新型診斷劑量儀的能量響應(yīng)特性研究*

歐向明范瑤華*

為了加強(qiáng)放射診療工作的管理、保證醫(yī)療質(zhì)量和醫(yī)療安全，貫徹落實(shí)中華人民共和國衛(wèi)生部令第46號《放射診療管理規(guī)定》[1]的有關(guān)規(guī)定，保障放射診療工作人員、患者和公眾的健康權(quán)益[2]。多年來，全國各省市和自治區(qū)的疾病預(yù)防控制中心及各類檢測機(jī)構(gòu)，遵照國家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)檢測規(guī)范[3-4]在做好醫(yī)用X射線診斷機(jī)的質(zhì)量控制、降低廢片率和減少受檢者體表入射劑量、提高診斷水平等方面開展了大量的工作，并取得了顯著的成績[5-7]。此項(xiàng)檢測中所使用的診斷X射線劑量儀性能的優(yōu)劣，在準(zhǔn)確測量劑量方面起著至關(guān)重要的作用，且直接影響檢測工作的質(zhì)量[8-9]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國各省市和自治區(qū)監(jiān)測機(jī)構(gòu)目前使用的國產(chǎn)及進(jìn)口診斷X射線劑量儀約有數(shù)萬臺，評價(jià)任何類型輻射劑量儀的性能有若干技術(shù)指標(biāo)，其中能量響應(yīng)特性是評價(jià)劑量儀探測器主要技術(shù)指標(biāo)之一，對于診斷X射線劑量儀也不例外[10-12]。

中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護(hù)與核安全醫(yī)學(xué)所放射診療質(zhì)量控制二級標(biāo)準(zhǔn)劑量學(xué)實(shí)驗(yàn)室(secondary standard dosimetry laboratory，SSDL)采用國際原子能機(jī)構(gòu)(International Atomic Energy Agency，IAEA)援助的TK-30型標(biāo)準(zhǔn)電離室和PTW DCI-8500精密電流積分劑量儀，作為二級X射線輻射測量的標(biāo)準(zhǔn)儀器，對國內(nèi)常用的新型國產(chǎn)及進(jìn)口診斷X射線劑量儀的能量響應(yīng)特性進(jìn)行比較研究[13-14]。

1　材料與方法

1.1　實(shí)驗(yàn)材料

本研究實(shí)驗(yàn)是在IAEA北京SSDL的標(biāo)準(zhǔn)輻射場中完成[15-16]。診斷水平的X射線源是由MG324型高穩(wěn)定度X射線機(jī)(德國PHILIPS公司)提供，設(shè)置管電壓的范圍為60～150 kV，管電流為10 mA，用2.5 mmAl(毫米鋁)做附加過濾，距X射線管焦點(diǎn)1.5 m和距地面高度1.5 m處輻射場的基本參數(shù)見表1。

1.2　標(biāo)準(zhǔn)X射線輻射場劑量率

標(biāo)準(zhǔn)X射線輻射場的劑量率值，是由TK-30型標(biāo)準(zhǔn)電離室(奧地利)和PTW DCI-8500型精密電流積分劑量儀測量獲得。本研究對TK-30型標(biāo)準(zhǔn)電離室的測量讀數(shù)值進(jìn)行了溫度、氣壓及校準(zhǔn)因子的修正。此儀器為IAEA援助的二級標(biāo)準(zhǔn)，測量結(jié)果可溯源到德國物理技術(shù)研究院(Physikalisch-Technische Bundesanstalt，PTB)。

表1　X射線標(biāo)準(zhǔn)輻射場的基本參數(shù)

1.3　新型診斷X射線劑量儀

參加本研究檢測的4種新型診斷X射線劑量儀為：①RD-98智能型診斷X射線劑量儀(儀器系列號為9836，放射衛(wèi)生防護(hù)監(jiān)督監(jiān)測所研制)[17]；②RTI Barracuda診斷劑量儀(儀器系列號為602，瑞典)；③PTW診斷X射線劑量儀(儀器系列號為B35-787，德國)；④Radcal-9010(儀器系列號為90-2340，美國)。參加檢測的4種劑量儀均是專門為測量診斷X射線輸出量而設(shè)計(jì)，其中前3種劑量儀采用半導(dǎo)體器件作探測器，而Radcal-9010診斷X射線劑量儀采用6 cc空氣電離室作為探測器[18]。

1.4　測量比對方法

在表1列出標(biāo)準(zhǔn)X射線輻射場10個(gè)劑量率值中，采用替代法進(jìn)行比對，即對4種診斷X射線劑量儀與TK30型標(biāo)準(zhǔn)電離室分別在同輻射線質(zhì)條件下進(jìn)行比較。測量時(shí)，射線束垂直入射探測器表面，探測器的幾何中心距地面高為1.5 m，在射線束中心線上[19]。

2　結(jié)果

在X射線標(biāo)準(zhǔn)輻射場中，本研究對4種常用新型診斷劑量儀依次進(jìn)行了能量響應(yīng)特性測量，每個(gè)測點(diǎn)分別計(jì)算出5次讀數(shù)的平均值及其擴(kuò)展不確定度[20]。對于3種采用半導(dǎo)體器件作探測器的劑量儀還分別進(jìn)行了校準(zhǔn)因子的修正，對Radcal-9010電離室的測量讀數(shù)平均值不但做了校準(zhǔn)因子的修正，也做了溫度和氣壓的校正。4種診斷X射線劑量儀的能量響應(yīng)特性測量結(jié)果見表2。

表2　常用新型診斷劑量儀能量響應(yīng)測量劑量率平均值(mGy·s-1)*

將4種常用新型診斷劑量儀的能量響應(yīng)測量結(jié)果分別溯源到TK-30型標(biāo)準(zhǔn)電離室，而后歸一到80 kV輻射線質(zhì)[21]。對應(yīng)得出每種劑量儀的能量響應(yīng)相對值(見表3)，常用新型劑量儀的能量響應(yīng)特性曲線如圖1所示。

表3　常用新型診斷劑量儀的能量響應(yīng)相對值

圖1　常用新型劑量儀的能量響應(yīng)特性曲線圖

3　結(jié)論

本研究結(jié)果表明，4種新型診斷X射線劑量儀的能量響應(yīng)特性均在60～150 kV的X射線范圍內(nèi)，不同能量對劑量的響應(yīng)均在±5%以內(nèi)，符合國際電工委員會(International Electrotechnical Commission，IEC)要求。值得注意的是，國內(nèi)研制的RD-98劑量儀由于可以從面板輸入校準(zhǔn)因子，為了更精確地獲得測量結(jié)果，可根據(jù)劑量儀在標(biāo)準(zhǔn)劑量學(xué)實(shí)驗(yàn)室得到的校準(zhǔn)因子和被測量的X射線線質(zhì)對劑量儀進(jìn)行分段修正，可使RD-98劑量儀因能量響應(yīng)所造成的劑量差異達(dá)到±3%以內(nèi)。

本研究中的3種半導(dǎo)體探測器劑量儀的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，其能量響應(yīng)特性與電離室劑量儀無明顯的差別，這得益于新型診斷劑量儀半導(dǎo)體探測器的“能量響應(yīng)補(bǔ)償”新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用[21-22]。

半導(dǎo)體探測器具有體積小，靈敏度高，抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，尤其是對半導(dǎo)體探測器劑量儀測量的結(jié)果無須進(jìn)行大氣壓和溫度的修正。目前，新型半導(dǎo)體探測器劑量儀，具有替代電離室診斷X射線劑量儀的發(fā)展趨勢。