医用诊断X射线辐射源检测参数的分析与验证

易大志 张 秦 胡楚征 周 佺

(湖南省计量检测研究院医学计量检测中心,长沙 410014)



医用诊断X射线辐射源检测参数的分析与验证

易大志 张 秦 胡楚征 周 佺

(湖南省计量检测研究院医学计量检测中心,长沙 410014)

本文提出了通过DR设计厂商给出的理论计算公式，结合现场实验得出相应检测结果，来验证检定与校准中个别参数检测结果是否异常。文中分别介绍了医用X射线辐射源(DR)球管电流、加载时间、管电压值出现异常值的验证方法。实验表明，通过理论计算可验证检测参数结果的异常。

X射线辐射源；计量检测；参数验证；U-Y曲线

0 引言

在对医用诊断X射线辐射源的检定过程中，特别是高频或X射线球管电缆的屏蔽性能相对较好的X光机，通常会遇到所检测的管电流出现明显的异常现象，但是其他参数却在正常范围内。也可能出现管电压、加载时间的检测数据出现异常现象。为确定所检测的相关计量参数结果是否正确，本文提出通过DR设计厂商给出的理论计算公式来对检定与校准中个别参数是否异常进行验证

1 理论基础

一般情况下，医用诊断X射线辐射源(特别是近年来普及的数字化X射线成像系统DR)的生产厂家的技术资料中会给出剂量面积乘积的转换系数Y的曲线图。如某型号的移动DR，生产厂家给出的转换系数Y的曲线图U-Y曲线，可根据这些U-Y的曲线，来对检测结果与测量结果在一定准确程度上进行验证。如图1所示。

图1 某一型号的移动DR的U-Y曲线图

生产厂商针对不同型号系列的DR进行设计与实验，会给出相关数据，从而得出相应DR系统的U-Y曲线图，此曲线图应该是科学、准确、可靠的。

要确保正确的相关数据，有几个必要的条件：辐射野尺寸、曝光电流时间积、常数K、转换系数Y、曝光电压U、球管焦点至诊断水平剂量仪的距离r等。

根据某型号的移动DR的相关技术手册有：

D=Y×Q/r3

(1)

式中，D为诊断水平剂量仪所测得的空气比释动能，μGy；Y为转换系数，μGy·m2/mAs；Q为曝光的电流时间积，mAs；r为球管焦点至诊断水平剂量仪的距离，m。

2 理论分析

公式(1)是生产厂商给出的峰值皮肤剂量计算公式，其中需要注意的是，由于人体接受照射的区域并非一个平面，式中是对其进行了简化，将其视为距离均为r的一个平面。在进行计量检测时，可以将诊断水平剂量仪的接收面看作近似理想平面。

根据图1曲线图查找曝光条件U为90kV时的变换系数Y约为63.5μGy·m2/mAs，取Q为10mAs，焦点至诊断水平剂量仪的距离r为1m，根据公式(1)计算D值：

D=Y×Q/r2

=63.5×10/12

=0.635(mGy)

以一次实际曝光为例，选择U=90kV，Q=10.0mAs，并用球管内置的测量尺测量出焦点与诊断水平剂量仪的距离r=1.00m，进行曝光检测。得出以下一组数据如表1所示。

表1 90kV,10mAs曝光条件下的空气比释动能测量值

通过实验得出表1中的数据D′与根据式(1)和理论计算出的D值的差为0.8%。这种差异来源是由于Y值的获取，因为在获取Y值时是根据U-Y曲线图来估读的，也就是人为读数误差。根据检定规程对于空气比释动能等物理量测量不确定度的要求，采用理论值来验证实验结果是合理可行的。

3 实验结果

经过理论计算与实验测量结果的比较验证，上述计算方法可以用来验证日常对医用诊断X射线辐射源的计量检定结果。在相关计量参数确定的情况下，通过对式(1)的变换，就可以得出其中某一个待验证的曝光条件参数(如管电流、管电压、曝光时间)是否正确。实验测量如图2所示。

图2 实验测量示意图

现对某医院放射科的一台SIEMENS生产的MOBILETT系列移动DR，进行计量检测，检测设置的检定条件为80kV，20mAs，且已知曝光时间为0.1s，用此DR球管上自带的内置尺进行实际测量焦点至诊断水平剂量仪的距离为1m，诊断水平剂量仪上空气比释动能计数为0.962mGy。查U-Y曲线图，80kV时的Y值为48μGy·m2/mAs即0.048mGy·m2/mA。

3.1 管电流的验证

在以上曝光条件下来验证实际管电流I的测量值与所检测的电流值。假定X射线管的加载时间值为0.1s，根据式(1)有：

Q=D×r2/Y

由于Q=It，则I=Q/t，

I=D×r2/(Y×t)

=0.962×12/(0.048×0.1)=200.4(mA)

将上式计算结果与使用钳形电流表检测的电流值进行比较，即可验证管电流检测结果的可靠性。

3.2 X射线管的加载时间的验证

同样在上述曝光条件下，验证实际X射线管的加载时间值。假定X射线管电流值为200mA，根据式(1)有：

Q=D×r2/Y

由于Q=It，则t=Q/I，

t=D×r2/(Y×I)

=0.962×12/(0.048×200)=100.2(ms)

将上式计算结果与使用诊断水平剂量仪检测的加载时间值进行比较，即可验证加载时间检测结果的可靠性。

3.3 管电压的验证

仍然在3.1中的曝光条件下，验证实际X射线管的管电压值。假定X射线管的电流时间积是准确的，根据式(1)有：

Y=D×r2/Q

则：Y=0.962×12/20=0.0481(mGy·m2/mAs)

即Y≈48μGy·m2/mAs，通过查U-Y表，对应Y值为48μGy·m2/mAs的管电压约为80kV。将以上计算结果与使用诊断水平剂量仪检测的管电压值进行比较，即可验证加载时间检测结果的可靠性。

3.4 异常结果的验证

在对某一台DR进行检测时，设定其加载电压为80kV，电流为200mA，时间为100ms(即D=20mAs)，取r为1mm，查找技术手册中U-Y图如图1所示，Y值约为46.5μGy·m2/mAs。测量3次数据如表2所示。

由表2可知，加载电流明显偏离了预置值，由此可怀疑电流检测结果出现异常，根据3.1来进行验证：I=D×r2/(Y×t)

=0.909×12/(0.0465×0.1021)=191.5(mA)

表2 DR参数检测结果

查找此台DR的技术资料，找到其高压发生器控制电路中的管电流测试点，将示波器接入测试点，测得约0.19mV的方波信号。技术资料说明管电流测试点测得的每0.1mV方波信号代表管电流为100mA，即0.19mV代表190mA。其结果与理论计算结果基本一致，说明通过钳形电流表检测的管电流结果出现了异常，出现这种异常，可能是由于其球管电缆的屏蔽功能所致，或者是现有技术条件下的钳形电流表不能准确探测此DR的管电流信号。

4 结束语

计量检测技术人员在对有特殊情况下的医用诊断X射线辐射源进行检测时，会遇到球管或球管电缆被外壳包装起来、或由于球管的电缆太粗以至于钳形电流表无法完全夹住电缆、或球管电缆屏蔽效果较好，在这样的情况下，给计量技术人员从全面、科学地对其进行综合评价与检测提出了挑战。或用现有常见的诊断水平剂量仪对一些高频X射线辐射源进行检定时，发现某些检测参数结果有异常，以至于无法判断检定结果。在这些情况下，可以通过查找相应的X射线辐射源的技术资料，找到技术资料中给出的U-Y曲线图，从而计算出出现异常值的参数的理论检测值，以此验证检测结果，为判断检定结果提供依据。

[1] SIEMENS.MOBILETT系列移动DR用户手册

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[4] 王添文，等.屏蔽电缆效能与转移阻抗关系研究[J].安全与电磁兼容，2015，(1)：60-65

[5] 易大志．析对部分DR进行检测的问题[J]．中国计量，2012(12)：102

[6] JJG 744—2004医用诊断X射线辐射源检定规程

[7] JJG 1078—2012医用数字摄影(CR、DR)系统X射线辐射源检定规程

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.12.19