医用CT剂量仪的校准与评价的研究*

欧向明

医用CT剂量仪的校准与评价的研究*

欧向明①

在分析医用CT剂量仪结构和电路原理的基础上，结合国内外相关的法规标准，医用CT电离室剂量仪在标准剂量学实验室的检定校准的程序和方法。阐述了剂量仪的定期校准在CT设备应用质量控制、以及在保障诊断影像质量的前提下降低受检者剂量的重要性。

医用CT；CT剂量仪；电离室；校准；评价

据统计我国各省市监测机构目前使用的医用CT剂量仪约有数百台，其中绝大多数属于长壁电离室型剂量仪（以下统称CT剂量仪），用于医用CT机开展质量控制（QC）和质量保证(QA)时辐射参数的测量，成为评价该设备应用质量是否合格的基础。为了更好地贯彻执行《计量法》相关规定[3]，落实卫生部《放射诊疗管理规定》的有关内容[4]，加强对医用X射线诊断领域监督监测，对于新购置的、使用中的和修理后的CT剂量仪，像其它法定计量器具一样, 要求在标准剂量学实验室进行定期的检定和校准，其检定周期为一年。几年来笔者在中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所、医用放射诊疗设备质控室（SSDL 国家二级标准剂量学实验室），按照相关国际组织出版物和国际电工委员会（IEC）的标准[5][6]，以及我国已颁布执行的国家标准[7]，先后完成了对各省市检测机构100余套CT剂量仪的校准与评价工作。

1 材料与方法

1.1 CT剂量仪的基本结构和工作原理

目前常用的CT剂量仪是指：采用细长电离室、在CT X射线扫描的横截方向上辐照，测量沿探测器长轴方向上的空气比释动能积分的诊断剂量计。通常一套CT剂量仪主要包括电离室型探测器及主机测量电路两大部分，下面分别介绍它们的基本结构和工作原理。

1.1.1 电离室型探测器：电离室是CT剂量仪最经典、应用最广的一种探测器，它是将CT诊断的辐射量转换为可测量的电信号的电离探测器。其剖面图如图1所示：图中1：为高阻抗双屏蔽电缆；2：电离室柄；3：底端绝缘子；4：保护（平衡）套；5：电离室壁；6：电离腔；7：中心电极；8：顶端绝缘子。

图1 CT电离室结构示意图

其工作原理是：当射线入射到电离腔的灵敏体积中，在中心电极或电离室壁上打出次级电子（光电子和康普顿电子），次级电子使气体产生电离，生成正负离子对。在加上极化电压的两个电极电场的作用下，正离子和电子所呈现的正电荷向阴极的漂移和负电荷向阳极方向漂移，在外电路中收集成微弱的本征电离电流。从此类CT电离室结构图可以看出：由于中心电极较细、较长、电离室壁较薄，考虑到检测机构在使用中摆位及运输颠振，易引起电离室结构的变化，可能会对测量数据造成影响，所以必须按照检定周期1年的要求进行定期校准。

1.1.2 CT剂量仪主机测量电路：其等效电路如图2所示，电离室接收辐射后产生的电离电流is(t) 信号进入主机的输入端后，经高输入阻抗的前置放大器PA进行放大，通过I/V转换电路，输出端的电压值uc(t) 近似地正比于输入电压us对时间的积分，数据处理后送仪器面板显示测量结果。其函数表达式为：

图2 CT剂量仪主机的电路原理图

目前辐射防护监测机构常用的CT剂量仪主要包括以下几种：①美国Victoreen公司早期生产的660系列、之后改由美国FLUKE公司生产的35050AT；②中国计量科学研究院研制的T576A系列；③瑞典RTI公司生产的Barracuda；④德国iba公司生产的DOSIMAX plus A等等。由于主机电路采用高输入阻抗的集成运算放大电路，而且放大倍数较高，所以CT剂量仪主机有故障维修后，与原有的校准因子相比变化较大，需再次送检标准剂量学实验室进行重新校准，以保证测量数据的准确性和溯源性。

1.2 校准和评价CT电离室剂量仪的技术要求

1.2.1 参考标准剂量仪：本校准实验室测量标准辐射场采用的标准剂量仪，是由美国Radcal公司生产的9095读数仪并配置体积为6 cc标准空气电离室(Model RC6)组成剂量测量系统。剂量仪的校准因子可溯源到美国国家标准技术研究院（NIST）和中国计量科学研究院（NIM），每年按周期完成检定。

1.2.2 标准辐射场的X射线参考条件：是由德国PHILIPS公司生产的MG324高稳定度X射线机提供的。校准CT剂量仪时，X射线的峰值管电压从70 kV到150 kV可调，调节步节为10 kV，共9个能量点，X射线束的总过滤为2.5 mmAl。

1.2.3 CT电离室校准用标准辐射场的几何条件：如图3所示,为了选择合适的照射野尺寸及校准点适当的空气比释动能率，确定从X射线管焦斑到CT电离室中心的水平距离为1.5 m。在X射线束照射CT电离室前，可加放一个特制钨钢标准光阑e，用于检测CT电离室的有效长度边际及轴线方向的剂量均匀性。

图3 CT电离室校准的几何条件示意图

图3中：a：X射线管；b：限束系统；c：附加Al过滤片；d：透射束监督电离室；e：特制钨钢标准窄缝光阑；f：标准参考电离室（或被校准CT电离室）。

1.2.4 其它必要的附属设备：主要包括测量车、轨道、吸收片支架和电离室夹具，以及用于监测X射线机输出量率变化的透射电离室监测装置，辐射场中CT电离室定位的激光（光学）准直装置,以及分别由国家计量院和国家气象局校准的标准温度计和气压表等。

1.3 参照的标准程序文件

中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所、医用放射诊疗设备应用质量控制实验室（SSDL 国家二级标准剂量学实验室），前身是卫生部国家二级标准剂量学实验室，是在IAEA、WHO和卫生部的资助下，于20世纪80年代建立、并通过国家技术监督局计量标准考核的[8]。1992年该实验室依据IEC 61674建立了检定和校准CT电离室剂量仪的标准装置，之后在中国疾病预防控制中心辐射安全所的大力资助下，依据GBZ/T 19629-2005先后多次进行改造与升级，编写了CT剂量仪校准《作业指导书》，通过了国家认证认可监督管理委员会的计量认证考核，现出具的校准证书上允许加盖红色的“CMA”中国计量专用徽章。

2 CT剂量仪的校准

被检CT剂量仪的校准因子Nc，是在二级标准剂量学实验室的X射线标准辐射场中，采用替代法得到的，主要步骤如下：

2.1 剂量仪外观检查

CT剂量仪不允许有影响正常工作的污染，锈蚀，破损等缺陷，仪器表面应有仪器名称、型号、生产厂、系列号等清晰标记。如果剂量仪是数字显示面板，主机开机后所显示的数字应完整无缺。

2.2 漏电流检测

此处的漏电流是指：不是由电离辐射在CT电离室中产生的、在CT电离室或剂量仪主机部件中发生的信号回路中的任何电流。检测漏电流时，需连接好CT电离室的信号电缆，打开主机电源，按照说明书要求充分预热，至少在60 s内，漏电流不应该超过所用的量程上的最小有效空气比释动能率的5.0%。

2.3 校准因子Nc的获得

在《CT剂量仪校准原始记录》中逐项填写送检单位的各项基本信息、记录校准实验室的温度、大气压强等环境条件。按照图3的几何条件在测量导轨上验证a至f各项的位置和距离，在位置c处放置2.5 mmAl 附加过滤片。

2.3.1 测量校准点的标准剂量值：我们首先使用本实验室的参考标准剂量仪（即美国Radcal公司生产的9095读数仪，及标准电离室组成剂量测量系统）测量校准点的标准剂量值。先将标准电离室按照图3所示布放于校准点f处，再连接好信号电缆，打开主机电源，按照仪器说明书充分预热，从主机键盘输入测量时的温度、大气压强等环境条件，以便应用程序对测量结果根据空气密度进行自动校正。然后分别测量出X射线的管电压从70 kV到150 kV（调节步节为10 kV，共9个能量条件）校准点f处的剂量标准值，每个能量条件下，重复读取5个测量结果，依次写入原始记录的“标准值”栏目中。

2.3.2 采集被校准CT剂量仪的读数值：取下标准电离室后，用激光定位器按照图3的几何条件将被校准的CT电离室布放于校准点f处，替代标准电离室的位置。重复3.1的步骤进行测量，并分别将结果依次写入原始记录的“被校准仪器读数值”栏目中。

2.3.3 计算校准因子Nc：是指无量纲的倍乘因子，将剂量仪的指示值由在特定条件下工作得到的值，修正到公认的参考条件下工作得到的值。计算时先将原始记录中的“标准值”和“被校准仪器读数值”，校正到温度20 ℃、大气压强101.3 kPa标准空气密度状态，再分别算出“标准值”的平均值R0和“被校准仪器读数值”的平均值R，通过下面的公式：

Nc = R0/R

分别计算后，即得到管电压从70 kV到150 kV共9个能量条件下的无量纲的校准因子Nc，表1为某检测机构送检的一台CT剂量仪校准因子实例。

表1 CT剂量仪校准因子实例

3 CT剂量仪的评价

检测机构在使用CT剂量仪检测医疗单位的CT机时，常要使用CT检测专用模体，将CT电离室插入CT检测模体，模拟测量受检者体内的吸收剂量。在CT机扫描过程中，X射线束相对CT电离室做2π旋转和平移运动，此时，模体中CT电离室接收到的X射线的能量、方向始终都在发生变化，对CT电离室的能量响应、均匀性、方向响应等项性能要求较高，因此在标准剂量学实验室校准CT剂量仪时，还要评价CT电离室以下几个方面的性能：

3.1 能量响应

能量响应是剂量仪在相应射线能量范围内校准因子的倒数，常用能响曲线来表示。CT剂量仪一般取120 kV的校准因子，通过相应的校准因子的不确定度进行归一评价，能响要求应符合小于±5%。图4所示为某检测机构的CT剂量仪，在70 kV到150 kV的常用诊断X射线范围内的能量响应曲线。

图4 CT剂量仪能量响应实例

3.2 均匀性

在进行CT电离室均匀性检验时，应采用特制钨钢标准窄缝光阑(光阑宽度分别为5.0 mm和10.0 mm)，放置于图3的e处，按垂直射线束方向平移CT电离室，延电离室的长度方向进行轴向连续扫描评价。在额定的CT电离室长度上，响应的空间均匀性的变化应该不大于土3%。

3.3 方向响应（角响应）

在有用X射线束内, 沿CT电离室轴从0°～180 °范围内,分别在不同角度测量,并求其平均值与标准差，评价其响应的变化应该不大于土3%。

4 小结

CT临床检查给受检者所带来的辐射剂量，只有当CT机被调整到既有良好的影像质量又有合适的辐射输出时，受检者剂量将会是最小的。在CT机质量性能的检验中，CT剂量仪是必不可少的重要仪器之一，对其进行定期检定和校准是做好CT机质量控制的基础。我们发现在医用CT设备质量控制（QC）实际工作中，由于有的监测机构的工作人员对CT剂量仪的结构和性能不熟悉，不了解仪器的校准与评价方法，甚至没有按照国家相关法规和标准定期送检，造成对CT扫描时X射线辐射剂量评价的结果产生了较大的不确定度，这种现象应引起相关工作人员的足够重视。另一方面，遵照国家对计量器具实行强制周期检定的法规，对相关CT剂量仪进行定期送检和校准，与检测机构对医疗机构CT机定期强检的目的是一致的，都是为了确保医疗设备应用质量合格，技术性能优良，在提高临床诊断和治疗效果的同时，努力降低受检者的辐射剂量，减少辐射效应的发生概率。

[1]中华人民共和国国家标准,电离辐射防护与辐射源安全基本标准GB18871-2002,附录G：放射诊断的医疗照射指导水平[S].

[2]中华人民共和国国家标准，X射线计算机断层摄影放射卫生防护标准，GBZ165-2005[S].4.1.2.

[3]中华人民共和国主席令第28号，中华人民共和国计量法[S].1985－09－06.

[4]中华人民共和国卫生部令第46号，放射诊疗管理规定[M].北京：人民卫生出版社，2006:6-9.

[5]Medical electrical e quipment-Dosimeters with ionization chambers and/or Semiconductors as used in X-ray diagnostic imaging,（IEC61674:1997),IDT.

[6]ICRU REPORT No.74.PATIENT DOSIMETRY FOR X RAYS USED IN MEDICAL IMAGING,THE INTERNATIONAL CO-MISSION ON RADIATION UNITS AND MEASUREMENTS.DECEMBER 2005,66.

[7]中华人民共和国国家标准，医用电气设备X射线诊断影像中使用的电离室和(或)半导体探测器剂量计GB/T 19629-2005[S].2005－01017

[8]赵士庵.X射线照射量标准装置的研究和建立[J].中华放射医学与防护杂志,1995,15(1)：30.

Research on calibration and evaluation of medical CT dosimeter

OU Xiangming

In this paper,the author analyzed ionization chamber structure and circuits of medical CT dosimeter, introduced standard and calibration method of CT dosimeter of the Secondary Standard of Dosimetry Laboratory (Beijing SSDL), emphasized on importance of the calibration on quality control of the CT medical equipment.

Computerized tomography; CT dosimeters; Ionization chamber; Calibration; Evaluation

National Institute for Radiological Protection, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100088, China.

1672-8270(2011)07-0025-05

TH 774

A

欧向明,男,(1964- ),本科学历，副主任技师，中国医学装备协会医用辐射装备防护与检测专业委员会秘书。中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所国家二级标准剂量学实验室，主要从事医用诊疗设备辐射防护方面的研究工作。

2011-04-14

*卫生行业科研专项：辐射危害控制与核辐射卫生应急处置关键技术研究及其应用（项目编号201002009）

①中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 北京 100088

China Medical Equipment,2011,8(7):25-29.

计算机体层成像（Computed Tomography, CT）装置自20世纪70年代开发应用以来，多层螺旋CT(Multi -Slice spiral CT,MSCT) 一直应用于临床，该技术在无创性影像诊断学中开创了一个全新领域，现已成为近代医学诊断领域中不可或缺的重要手段之一。然而辐射是一把“双刃剑”，研究统计表明，公众接受的人工电离辐射中，医疗照射所占的剂量份额是最大的，因此，减少受检者在医用射线诊断检查中接受的剂量，一直是近年来的中心议题，国家也颁布执行了一系列的法规、标准[1-2]。CT扫描时的X射线辐射剂量，是影响图像质量的一个重要参数，也是评价受检者接受的辐射剂量的依据。