建立醫(yī)學(xué)診斷X射線參考輻射場技術(shù)研究

張從華， 張圓月， 鄭永明， 王堯君， 徐 恒， 楊 建，李 鵬，劉 操，張友德，蔣雪萍，馮雪峰，宿 川

（1.中國測試技術(shù)研究院，四川 成都 610021；2.浙江省杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院，浙江 杭州 310019；3.新疆維吾爾自治區(qū)計量測試研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

0 引 言

為建立X射線診斷輻射質(zhì)，復(fù)現(xiàn)空氣比釋動能，建立完整的減弱束和非減弱束量值傳遞系統(tǒng)，實現(xiàn)國家和地方的診斷水平標(biāo)準(zhǔn)劑量計、診斷水平劑量計、X射線多功能測量儀、劑量面積乘積儀等劑量儀的量值溯源[1-5]，保障國家推行JJG 744——2004《醫(yī)用診斷X射線輻射源》、JJG 1026——2007《醫(yī)用診斷螺旋計算機(jī)斷層攝影裝置（CT）X射線輻射源》、JJG 1067——2011《醫(yī)用診斷數(shù)字減影血管造影DSA系統(tǒng)X射線輻射源》、JJG 1078——2012《醫(yī)用數(shù)字?jǐn)z影（CR、DR）系統(tǒng)X射線輻射源》、JJG 2043——2010《60～250kV X射線空氣比釋動能計量器具》等診斷輻射檢定規(guī)程[5-10]的執(zhí)行，按照IEC 61267標(biāo)準(zhǔn)[11]嚴(yán)格復(fù)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)空氣比釋動能量值。在現(xiàn)有的國家空氣比釋動能基準(zhǔn)輻射場、各地方空氣比釋動能標(biāo)準(zhǔn)輻射場的基礎(chǔ)上，進(jìn)行技術(shù)改造，實現(xiàn)診斷輻射質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)輻射場的建設(shè)，建立相關(guān)計量標(biāo)準(zhǔn)，可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步制定新的國家標(biāo)準(zhǔn)、國家計量檢定規(guī)程、國家計量技術(shù)校準(zhǔn)規(guī)范，從根本上解決我國X射線診斷設(shè)備的相關(guān)物理量及其衍生量不能溯源或者溯源不規(guī)范的問題。在開展檢測技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格執(zhí)行量值傳遞與溯源，為醫(yī)療行業(yè)的計量監(jiān)管與自身質(zhì)量控制提供技術(shù)和法規(guī)依據(jù)。

1 有效峰值電壓

建立標(biāo)準(zhǔn)診斷輻射場，首先要測量X射線管的管電壓，確定實際有效峰值電壓。實際有效峰值電壓的計算采用IEC 61267標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行電壓計算，基本數(shù)學(xué)處理方法：

式中：，Ui，w（Ui）——實際有效峰值電壓、測量的管電壓、權(quán)重函數(shù)。

診斷光機(jī)的電壓權(quán)重函數(shù)為

其中，各參數(shù)的數(shù)值為

乳腺光機(jī)的電壓權(quán)重函數(shù)為

其中，各參數(shù)的數(shù)值為

2 輻射傳感器

建立標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)，需要標(biāo)準(zhǔn)劑量儀，測試輻射衰減曲線，建立標(biāo)準(zhǔn)空氣比釋動能或者空氣比釋動能率量值。用于測量空氣比釋動能或者空氣比釋動能率的探測器應(yīng)該滿足IEC 61674標(biāo)準(zhǔn)[12]和IEC 61267標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.1 劑量率線性

劑量率≤0.02。

2.2 重復(fù)性

1）非減弱束。非減弱束的空氣比釋功能重復(fù)性如表1所示。

表1 非減弱束的空氣比釋動能（率）重復(fù)性

2）減弱束。減弱束的空氣比釋動能重復(fù)性如表2所示。

表2 減弱束的空氣比釋動能（率）重復(fù)性

2.3 分辨力

不小于讀數(shù)的1%。

2.4 穩(wěn)定時間

儀器啟動15min后的響應(yīng)變化在±2%以內(nèi)。

2.5 輻照脈沖響應(yīng)

容許1ms照射。劑量率＜1Gy或者最大空氣比釋動能率（取較小者），適合常規(guī)的非減弱束測量；劑量率＜1 mGy或者最大空氣比釋動能率（取較小者），適合常規(guī)的減弱束測量；劑量率＜500mGy或者最大空氣比釋動能率（取較小者），適合常規(guī)的CT非減弱束測量。

2.6 復(fù)位

復(fù)位后的測試讀數(shù)不大于滿量程的1.0%。

2.7 漏電流

空氣比釋動能率測量時：在最小有效空氣比釋動能率測量范圍內(nèi)不少于1min測試時，不超過5.0%。

空氣比釋動能和空氣比釋動能長度乘積測量時：在最小有效測量范圍內(nèi)每分鐘測試變化不超過5.0%；在最大有效測量范圍內(nèi)每分鐘測試變化不超過1.0%。

2.8 穩(wěn)定性

長期穩(wěn)定性：±2%/年。

累計劑量穩(wěn)定性：在非減弱束70 kV情況下累計到40Gy，變化在±1%以內(nèi)。

2.9 能量響應(yīng)

不超過±3%，覆蓋ISO4037-1規(guī)定的N15～N200輻射質(zhì)。

2.10 其 他

1）靈敏體積的入射面應(yīng)被輻射野全部覆蓋。

2）靈敏度應(yīng)該在附加過濾或者加上水模體的條件下測量。

3）探測器應(yīng)能在減弱束（附加過濾或者水模體）和非減弱束下測量空氣比釋動能率。

3 輻射質(zhì)

3.1 標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)RQR

用于描述X射線管組件出射的X射線的輻射質(zhì)，技術(shù)要求見表3。標(biāo)準(zhǔn)輻射場要滿足：

1）一個鎢發(fā)射靶。

2）一個經(jīng)過調(diào)整滿足表3管電壓要求的X射線管。管電壓值要求實際峰值電壓，不確定度為1.5%或者1.5kV，取較大者，包含因子k=2。

3）第一半值層滿足表3要求。在檢驗時，測量滿足0.485～0.515。在構(gòu)建標(biāo)稱第一半值層時，衰減鋁片純度99.9%，總厚度≥25mm，測試步長≤0.5mm，濾片厚度誤差±0.01 mm。測試的出射野不大于50 mm×50mm。

4）同質(zhì)系數(shù)要求誤差±0.03。

表3 標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)RQR的技術(shù)指標(biāo)

3.2 標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)RQA

用于描述X射線經(jīng)過管組件出射后，經(jīng)鋁模體衰減的X射線的輻射質(zhì)。技術(shù)要求見表4。標(biāo)準(zhǔn)輻射場滿足：

1）一個鎢發(fā)射靶。

2）一個X射線管，管壓值滿足RQR要求。

3）附加過濾，衰減鋁片純度 99.9%，誤差±0.01mm。

4）標(biāo)稱第一半值層滿足表4要求。測試條件與RQR一樣。

表4 標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)RQA的技術(shù)指標(biāo)

3.3 標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)RQC

描述用于自動曝光控制系統(tǒng)在透視條件下X射線的輻射質(zhì)，技術(shù)要求見表5。標(biāo)準(zhǔn)輻射場滿足：

1）一個鎢發(fā)射靶。

2）一個X射線管，管壓值滿足RQR要求。

3）附加過濾，模擬患者，衰減銅片純度99.9%，厚度誤差±0.01mm，面積足以覆蓋射野。

4）標(biāo)稱第一半值層滿足表5要求，測試方法與RQR一樣。

表5 標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)RQC的技術(shù)指標(biāo)

3.4 標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)RQT

描述用于CT應(yīng)用的X射線的輻射質(zhì)。技術(shù)要求見表6。標(biāo)準(zhǔn)輻射場滿足：

1）一個鎢發(fā)射靶。

2）一個X射線管，管壓值滿足RQR要求。

3）標(biāo)稱第一半值層滿足表6要求。測試方法與RQR一樣。

4）附加過濾，模擬患者，衰減銅片純度99.9%，厚度誤差±0.01mm，面積足以覆蓋射野。

表6 標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)RQT的技術(shù)指標(biāo)

4 標(biāo)準(zhǔn)輻射條件

4.1 標(biāo)準(zhǔn)輻射條件RQN

用于窄束環(huán)境，在RQR輻射質(zhì)基礎(chǔ)上，建立RQN2～RQN10系列標(biāo)準(zhǔn)輻射條件。在輻射場中加入圓柱形水模體，滿足：

1）外徑 50mm。

2）高度（200±1）mm。

3）圓柱體的上下底面和壁為有機(jī)玻璃，厚度（10±2）mm。

4）充滿水介質(zhì)。

5）第一擋片、第二擋片、第三擋片（5mmPb）距離焦點的距離分別為300，500，550mm，其中第二擋片形成的孔徑不超過40 mm，第三擋片形成的孔徑在應(yīng)用平面上為（20±2）mm。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)輻射條件RQB

用于寬束環(huán)境，考慮散射影響，在RQR輻射質(zhì)基礎(chǔ)上，建立RQB2～RQB10系列標(biāo)準(zhǔn)輻射條件。在輻射場中加入圓柱形水模體，滿足：

1）外徑（300±1）mm。

2）高度（200±1）mm。

3）圓柱體的上下底面和壁為有機(jī)玻璃，厚度（10±2）mm。

4）充滿水介質(zhì)。

5）第一擋片靠近射線管組件、第二擋片靠近水模體（5mmPb），形成輻射野在水模體出射面的面積為 275mm×275mm。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)輻射條件RQR-M

用于決定能量小于40kV的非衰減射束，散射線影響最小，基本特征滿足：

1）一個鉬發(fā)射靶。

2）X射線管管電壓紋波≤4%。

3）總過濾為（0.032±0.002）mm 鉬。 滿足表 7 要求，第一半值層誤差±0.02mmAl。

表7 標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)RQB-M的技術(shù)指標(biāo)

4.4 標(biāo)準(zhǔn)輻射條件RQA-M

用于能量小于40kV減弱束的測試，散射線影響小，能譜接近患者出射束能譜分布，基本特征滿足：

1）一個鉬發(fā)射靶。

2）X射線管管電壓紋波≤4%。

3）總過濾為（0.032±0.002）mm 鉬。 滿足表 8 要求，第一半值層誤差±0.02mmAl。

4）附加過濾（2±0.01）mmAl。

表8 標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)RQB-M的技術(shù)指標(biāo)

4.5 標(biāo)準(zhǔn)輻射條件RQN-M

用于能量小于40 kV減弱束窄束的測試，散射線影響小，能譜接近患者出射束能譜分布，基本特征滿足：

1）一個鉬發(fā)射靶。

2）X射線管管電壓紋波≤4%。

3）總過濾為（0.032±0.002）mm 鉬。 滿足表 9 要求，第一半值層誤差±0.02mmAl。

4）水模體。長（120±1）mm，寬（80±1）mm，高（45±0.5）mm，壁厚 45mm。

5）第二個遮擋片限制射束在應(yīng)用平面的大小為直徑20mm的圓面。遮擋片為不少于1mmPb。

表9 標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)RQB-M的技術(shù)指標(biāo)

4.6 標(biāo)準(zhǔn)輻射條件RQB-M

用于能量小于40 kV減弱束寬束的測試，散射線影響有意義，能譜接近患者出射束能譜分布，基本特征滿足：

1）一個鉬發(fā)射靶。

2）X射線管管電壓紋波≤4%。

3）總過濾為（0.032±0.002）mm 鉬。 滿足表 10 要求，第一半值層誤差±0.02mmAl。

4）水模體。由有機(jī)玻璃組成。模擬50%脂肪和50%乳腺組織，厚度為 45 mm，長（120±1）mm，寬（80±1）mm，高（45±0.5）mm，壁厚 45mm。

表10 標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)RQB-M的技術(shù)指標(biāo)

5 結(jié)束語

參考IEC 61267的基本要求，利用測試的管高壓計算有效峰值電壓，用于確定診斷輻射場的管電壓，建立管電壓的準(zhǔn)確量值。采用滿足要求的輻射傳感器，添加過濾片，測試輻射衰減曲線，建立標(biāo)準(zhǔn)的診斷輻射質(zhì)。通過不同擋片，限制輻射野，并添加附加過濾或者水模體，實現(xiàn)輻射測量的基本條件。通過建立標(biāo)準(zhǔn)輻射質(zhì)和測量條件，用于診斷劑量的校準(zhǔn)、測試，實現(xiàn)診斷劑量的量值傳遞和劑量校準(zhǔn)工作，為廣大醫(yī)療機(jī)構(gòu)和計量檢測部門服務(wù)。

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