不同類型輻射劑量儀應(yīng)用于DR機(jī)房環(huán)境輻射監(jiān)測的適用性分析

李勝濃

（深圳市瑞達(dá)檢測技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518100）

目前，應(yīng)用較多的醫(yī)學(xué)診斷用X 射線機(jī)有DR、CT、牙片機(jī)和乳腺機(jī)等。其中，DR 屬于攝影用X 射線機(jī)，是數(shù)字化直接成像系統(tǒng)的簡稱，與傳統(tǒng)X 光成像相比，其具備圖像更清晰、輻射量更低、檢查速度更快以及檢查成功率更高等優(yōu)點(diǎn)，大量應(yīng)用于醫(yī)院、門診和社康等機(jī)構(gòu)。然而，其在使用過程中也存在一定的輻射安全風(fēng)險(xiǎn)。為了解DR 運(yùn)行時(shí)對(duì)機(jī)房環(huán)境產(chǎn)生的輻射影響，通常會(huì)請檢測機(jī)構(gòu)對(duì)DR 機(jī)房環(huán)境輻射進(jìn)行劑量率測量，但實(shí)際DR 機(jī)房的輻射環(huán)境周圍劑量當(dāng)量率檢測結(jié)果差別很大。為了探索輻射防護(hù)檢測儀在測量DR 機(jī)房防護(hù)效果的匹配性，該文選取了國內(nèi)目前檢測機(jī)構(gòu)常用的2 款設(shè)備進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，并探討不同類型儀器設(shè)備對(duì)DR 機(jī)房環(huán)境輻射檢測的適用性和準(zhǔn)確性，為DR 機(jī)房環(huán)境輻射檢測的輻射劑量儀的選取提供參考。

1 DR 機(jī)房概況

1.1 DR 機(jī)房防護(hù)參數(shù)

該文所選用的DR 機(jī)房面積和屏蔽防護(hù)符合《放射診斷放射防護(hù)要求》（GBZ 130—2020）。DR 機(jī)房的具體防護(hù)參數(shù)為四面墻體采用20 cm 輕鋼龍骨+4 cm 硫酸鋇防輻射板，機(jī)房大門和控制室門采用不銹鋼內(nèi)襯4 mm 鉛板，觀察窗為4 mm Pb 鉛玻璃，頂棚為15 cm 混凝土+2 mm 鉛板。機(jī)房的規(guī)格為5.22 m（長）×3.98 m（寬）×2.88 m（高），機(jī)房的可使用面積為20.8 m。機(jī)房內(nèi)的布置如圖1 所示，DR 機(jī)房具體檢查條件見表1。

表1 DR 機(jī)房檢查條件

圖1 DR 機(jī)房布置圖

1.2 DR 機(jī)參數(shù)

該文選用的DR 機(jī)為上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司生產(chǎn)的uDR 780i 型DR，其檢測結(jié)果符合《醫(yī)用X 射線診斷設(shè)備質(zhì)量控制檢測規(guī)范》（WS 76—2020），DR 機(jī)的主要參數(shù)見表2。

表2 DR 設(shè)備主要參數(shù)

2 檢測儀器與布設(shè)

2.1 輻射劑量儀

調(diào)研市場上檢測機(jī)構(gòu)配備的輻射防護(hù)檢測設(shè)備類型分布情況，如圖2 所示。由圖2 可知，在所調(diào)研的44 家機(jī)構(gòu)中，配備的輻射監(jiān)測儀器主要以AT1123、AT1121 和451P為主，占比分別為38.64%、20.45%和13.64%，其他型號(hào)的設(shè)備占比均不超過10%?？紤]實(shí)際條件，該文選取AT1121型X-γ 輻射劑量儀（閃爍體探測器）和451P 型X-γ 輻射劑量儀（加壓空氣電離室探測器）進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，2 種類型的X-γ 輻射劑量儀主要參數(shù)見表3、表4。

表3 AT1121 型X-γ 輻射劑量儀主要技術(shù)參數(shù)

表4 451P 型X-γ 輻射劑量儀主要技術(shù)參數(shù)

圖2 不同檢測機(jī)構(gòu)配備輻射防護(hù)檢測設(shè)備類型分布

γ

國內(nèi)輻射監(jiān)測采用的X-γ 輻射劑量率儀主要有2 種：脈沖計(jì)數(shù)型探測器和電流電離室型探測器。

AT1121 型X-γ 輻射劑量儀屬于脈沖計(jì)數(shù)型探測器，通常采用閃爍體作為探測材料，輻射光子通過探測器產(chǎn)生光電信號(hào)，再經(jīng)過兩級(jí)放大形成輻射較強(qiáng)的脈沖信號(hào)，脈沖計(jì)數(shù)器采集該信號(hào)后，通過刻度系數(shù)和能量補(bǔ)償系數(shù)換算得到該輻射場的劑量率水平。其短時(shí)間測量模式（Tvar）的響應(yīng)時(shí)間為30 ms。

451P 型X-γ 輻射劑量儀屬于電流電離型探測器，電離室的輸出信號(hào)非常弱，常規(guī)環(huán)境中的加壓電離室輸出電流通常小于10 A，因此對(duì)后端的測量電路有很高的要求。通常采用2 種方式進(jìn)行信號(hào)放大：1） I-V 變換法。基本原理是讓待測電流通過一個(gè)高電阻，然后通過測量高電阻兩端電壓來測量電流。2） I-F 變化法?；驹硎菍㈦娏餍盘?hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，并使脈沖頻率與輸入電流成正比，通過測量脈沖頻率來測量電流。這2 種方法都需要對(duì)電流進(jìn)行積分，所需的信號(hào)采集時(shí)間較長，因此，一般的加壓電離室測量儀響應(yīng)時(shí)間大于1.0 s。451P 型X-γ 輻射劑量儀在0 μSv/h～5 μSv/h 量程的響應(yīng)時(shí)間為5.0 s，在0 μSv/h～50 μSv/h 量程的響應(yīng)時(shí)間為2.0 s，在0 μSv/h～500 μSv/h 量程的響應(yīng)時(shí)間為1.8 s，在0 mSv/h～5 mSv/h量程的響應(yīng)時(shí)間為1.8 s，在0 mSv/h～50 mSv/h 量程的響應(yīng)時(shí)間為1.8 s。

2.2 其他儀器設(shè)備

該文除了使用uDR 780i 型DR 機(jī)、AT1121 型和451P 型X-γ 輻射劑量儀以外，其他儀器設(shè)備如下：1 臺(tái)X2 型X 射線質(zhì)控檢測儀，生產(chǎn)廠家RaySafe，配備1 套測量支架；15 塊鉛磚，50 mmPb；1 個(gè)準(zhǔn)直器（特別定制），6.0 mmPb；6 個(gè)個(gè)人劑量計(jì)，每個(gè)含4 個(gè)劑量片；2 塊鉛板（厚度為2.0 mm，面積為15 cm×15 cm）；1 塊鉛板（厚度為1.5 mm，面積為15 cm×15 cm）；2 塊鋁板（厚度為20.0 mm，面積為15 cm×15 cm）。

2.3 試驗(yàn)方法與儀器布設(shè)

將DR機(jī)的管電壓和管電流分別固定為100 kV和100 mA，通過在球管前增加4 種不同厚度（20.0 mmAl、2.0 mmPb、4.0 mmPb+20.0 mmAl 和5.5 mmPb+20.0 mmAl）的濾過板，得到4 種不同輻射強(qiáng)度（劑量率）的X 射線。確保X-γ 輻射劑量儀探頭中心到X 射線球管焦點(diǎn)距離為固定值，儀器需要放在定制的6 mmPb 專用準(zhǔn)直器中，使劑量儀只接收單一方向的射線（主射線），而散射線的影響被屏蔽。輻射劑量儀連接遠(yuǎn)程遙控控制器進(jìn)行檢測操作。按從短到長的順序依次對(duì)DR 機(jī)的曝光時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，輻射劑量儀檢測得到曝光時(shí)間對(duì)應(yīng)的X 射線劑量率變化，當(dāng)儀器的劑量率讀數(shù)不隨曝光時(shí)間的增加而變化時(shí)，也就是儀器在該輻射水平的終止響應(yīng)時(shí)間。X-γ 輻射劑量儀在機(jī)房內(nèi)擺放位置如圖3 所示。

圖3 X-γ 輻射劑量儀在機(jī)房內(nèi)擺放位置示意圖

3 監(jiān)測結(jié)果與分析

3.1 質(zhì)量控制

為保證每次曝光的X 射線輸出量有較高的穩(wěn)定性（從而使測試結(jié)果有較高的可靠性），用X2 型X 射線質(zhì)控檢測儀作為質(zhì)控檢測設(shè)備，測量每次曝光的輸出量和曝光時(shí)間的準(zhǔn)確性。在100 kV、100 mA 和20 mmAl 附加濾過的檢測條件下，改變預(yù)設(shè)曝光時(shí)間，測量曝光時(shí)間和空氣比釋動(dòng)能。DR 曝光時(shí)間和輸出量測量結(jié)果見表5。由表5 可知，該試驗(yàn)的DR 輸出量的重復(fù)性小于0.75%，DR 曝光時(shí)間的偏離小于0.75%，DR 機(jī)在運(yùn)行過程中具有較高的穩(wěn)定性，能保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

表5 DR 曝光時(shí)間和輸出量測量結(jié)果

3.2 AT1121型X-γ 輻射劑量儀測量結(jié)果分析

在管電壓為100 kV、管電流為100 mA 和20 mmAl 附加濾過的檢測條件下，AT1121 型輻射劑量儀在Tvar 模式下對(duì)9 種不同曝光時(shí)間進(jìn)行X 射線劑量率測量，測量結(jié)果得到的曝光時(shí)間小于50 ms，儀器讀數(shù)隨曝光時(shí)間的增加出現(xiàn)較大變化，曝光時(shí)間大于或等于200 ms，儀器讀數(shù)已基本趨于穩(wěn)定，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6。

表6 AT1121 型輻射劑量儀Tvar 模式檢測結(jié)果

通過在球管前增加不同的附加濾過（20 mmAl、2 mmPb、4 mmPb+20 mmAl 和5.5 mmPb+20 mmAl）得到4 種不同X 射線劑量率的輻射水平情況（2.11 Sv/h、5.8 mSv/h、237 μSv/h和28.1 μSv/h），當(dāng)曝光時(shí)間為200 ms 時(shí)，AT1121 型X-γ 輻射劑量儀在Tvar模式下的測量讀數(shù)均達(dá)到最大值的91%以上（表7），當(dāng)曝光時(shí)間達(dá)到250 ms 時(shí)，該劑量儀的讀數(shù)基本已經(jīng)穩(wěn)定。

表7 不同曝光時(shí)間與AT1121 型X-γ 輻射劑量儀劑量率讀數(shù)的關(guān)系

在管電壓為100 kV、管電流為100 mA 和4 mmPb+20 mmAl 附加濾過的檢測條件下，AT1121 型輻射劑量儀分別在Tvar 模式和T 模式下進(jìn)行不同曝光時(shí)間的X 射線劑量率測量，2 種模式檢測結(jié)果擬合曲線圖如圖4、圖5 所示。由圖4 可知，在Tvar 模式下，AT1121 型X-γ 輻射劑量儀讀數(shù)隨曝光時(shí)間的增加而增加，呈對(duì)數(shù)關(guān)系，當(dāng)曝光時(shí)間到達(dá)儀器響應(yīng)時(shí)間后，儀器讀數(shù)最終趨于穩(wěn)定。由圖5 可知，在T模式下，AT1121 型X-γ 輻射劑量儀讀數(shù)隨曝光時(shí)間的增加而一直增加，呈線性關(guān)系，當(dāng)曝光時(shí)間為500 ms 時(shí)，依然呈線性增加的趨勢。

圖4 Tvar 模式檢測結(jié)果擬合曲線

圖5 T 模式檢測結(jié)果擬合曲線

AT1121 型輻射劑量儀分別在Tvar 模式和T 模式下進(jìn)行不同管電流的X 射線劑量率測量，2 種模式檢測結(jié)果擬合曲線圖如圖6、圖7 所示。在Tvar 模式下，AT1121 型X-γ 輻射劑量儀讀數(shù)隨著管電流的增加而增加，呈線性關(guān)系。在T模式下，AT1121 型X-γ 輻射劑量儀讀數(shù)與管電流不成明顯線性、指數(shù)或?qū)?shù)函數(shù)關(guān)系。

圖6 AT121（Tvar 模式）檢測結(jié)果隨管電流變化

圖7 AT121（T 模式）檢測結(jié)果隨管電流變化

在管電壓為100 kV、管電流為100 mA 和20 mmAl 附加濾過的檢測條件下，451P 型X-γ 輻射劑量儀在Freeze 模式下對(duì)8 種不同曝光時(shí)間進(jìn)行X 射線劑量率測量。由測量結(jié)果可知，在Freeze 模式下，451P 型X-γ 輻射劑量儀讀數(shù)隨曝光時(shí)間的增加而增加，呈線性關(guān)系，當(dāng)曝光時(shí)間為500 ms時(shí)，依然呈線性增加的趨勢，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表8 和圖8。

圖8 不同曝光時(shí)間下451P 型X-γ 輻射劑量儀Freeze 模式檢測結(jié)果擬合曲線

表8 不同曝光時(shí)間下451P 型X-γ 輻射劑量儀Freeze模式檢測結(jié)果

4 討論

國內(nèi)目前開展輻射監(jiān)測工作中使用的檢測儀器大多數(shù)屬于電離室型劑量率儀和閃爍體型劑量率儀。電離室探測器是基本的探測器，對(duì)測量γ 射線和曝光時(shí)間比較長的X 射線來說，具有測量能量范圍寬、能量響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，由于劑量率是由劑量除以時(shí)間得到的，而探測器實(shí)際測量的數(shù)值為一段時(shí)間內(nèi)的累積劑量，因此劑量率的顯示是通過所測量的劑量除以一個(gè)固定的時(shí)間常數(shù)，一般儀器所取的時(shí)間常數(shù)為1 s或幾秒的固定數(shù)值，劑量率數(shù)值為這段時(shí)間內(nèi)的平均值。由于脈沖輻射場中曝光時(shí)間一般都為毫秒級(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1 s，最終導(dǎo)致測量的結(jié)果偏低，因此曝光時(shí)間越短，劑量率測量結(jié)果越不準(zhǔn)確。大多數(shù)防護(hù)級(jí)電離室劑量儀測量劑量率的響應(yīng)時(shí)間為幾秒～十幾秒，例如451P 型X-γ 輻射劑量儀在0 μSv/h～5 μSv/h 量程時(shí)，從終值的10%到90%所用的時(shí)間為5.00 s，在50 Sv/h～500 Sv/h 量程時(shí)所用時(shí)間為1.80 s。由于DR 正常工作攝影時(shí)間絕大多數(shù)為0.05 s～0.20 s，儀器本身的響應(yīng)時(shí)間不在該曝光時(shí)間段內(nèi)，因此易導(dǎo)致測量值與真值之間的誤差較大，曝光時(shí)間越短的儀器的測量讀數(shù)與真值偏差越大，如果需要測量比較準(zhǔn)確的劑量率數(shù)值，就應(yīng)盡量延長曝光時(shí)間，但曝光時(shí)間太長容易損壞DR 球管。

通過分析該試驗(yàn)的數(shù)據(jù)可知，AT1121 型輻射檢測儀的響應(yīng)時(shí)間為200 ms～250 ms，在實(shí)際試驗(yàn)的過程中，當(dāng)響應(yīng)時(shí)間約為100 ms 時(shí)，檢測結(jié)果已經(jīng)趨于穩(wěn)定，對(duì)DR 這種短時(shí)間曝光的醫(yī)用X 射線機(jī)來說，可以考慮把曝光時(shí)間調(diào)至200 ms 進(jìn)行檢測。AT1121 分成T 模式和Tvar 模式，連續(xù)測量模式（T 模式）以持續(xù)1 s 的重復(fù)周期進(jìn)行測量。儀器根據(jù)入射光子的能量對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)，測量劑量并計(jì)算劑量率和統(tǒng)計(jì)誤差。50 nSv/h～10 Sv/h的整個(gè)劑量率測量范圍分為3 個(gè)子范圍，并具有以下轉(zhuǎn)換點(diǎn)：從子范圍1 到子范圍2 為1 mSv/h，從子范圍2 到子范圍3 為100 mSv/h。轉(zhuǎn)換自動(dòng)執(zhí)行，需要約3 s～4 s。當(dāng)劑量率超過1 mSv/h 時(shí)，儀器自動(dòng)切換到2 級(jí)或3 級(jí)，輻射影響持續(xù)時(shí)間不小于5 s～6 s 或8 s～9 s，這樣就可以得到可靠的結(jié)果。如果在輻照前手動(dòng)設(shè)置子范圍，則該時(shí)間可縮短至2 s。如果測量時(shí)間小于2 s，則難以解釋劑量率測量結(jié)果。即使在相同的條件和照射幾何形狀中，它們也可能存在差異，這是由于在1 個(gè)或2 個(gè)相鄰測量循環(huán)中，受照射時(shí)間幀的偶然影響，他們的結(jié)果可能相同。在短時(shí)間測量模式（Tvar）中，儀器每0.01 s 分析1 次關(guān)注的光子，并定義照射開始和結(jié)束的時(shí)刻。劑量測量僅在照射的情況下進(jìn)行。因?yàn)镈R 的曝光時(shí)間比較短，所以建議使用Tvar 模式進(jìn)行劑量率測量。

由試驗(yàn)測量結(jié)果可知，451P 型X-γ 輻射劑量儀讀數(shù)隨曝光時(shí)間的增加而增加，呈線性關(guān)系，當(dāng)曝光時(shí)間為500 ms 時(shí)，依然呈線性增加的趨勢，不建議用451P 型X-γ 輻射劑量儀測量DR 機(jī)房環(huán)境輻射。

5 結(jié)語

AT1121型輻射檢測儀的響應(yīng)時(shí)間為200 ms～250 ms，在實(shí)際試驗(yàn)的過程中，當(dāng)響應(yīng)時(shí)間約為100 ms 時(shí)，檢測結(jié)果已經(jīng)趨于穩(wěn)定，對(duì)DR 這種短時(shí)間曝光的醫(yī)用X 射線機(jī)來說，可以考慮把曝光時(shí)間調(diào)至200 ms 進(jìn)行檢測。DR 的曝光時(shí)間較短，建議AT1121 型輻射檢測儀使用Tvar模式進(jìn)行劑量率測量。

451P 型X-γ 輻射劑量儀的響應(yīng)時(shí)間大于DR 的常用曝光時(shí)間，不建議用451P 型X-γ 輻射劑量儀檢測DR 機(jī)房環(huán)境輻射。