醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源檢定裝置的技術(shù)改造

/ 上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院

0 引言

醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源是二、三級(jí)醫(yī)院最常用的大型影像診斷設(shè)備，醫(yī)用CT（X射線）輻射源檢查是腫瘤以及呼吸道流行傳染病等疾病診斷不可或缺的重要手段，影像質(zhì)量直接影響醫(yī)學(xué)診斷和治療效果[1]，保證醫(yī)用CT（X射線）輻射源計(jì)量性能的準(zhǔn)確可靠與大眾的健康和安全息息相關(guān)[2]。

上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院于2003年建立醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源檢定裝置，面向上海市各醫(yī)療機(jī)構(gòu)開展醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源的計(jì)量檢定[3]。近年來，隨著醫(yī)用CT（X射線）輻射源技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源的技術(shù)性能不斷優(yōu)化，對(duì)檢定用儀器設(shè)備的要求也隨之提高，為此有必要依據(jù)國家檢定規(guī)程JJG 961-2017《醫(yī)用診斷螺旋計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置（CT）X射線輻射源》[4]的要求，對(duì)檢定裝置作技術(shù)改造，更新檢定裝置的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器，以更好地適應(yīng)新一代醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源的檢定要求，確保檢定結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，并進(jìn)一步提高檢定工作效率。

1 檢定裝置的組成與工作原理

本裝置主要由主標(biāo)準(zhǔn)器、多功能診斷水平劑量儀與配套的多種性能測試專用膜體等組成，用以測量醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源輸出劑量（劑量指數(shù)CTDI），檢測均勻性、CT值、層厚、空間分辨力、低對(duì)比度分辨力等技術(shù)性能[5]。技術(shù)改造主要針對(duì)劑量測量部分進(jìn)行更新。

醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源劑量指數(shù)CTDI的測量原理示意圖如圖1所示。

圖1 醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源劑量指數(shù)的測量原理

1）劑量方面：用單通道劑量儀測量劑量指數(shù)的方法為：將標(biāo)準(zhǔn)頭部劑量模體放置于醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源的輻射場中心，并將CT電離室插入其通孔中，掃描區(qū)域不應(yīng)有影響線束的物質(zhì)，設(shè)置常用臨床掃描條件進(jìn)行曝光，于中間、上、下、左、右五個(gè)不同位置分別測量并記錄結(jié)果，通過手動(dòng)操作改變測量位置。采用五通道劑量儀就可以在初始定位后，同時(shí)讀取五個(gè)位置的劑量，并且數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。

2）圖像質(zhì)量方面：將美國catphan500 CT性能測試模體放置于醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源的輻射場中心位置，選取常用臨床軸向掃描條件進(jìn)行曝光，然后借助計(jì)算機(jī)專用軟件分析測量圖像，可以評(píng)估判定均勻性、CT值、層厚、空間分辨力、低對(duì)比度分辨力等性能指標(biāo)。

2 檢定裝置的技術(shù)改造

技術(shù)改造的內(nèi)容主要為選購兩套劑量儀，替代現(xiàn)在“醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源檢定裝置”主標(biāo)準(zhǔn)器，并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集功能等，使其更適用于現(xiàn)場檢定，具體方案為：

1）購置中國測試技術(shù)研究院RS-2000CT型5通道劑量儀1套，其技術(shù)指標(biāo)為：測量范圍6×10-5～ 1 Gy/min，Urel= 3.3%（k= 2）。

2） 購 置 UNFORS 公 司 RaySafe X2 型 單 通 道劑量儀1套，其技術(shù)指標(biāo)為：測量范圍6×10-5～1 Gy/min，Urel= 3.3%（k= 2）。

3）實(shí)現(xiàn)劑量現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集，并處理。

2.1 新購劑量儀的技術(shù)指標(biāo)

1）RaySafe X2型單通道劑量儀（UNFORS公司/8251010）由中國測試技術(shù)研究院校準(zhǔn)并出具校準(zhǔn)證書，證書編號(hào)：校準(zhǔn)字第201509009182號(hào)。其校準(zhǔn)結(jié)果如表1所示（中能測量采用R/F傳感器；低能測量采用MAM傳感器）。

表1 CT電離室（203747）校準(zhǔn)因子NP

校準(zhǔn)結(jié)果表明，RaySafe X2型/8251010劑量儀符合國家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 961-2017對(duì)于診斷水平劑量儀校準(zhǔn)因子不確定度不超過5%，置信水平為99.7%（等同于3.3%，k= 2）的要求。

2）RS-2000CT型劑量儀（中國測試技術(shù)研究院/RSCT15E17），其校準(zhǔn)結(jié)果如表2所示。

校準(zhǔn)結(jié)果表明，RS-2000CT型/RSCT15E17劑量儀符合國家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 961-2017對(duì)于診斷水平劑量儀校準(zhǔn)因子不確定度不超過5%，置信水平為99.7%（等同于3.3%，k= 2）的要求。

2.2 檢定裝置計(jì)量性能考核

1）重復(fù)性

表2 RS-2000CT型5個(gè)電離室校準(zhǔn)因子NP

利用上海健康醫(yī)學(xué)院的一臺(tái)西門子醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源（Model：10165569，sn：63402），將劑量儀的CT電離室放置于醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源輻射場中心，選取了較常用的管電壓130 kV、管電流260 mAs、層厚10 mm，每組10次，按貝塞爾公式計(jì)算重復(fù)性。數(shù)據(jù)見表3。

由表3可知，兩套劑量儀的重復(fù)性僅為儀器本身不確定度的十分之一，完全滿足需要。

2）穩(wěn)定性

表3 電離室重復(fù)性測量結(jié)果

利用上海健康醫(yī)學(xué)院的一臺(tái)西門子醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源（Model：10165569，sn：63402）。這臺(tái)醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源日常使用率比較低，保養(yǎng)也比較仔細(xì)，僅用于科研或教學(xué)試驗(yàn)，認(rèn)為此醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源在正常情況下比較穩(wěn)定。同測量重復(fù)性一樣操作，將劑量儀的CT電離室放置于醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源輻射場中心，選取了較常用的管電壓130 kV、管電流260 mAs、層厚10 mm，以首次測量值為參考值，進(jìn)行穩(wěn)定性考核，同時(shí)也給出試驗(yàn)期內(nèi)對(duì)應(yīng)電離室測量數(shù)據(jù)最大偏差。RaySafe X2型 /8251010示值顯示為 mGy·cm，RS-2000CT型/RSCT15E17示值顯示為mGy。具體數(shù)據(jù)見表4、表5。

表4 RaySafe X2型/8251010劑量儀穩(wěn)定性數(shù)據(jù)

表5 RS-2000CT型/RSCT15E17劑量儀穩(wěn)定性數(shù)據(jù)

表6 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

由表4、表5數(shù)據(jù)顯示，6個(gè)月內(nèi)2套劑量儀的穩(wěn)定性均小于0.5%，檢定規(guī)程JJG 961-2017規(guī)定計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器的年穩(wěn)定性不大于2%。

3）檢定裝置的不確定度[6]

測量不確定度來源主要有：測量重復(fù)性、儀器校準(zhǔn)因子、能量響應(yīng)、長期穩(wěn)定性引入的不確定度分量。各分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總?cè)绫?所示。

各分量相互獨(dú)立不相關(guān)，以方和根合成，取包含因子k= 2，得到技術(shù)改造后醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源檢定裝置的擴(kuò)展不確定度為5%。

3 檢定裝置技術(shù)性能比較

技術(shù)改造前后醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源檢定裝置的技術(shù)性能指標(biāo)見表7。

表7 改造前后技術(shù)性能比較

由表7可見，經(jīng)過技術(shù)改造后的醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源檢定裝置，測量方式和技術(shù)性能得到優(yōu)化，具體可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

1）中國測試技術(shù)研究院研制的RS-2000CT型劑量儀有5通道，可以實(shí)現(xiàn)一次出束，完成5個(gè)位置的測量，避免了電離室抽取換位帶來的可能操作失誤，大大減少現(xiàn)場檢定操作時(shí)間，提高工作效率。

2）新的劑量儀在采集數(shù)據(jù)時(shí)能自動(dòng)對(duì)空氣密度修正，彌補(bǔ)了人工無法實(shí)時(shí)修正空氣密度變化的缺陷，控制了空氣密度變化引入的不確定度。并且新劑量儀校準(zhǔn)因子的不確定度優(yōu)于技術(shù)改造前劑量儀校準(zhǔn)因子的不確定度，因此，空氣比釋動(dòng)能的測量不確定度由Urel= 3.3%（k= 2）提高至Urel= 3.0% （k= 2）。整套裝置的不確定度由Urel= 6%（k= 2）提高至Urel= 5%（k= 2）。

3）新劑量儀數(shù)據(jù)傳輸可采用連接線，也可以使用藍(lán)牙無線傳輸。

4）新劑量儀數(shù)據(jù)采集方式除了原始的人工記錄外，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集。所采集的數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入到Excel，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以實(shí)現(xiàn)電子記錄存檔。

4 結(jié)語

醫(yī)用CT機(jī)（X射線）輻射源檢定裝置更新的兩套劑量儀，符合國家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 961-2017對(duì)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器的技術(shù)要求，技術(shù)改造后檢定裝置的不確定度由Urel= 6%（k= 2）提高至Urel= 5%（k= 2），性能得到優(yōu)化，工作效率顯著提升，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。