移動(dòng)DR輻射劑量的計(jì)算、驗(yàn)證及改進(jìn)

嚴(yán)昂，易大志，黃輝，鄒慶輝

1.中南大學(xué)湘雅醫(yī)院 資產(chǎn)裝備辦公室（中南大學(xué)醫(yī)院管理研究所），湖南 長沙 410008；2.湖南省計(jì)量檢測研究院，湖南 長沙 410014

引言

隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的快速發(fā)展，醫(yī)用放射檢查，尤其是數(shù)字化X線攝影（Digital Radiography，DR）檢查已經(jīng)成為常規(guī)檢查項(xiàng)目[1]。但眾所周知，醫(yī)用放射檢查會(huì)對被檢者的健康產(chǎn)生一定的影響[2]，甚至是傷害[3]，如何對這種影響或傷害進(jìn)行評估，或者說如何對醫(yī)用放射檢查的輻射劑量進(jìn)行定量，進(jìn)而對病人的醫(yī)用放射檢查進(jìn)行有效的管控，是一項(xiàng)而亟待解決的問題，也是近年來國際關(guān)注的熱點(diǎn)之一[4-5]。

目前一些歐美發(fā)達(dá)國家已經(jīng)引入了個(gè)人醫(yī)用檢查輻射劑量檔案，醫(yī)療機(jī)構(gòu)會(huì)將患者每次檢查所受的輻射劑量記入檔案并告知患者；當(dāng)患者本年度內(nèi)輻射劑量超過一定閾值時(shí)，醫(yī)生會(huì)盡量避免繼續(xù)使用具有輻射損傷的檢查，而改用其他檢查代替。而在我國，一些大型醫(yī)療機(jī)構(gòu)也已經(jīng)引入了輻射劑量報(bào)告，該報(bào)告會(huì)以定量的方式給出患者當(dāng)次檢查所接受輻射劑量等數(shù)據(jù)，并對可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估，用于指導(dǎo)相關(guān)醫(yī)生合理開具輻射檢查。

在輻射劑量等數(shù)據(jù)的獲取方面，由于輻射劑量檢測系統(tǒng)非常昂貴，所以我國大多數(shù)在用的放射檢查設(shè)備均沒有配備劑量檢測系統(tǒng)。同時(shí)，一些特殊的放射設(shè)備，如移動(dòng)DR等，它們沒有固定的檢查床或平板托架，成像時(shí)的源像距（Source Image Distance，SID）等是不確定的，所以，即使裝配了劑量檢測裝置，系統(tǒng)也無法獲知所有輻射數(shù)據(jù)，在這些情況下，通過人工計(jì)算獲得輻射劑量數(shù)據(jù)，并用于輻射劑量報(bào)告，則是一種比較現(xiàn)實(shí)可行的做法。

1 材料和方法

1.1 設(shè)備與工具

某品牌移動(dòng)DR及相關(guān)技術(shù)手冊；RTI Piranha 555診斷水平劑量儀；高精度測量尺。

1.2 方法

X線診斷劑量學(xué)中使用比較普遍的輻射劑量主要有劑量面積乘積（Dose Area Product，DAP）和峰值皮膚劑量（Peak Skin Dose，PSD）[6-7]。DAP是X射線束的橫截面積與所致平均劑量的乘積[8-9]（單位為戈瑞平方米，Gym2）。PSD即在診療過程中患者體表接受的最大劑量點(diǎn)處的劑量[10-11（]單位為戈瑞，Gy）。

以某移動(dòng)DR為研究對象，首先選取多個(gè)具有代表性的曝光條件，包括曝光時(shí)的管電壓、毫安秒、源像距等[12-13]，通過相關(guān)技術(shù)手冊中給出的指導(dǎo)，計(jì)算出在這些條件下的DAP和PSD，然后再分別用選定的這幾個(gè)曝光參數(shù)進(jìn)行實(shí)際曝光，同時(shí)使用RTI Piranha 555診斷水平劑量儀對曝光時(shí)的實(shí)際劑量進(jìn)行檢測，每種條件重復(fù)曝光10次，將實(shí)測數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比對、分析，以驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。最后，在此基礎(chǔ)上再針對原計(jì)算方法的不足之處，進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，以使計(jì)算方法能更加便捷、直觀和客觀的計(jì)算相關(guān)輻射劑量。

1.2.1 曝光條件選擇

曝光參數(shù)的選擇盡量以實(shí)際應(yīng)用中使用頻次最高的條件為基準(zhǔn)。移動(dòng)DR在實(shí)際使用中，最常使用的器官程序?yàn)樾夭壳昂笪?，其預(yù)設(shè)的曝光參數(shù)[14]：管電壓85 kV，毫安秒2.5 mAs，源像距1.10 m。故在管電壓方面，就以85 kV為一個(gè)選擇點(diǎn)，向兩側(cè)以等差10 kV取管電壓值，又由于移動(dòng)DR的管電壓使用范圍一般在60～120 kV之間，所以分別選取管電壓為65、75、85、95、105、115 kV；而毫安秒則采用使用率最高的2.5 mAs和4.0 mAs兩種，源像距選取1.10 m，并將束光器x軸、y軸方向的開口指示值調(diào)整為10。

1.2.2 劑量計(jì)算

對于該移動(dòng)DR，其操作手冊中給出了管電壓U在60～120 kV范圍內(nèi)變化時(shí)，決定其劑量面積乘積等的轉(zhuǎn)換系數(shù)Y的U-Y曲線圖（圖1），該U-Y曲線圖以曲線的方式給出了Mobilett系列的最大Y值[15]。

圖1 某品牌移動(dòng)DR的U-Y曲線圖

結(jié)合該曲線圖及操作手冊的指導(dǎo)，該移動(dòng)DR曝光時(shí)DAP的計(jì)算為：

其中Y為轉(zhuǎn)換系數(shù)（μGym2/mAs）；Q為曝光中的電荷數(shù)（mA·s）；Sx為束光器x軸方向的開口指示值；Sy為束光器y軸方向的開口指示值；k為常數(shù)，k=6.40 cm2/m2。

曝光時(shí)PSD的計(jì)算為：

其中r為球管焦點(diǎn)與投照物體表面之間的距離（m），即源物距（Source Object Distance，SOD），須由操作人員使用束光器內(nèi)置的測量尺進(jìn)行實(shí)際測量才可以獲得。

1.2.3 劑量測量

同樣使用前面選定的各種參數(shù)，在該移動(dòng)DR上進(jìn)行實(shí)際曝光，每種條件曝光10次，同時(shí)使用RTI Piranha 555診斷水平劑量儀對曝光時(shí)的劑量進(jìn)行了實(shí)際測量，該劑量儀已經(jīng)經(jīng)過校準(zhǔn)，量值溯源至國家計(jì)量基準(zhǔn)，校準(zhǔn)日期為2016-03-01（校準(zhǔn)因子：60 kV-1.027、70 kV-1.023、80 kV-1.029、100 kV-1.052）；有效期至2017-02-28；使用時(shí)間為2016-07-16，在有效期內(nèi)。并在曝光后，使用高精度測量尺對Sx=10、Sy=10、SID=1.10 m時(shí)的光野進(jìn)行測量（此處由于RTI Piranha 555診斷水平劑量儀厚度很薄，故可將SID等同于SOD），記錄下各項(xiàng)測量值。

1.2.4 數(shù)據(jù)對比與結(jié)果分析

對于PSD，可直接將10次實(shí)測的PSD取平均值與PSD的計(jì)算值進(jìn)行比較，而對于DAP，則使用實(shí)測PSD與實(shí)測投照面積S之積作為DAP的測量值，取其平均值與DAP的計(jì)算值進(jìn)行比較。

2 結(jié)果

2.1 劑量計(jì)算

按照該U-Y曲線圖以曲線的方式給出了Mobilett系列的最大Y值，計(jì)算已選擇的各種條件下的PSD和DAP。各條件下PSD和DAP的計(jì)算結(jié)果，見表1。

表1 各條件下PSD和DAP的計(jì)算值

2.2 劑量測量

各條件下峰值皮膚劑量PSD和投照面積S的實(shí)測結(jié)果，見表2。

2.3 數(shù)據(jù)對比與結(jié)果分析

各條件下PSD、DAP的計(jì)算值與實(shí)測平均值比較結(jié)果，見表3。

從表3中可以看出，不管是PSD還是DAP，各種條件下的計(jì)算值與實(shí)際測量值之間的誤差均在4.5%以內(nèi)，考慮上該RTI Piranha 555診斷水平劑量儀校準(zhǔn)因子后，其誤差也都小于5%。

表2 各條件下峰值皮膚劑量PSD和投照面積S的實(shí)測值

表3 各條件下PSD、DAP的計(jì)算值與實(shí)測平均值比較

這種誤差來源，一方面是由于Y值是通過U-Y曲線來估讀的，即人為讀數(shù)誤差[16]；另一方面，雖然該RTI Piranha 555診斷水平劑量儀很薄，但還是具有一定的厚度，從而使得測量時(shí)實(shí)際測量點(diǎn)與球管焦點(diǎn)的距離，要小于計(jì)算過程中使用的SID。所以，整體而言，計(jì)算值與實(shí)際測量值是基本吻合。

2.4 對原計(jì)算方法的改進(jìn)

由于技術(shù)手冊中給出的轉(zhuǎn)換系數(shù)Y值是通過U-Y曲線圖的方式，在獲取Y值時(shí)需要根據(jù)該曲線圖來估讀的，這種方式很可能會(huì)存在人為讀數(shù)的誤差。故在驗(yàn)證了該移動(dòng)DR劑量計(jì)算方法準(zhǔn)確有效的基礎(chǔ)上，可以對原計(jì)算方法做出適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，以使計(jì)算更加便捷、直觀和客觀。

首先在原U-Y曲線圖中對曲線進(jìn)行盡可能多的采樣，獲得多組U-Y對應(yīng)數(shù)值，然后將其輸入到Excel（或Matlab）中，并對原U-Y曲線進(jìn)行擬合，分別使用線性趨勢線、二次多項(xiàng)式和三次多項(xiàng)式，擬合結(jié)果如下：

線性趨勢線：Y1=1.378×U-59.099（擬合度R2=0.99554）；

二次多項(xiàng)式：Y2=0.00543×U2+0.3998×U-16.981（擬合度R2=0.9998）；

三次多項(xiàng)式：Y3=-0.00003×U3+0.01236×U2-0.20725×U+0.26898（擬合度R2=0.99982）。

原U-Y曲線與各擬合曲線比較圖，見圖2。對比曲線圖，并經(jīng)過逐一檢驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)二項(xiàng)式是最接近原U-Y曲線的，故原計(jì)算方法可以改進(jìn)為：

圖2 原U-Y曲線與各擬合曲線比較圖

這樣相關(guān)的劑量計(jì)算（包括DAP和PSD）就直接跟管電壓U值相關(guān)了，而不需要在原U-Y曲線圖中讀取U值對應(yīng)的Y值了，從而避免了人為讀數(shù)的誤差，使得整個(gè)計(jì)算更加便捷、直觀和客觀。

3 討論與結(jié)論

通過前面對實(shí)際數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)的比對分析，證實(shí)相關(guān)技術(shù)手冊中給出的關(guān)于該移動(dòng)DR劑量的計(jì)算方法是準(zhǔn)確的；同時(shí)，通過對比改進(jìn)前、后的兩種計(jì)算方法，不難看出改進(jìn)后的計(jì)算方法明顯要比原來的計(jì)算方法更加便捷、直觀和客觀，又由于Y的計(jì)算值與原曲線擬合度極高（擬合度R2=0.9998），故改進(jìn)后的計(jì)算方法的準(zhǔn)確性幾乎沒有受到影響，計(jì)算的結(jié)果同樣可以作為劑量報(bào)告的依據(jù)，為劑量報(bào)告的出具提供了一種更加現(xiàn)實(shí)可行的途徑。

隨著數(shù)字化信息技術(shù)的高速發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代[17]。各醫(yī)療機(jī)構(gòu)中使用的DR系統(tǒng)可能差別較大，配備的球管也各不相同，但對于某一固定型號的球管而言，決定其劑量面積乘積等的轉(zhuǎn)換系數(shù)Y的U-Y曲線是相對固定的，所以只要獲取了該球管的U-Y曲線，按照以上的方法，即可以計(jì)算出該設(shè)備的實(shí)際輻射劑量，包括DAP和PSD等。本文雖只對某一品牌的移動(dòng)DR進(jìn)行了驗(yàn)證，但是該方法同樣適應(yīng)于其它移動(dòng)DR或固定式DR，以及其它X線設(shè)備。

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