非接入式X射線機(jī)管電流測(cè)量?jī)x檢測(cè)裝置的建立

陸建榮，李后奇，斯海臣，劉曉軍

1. 總后勤部衛(wèi)生部藥品儀器檢驗(yàn)所，北京 100071；2. 勝利油田中心醫(yī)院放射科，山東 東營(yíng) 257034

非接入式X射線機(jī)管電流測(cè)量?jī)x檢測(cè)裝置的建立

陸建榮1，李后奇2，斯海臣1，劉曉軍1

1. 總后勤部衛(wèi)生部藥品儀器檢驗(yàn)所，北京 100071；2. 勝利油田中心醫(yī)院放射科，山東 東營(yíng) 257034

目的 解決非接入式X射線機(jī)管電流測(cè)量?jī)x的檢測(cè)需求，建立了此檢測(cè)裝置。方法 本研究采用直流電流發(fā)生器、數(shù)字多用表及環(huán)境檢測(cè)設(shè)備建立了非接入式X射線機(jī)管電流測(cè)量?jī)x檢測(cè)裝置，并對(duì)該裝置的輸出電流進(jìn)行了測(cè)量，計(jì)算系統(tǒng)的重復(fù)性和穩(wěn)定性，分析不確定度的引入因素。通過(guò)計(jì)算各個(gè)不確定度分量，最后得到了此裝置的合成不確定度。結(jié)果 通過(guò)測(cè)量、分析和計(jì)算，對(duì)所建立的測(cè)量裝置的重復(fù)性、穩(wěn)定性和系統(tǒng)不確定度進(jìn)行了合格驗(yàn)證。結(jié)論 此檢測(cè)裝置各項(xiàng)參數(shù)滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠用于對(duì)非接入式管電流測(cè)量?jī)x的檢測(cè)。

非接入式X線機(jī)；管電流；管電流測(cè)量?jī)x；X線機(jī)質(zhì)量控制

1 建立檢測(cè)裝置的目的

醫(yī)用診斷X射線裝置在疾病診斷中被廣泛應(yīng)用，X射線具有的穿透和電離特性會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生有害的生物效應(yīng)，為了防止對(duì)患者造成傷害，在使用中需要嚴(yán)格控制輻射劑量，國(guó)家檢定規(guī)程JJG 744-2004《醫(yī)用診斷X射線輻射源》明確規(guī)定X射線機(jī)的管電流值需要每年進(jìn)行測(cè)量，這是開(kāi)展X射線機(jī)質(zhì)量控制工作需要測(cè)量的重要參數(shù)。此參數(shù)的測(cè)量通常使用非接入式管電流測(cè)量?jī)x，因此，對(duì)管電流測(cè)量?jī)x測(cè)量精度進(jìn)行評(píng)定是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。為了完善非接入式X射線機(jī)管電流測(cè)量的測(cè)量校準(zhǔn)體系，保證質(zhì)量監(jiān)管工作的準(zhǔn)確性和權(quán)威性，保證質(zhì)量檢測(cè)的準(zhǔn)確和統(tǒng)一，需建立非接入式X射線機(jī)管電流測(cè)量?jī)x檢測(cè)裝置。

2 檢測(cè)裝置的組成和工作原理

本檢測(cè)裝置由直流電流發(fā)生器、多用途數(shù)字表、模擬高壓電纜、溫度測(cè)量?jī)x、濕度測(cè)量?jī)x等組成。直流電流發(fā)生器輸出端通過(guò)電線連接到模擬高壓電纜，非接入式管電流測(cè)量?jī)x的鉗形電流探頭鉗住模擬高壓電纜，當(dāng)直流電流發(fā)生器的輸出電流流過(guò)模擬高壓電纜時(shí)，鉗形電流表檢測(cè)到電流并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)，測(cè)量得到的電壓信號(hào)輸入非接入式管電流測(cè)量?jī)x主機(jī)，經(jīng)過(guò)計(jì)算顯示電流值（圖1）。直流電流發(fā)生器的電流輸出經(jīng)過(guò)溯源校準(zhǔn)，輸出值有75.0、250.0、500.0、750.0 mA四檔，用選擇的各檔的檔位示值和對(duì)應(yīng)的測(cè)量值計(jì)算測(cè)量誤差；也可以計(jì)算校準(zhǔn)系數(shù)或修正系數(shù)，并通過(guò)設(shè)備的調(diào)整軟件提高被測(cè)儀表的測(cè)量精度。

圖1 非接入式管電流測(cè)量?jī)x檢測(cè)方法示意圖

3 直流電流發(fā)生器輸出電流的測(cè)量

直流電流發(fā)生器是裝置的重要設(shè)備，它的重復(fù)性和穩(wěn)定性是建標(biāo)必須考核的參數(shù)，因此需要對(duì)它進(jìn)行測(cè)量，并利用測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算得到裝置的穩(wěn)定性和重復(fù)性。測(cè)量時(shí)采用實(shí)際工作時(shí)的連接方法，使用的設(shè)備有直流電流發(fā)生器、數(shù)字多用表和模擬高壓電纜，設(shè)備檢測(cè)參數(shù)，參見(jiàn)表1。

表1 非接入式管電流測(cè)量?jī)x檢測(cè)參數(shù)表

直流電流發(fā)生器穩(wěn)定性數(shù)據(jù)的測(cè)量采用直接比較法[1]，測(cè)量時(shí)用導(dǎo)線把模擬高壓電纜和數(shù)字多用表串聯(lián)連接，再把直流電流發(fā)生器的輸出和模擬高壓電纜連接，數(shù)字多用表輸入的負(fù)端和直流電流發(fā)生器的負(fù)端相連。接通直流電流發(fā)生器的供電電源，數(shù)字多用表選擇相應(yīng)的輸入端口或測(cè)量檔位，調(diào)節(jié)直流電流發(fā)生器輸出檔位（75、250 、500、750 mA），把直流電流發(fā)生器輸出開(kāi)關(guān)置于“ON”的位置，等待5 min，讀取數(shù)字多用表上顯示的數(shù)據(jù)并記錄。

數(shù)據(jù)測(cè)量次數(shù)按照校準(zhǔn)裝置評(píng)定原則每個(gè)月測(cè)量1次，單次測(cè)量時(shí)在相同條件下連續(xù)間隔測(cè)量10次，獲得10個(gè)數(shù)據(jù)，在半年時(shí)間內(nèi)共進(jìn)行6次測(cè)量[2]，總共得到240個(gè)數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)作為穩(wěn)定性和重復(fù)性計(jì)算使用。

4 檢測(cè)裝置的重復(fù)性

5 檢測(cè)裝置的穩(wěn)定性

檢測(cè)裝置的穩(wěn)定性是指用該計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)定的一段時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)量穩(wěn)定的被測(cè)對(duì)象時(shí)所得到的測(cè)量結(jié)果的一致性。穩(wěn)定性用組間極差表示，組間極差的計(jì)算方法見(jiàn)式(3）。

測(cè)試裝置的測(cè)量結(jié)果需要滿足量值傳遞的要求，系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定條件是組間極差相對(duì)值＜本計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展不確定度[5]，從表2的數(shù)據(jù)分析各檔的組間極差均＜1.0，而按照判定要求求得的擴(kuò)展不確定度均＞1.0，因此，本系統(tǒng)的穩(wěn)定性能夠滿足要求，數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 重復(fù)性計(jì)算數(shù)據(jù)

6 檢測(cè)裝置的不確定度評(píng)定

檢測(cè)裝置的不確定度來(lái)自于各種不同的因素，可以把它們歸納為3種類型：統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)類、輸入?yún)?shù)類、數(shù)學(xué)模型和實(shí)際物理參數(shù)偏差類，系統(tǒng)的不確定度由各分量合成，合成不確定度符合平方和關(guān)系[6]。此測(cè)量裝置的不確定度體現(xiàn)實(shí)際電流輸出值與設(shè)定值之間的誤差，它由數(shù)字多用表的不確定度、直流電流發(fā)生器的不確定度及系統(tǒng)穩(wěn)定性合成，也可以認(rèn)為檢測(cè)裝置的不確定度含3個(gè)分量：數(shù)字多用表的測(cè)量不確定度urel（M）、直流電流發(fā)生器的不確定度urel（Y）及系統(tǒng)的穩(wěn)定性u(píng)rel（W），它們之間的關(guān)系符合平方和關(guān)系。

6.1 數(shù)字多用表引入的不確定度

數(shù)字多用表的測(cè)量不確定度包括設(shè)備溯源引入的不確定度urel（S）、示值誤差引入的不確定度urel（N）、年穩(wěn)定性引入的不確定度。

（1）設(shè)備溯源引入的不確定度urel（S）。本數(shù)字多用表溯源到中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，從歷年校準(zhǔn)結(jié)果得出其不確定度＜0.2％（k=2），從設(shè)備使用說(shuō)明書(shū)中得到不確定度為0.5％（k=2），計(jì)算時(shí)兩者取大值，采用B類評(píng)定。

urel（S）＝0.5％÷2＝0.25％

此信息來(lái)源非?？煽浚宰杂啥萔s→∞。

（2）示值誤差引入的不確定度urel（N）。各檔位示值誤差所引入的不確定度見(jiàn)表4，在最后計(jì)算系統(tǒng)不確定度時(shí)取最大值。

表4 非接入式管電流測(cè)量?jī)x檢測(cè)參數(shù)表

不確定度的最大值，即urel（N）＝0.006％

urel（N）的自由度可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)求得，估計(jì)urel（N）的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

Δurel（N）/urel（N）=0.10，則其自由度

（3）年穩(wěn)定性引入的不確定度包含在系統(tǒng)穩(wěn)定性中。

6.2 直流電流發(fā)生器引入的不確定度

直流電流發(fā)生器引入的不確定度包括設(shè)備溯源引入的不確定度urel（Y）、年穩(wěn)定性引入的不確定度。

（1）設(shè)備溯源引入的不確定度urel（Y）。本直流電流發(fā)生器溯源到中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，從歷年校準(zhǔn)結(jié)果得出不確定度U＜0.5％（k=2），采用B類評(píng)定。

urel（Y）=0.5％÷2=0.25％

此信息來(lái)源非常可靠，所以自由度vY→∞。

（2）年穩(wěn)定性引入的不確定度包含在系統(tǒng)穩(wěn)定性中。

6.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性u(píng)rel（W）

從重復(fù)性測(cè)量數(shù)據(jù)中取最大值，計(jì)算得到urel（W）=0.035％，vW=10-1=9，見(jiàn)表5。

表5 非接入式管電流測(cè)量?jī)x檢測(cè)參數(shù)表

6.4 不確定度的合成

上述計(jì)算得到的不確定度分量，由于各分量之間相互獨(dú)立，其合成相對(duì)不確定度等于各分量平方之和求開(kāi)方。即：

表3 穩(wěn)定性計(jì)算數(shù)據(jù)

6.5 相對(duì)擴(kuò)展不確定度

因此，非接入式管電流檢測(cè)裝置的相對(duì)擴(kuò)展不確定度U=ucrel×k＝0.36％×2≈0.72％。

不確定度評(píng)定的結(jié)果為：非接入式管電流檢測(cè)裝置的相對(duì)擴(kuò)展不確定度U=0.72％，k=2.0。

7 結(jié)論

本論文采用直流電流發(fā)生器、多用途數(shù)字表、環(huán)境條件測(cè)量?jī)x等建立了非接入式X射線管電流測(cè)量?jī)x檢測(cè)裝置，在半年時(shí)間內(nèi)對(duì)該裝置在75.0、250.0、500.0、750.0 mA四檔電流輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量、分析和計(jì)算，得到了該裝置的各檔重復(fù)性分別為0.015％、0.018％、0.020％、0.035％，各檔的組間極差均＜1.0 mA，檢測(cè)裝置的不確定度為U=0.72％（k=2.0），目前用于非接入式管電流測(cè)量的儀器的誤差為10％，根據(jù)量值傳遞要求，此裝置的不確定度＜被測(cè)儀器不確定度的1/3，能夠滿足檢測(cè)要求[8-9]。

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Establishment of a Test Device for Non-Invasive X-Ray Tube Current M easurement Instruments

LU Jian-rong1, LI Hou-qi2, SI Hai-chen1, LIU Xiao-jun1
1.Institute for Drug and Instrument Control of Health Department of General Logistics Department, Beijing 100071, China；2.Shengli Oil fi eld Central Hospital, Dongying Shandong 257034, China

Ob jective To establish the test device for non-invasive X-ray tube current measurement instruments to meet the need of metrological traceability. Methods The DC current generator, digital multi-meter and environmental monitoring instruments were used to establish the test device of noninvasive X-ray tube current measurement instruments. The output current at different output level was measured. The repeatability and the stability of the test device was calculated. The items contributed to the uncertainty were analyzed. With calculation of the uncertainty for each item, the combined uncertainty of the test device was also obtained. Results Through measurement, analysis and calculation, the repeatability and the stability of the test device were veri fi ed. Conclusion The parameters of this device met the requirements of the related standard, which could be used for the detection of noninvasive X-ray tube current measurement instruments.

non-invasive X-ray machines；tube current；tube current test devices；quality control of X-ray machines

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.09.038

1674-1633(2015）09-0123-03

2015-04-16

2015-05-30

作者郵箱：ljrdz@126.com