qiáng)度的變化，這樣，采用一定的檢測方法，來檢測透射線強(qiáng)度，就可以判斷工件中是否存在缺陷以及缺陷的位置、大小。

這個(gè)公式就是射線檢測基本原理的關(guān)系式，ΔI/I稱為物體對比度，從它可以得知，只要缺陷在透射方向上具有一定的尺寸、其衰減系數(shù)與物體的線衰減系數(shù)具有一定差別，并且散射比控制在一定范圍，我們就能夠獲得由于缺陷存在而產(chǎn)生的對比度，從而發(fā)現(xiàn)缺陷。

通過蓋革-彌勒計(jì)數(shù)管來測定輻射，當(dāng)每一次射線通過該GM管并引起電離時(shí)，便使該GM管產(chǎn)生一次檢測電流脈沖，每個(gè)脈沖被電子管電路檢測并記錄為一個(gè)計(jì)數(shù)，該劑量儀的顯示值為在所選定的模式下的計(jì)數(shù)值。

由于放射性的隨機(jī)特性，故由劑量儀所檢測到的計(jì)數(shù)值各分鐘都有變化，檢測取峰值作為輸入信號，將探測器接收到的信號送入單片機(jī)，與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，并作出判斷，作為控制量去控制下一級工作（圖2）。

圖 2 射線監(jiān)測設(shè)計(jì)框圖

3 防護(hù)門位置監(jiān)測與射線的整體監(jiān)測

通過對防護(hù)門監(jiān)測功能以及射線監(jiān)測功能的單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，我們不難得出X射線輻射監(jiān)測及連鎖裝置設(shè)計(jì)的整體框圖（圖3），使之在治療過程中，防護(hù)門未關(guān)閉或者射線劑量超標(biāo)的情況下均能產(chǎn)生報(bào)警，從而達(dá)到有效預(yù)防射線輻射污染的效果。

圖 3 X射線輻射監(jiān)測及連鎖裝置設(shè)計(jì)的整體框圖

4 X射線輻射監(jiān)測及連鎖裝置實(shí)用性評估

我們經(jīng)過了大量的模型試驗(yàn)及針對我院X射線機(jī)的重復(fù)性實(shí)際測試得知，X射線輻射監(jiān)測及連鎖裝置不但完全實(shí)現(xiàn)了上述我們所要求的功能外，還有其他諸多優(yōu)點(diǎn)。

(1)由于采用的主要電子器件為光電耦合器、蓋革-彌勒計(jì)數(shù)管等重復(fù)性比較好、性能比較穩(wěn)定的原件，X射線輻射監(jiān)測及連鎖裝置可達(dá)到非常高的穩(wěn)定性、精確性以及使用壽命。

(2)配備X射線輻射監(jiān)測及連鎖裝置的各電子器件均比較常見，普通的電子市場均可購買，且成本不高，可非常容易地解決輻射防護(hù)這一難題，其普遍性可以得到有效推廣。

(3) X射線輻射監(jiān)測及連鎖裝置，體積小、易安裝、方便拆卸維修，給日常的使用和維修工作帶來很大的便利，因此，其實(shí)用性、有效性值得廣泛推廣。

通過重復(fù)性實(shí)際測試證明，X射線輻射監(jiān)測及連鎖裝置的應(yīng)用可以有效地進(jìn)行輻射劑量檢測，并具備多種實(shí)用性優(yōu)點(diǎn)，可有效地達(dá)到醫(yī)用X射線輻射防護(hù)的目的。

[1] GB18871-2002,電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] 衛(wèi)生部令第46號,放射診療管理規(guī)定[S].

[3] 國務(wù)院令第449號,放射性同位素與射線裝置安全和防護(hù)條例[S].

[4] 許樹林.X射線設(shè)備檢查中受檢者防護(hù)存在的問題[J].醫(yī)療裝備, 2009(3):17-18.

[5] 郝光遠(yuǎn),魏從全,張建廷,等.數(shù)字化床邊攝影X射線防護(hù)問題及其措施[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2008(10):347-349.

[6] 李宏毅,劉宇靜,黃志聰.X射線影像診斷設(shè)備輻射劑量的危害與防護(hù)[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2008(9):58-61.

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[8] 祁天佑,李應(yīng)輝.高速高壓光電耦合器[J].半導(dǎo)體光電,1994(4): 49-52.

[9] 汪潤華,李志峰.X射線機(jī)的質(zhì)量控制檢測[J].職業(yè)與健康, 2002(5):18-20.

[10] 歐向明, 趙士庵,程金生.防護(hù)水平γ輻照裝置的研制[J].中國輻射衛(wèi)生,2006(3):302-303.

Design of Monitoring of Medical X-ray Radiation and Interlock Device

LI Xian-jun,WU Zhuo,WANG Yunpeng
Equipment Management Department, Shaanxi People's Hospital, Xi'an Shaanxi 710068,China

TH771+.5

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.10.005

1674-1633(2010)10-0014-02

2010-04-09

2010-04-25

作者郵箱：lixianjun2362@163.com

Abstract:Medical X-ray equipment would produce ionizing radiation,and most of the medical X-ray suppliers don't provide corresponding safety interlock,then the ionizing radiation is caused.This paper introduces an effect X-ray radiation monitoring and interlock device,which is used to solve the radiation problems.

Key words:medical X-ray system;ionizing radiation;radiation monitoring;interlock device