诊断水平X参考辐射质的建立

袁杰 白雪 孙训 王遥/上海市测量测试技术研究院

0 引言

诊断水平剂量计是医用X射线诊断设备质控所用的关键仪器，国家计量校准规范JJF 1621-2017《诊断水平剂量计校准规范》规定了诊断水平剂量计校准因子、能量响应、重复性和稳定性的校准方法[1]。X射线机产生X射线的过程是阴极灯丝发射电子束，在高压电场的加速下向阳极高速运动，在到达阳极靶的过程中由于靶原子核周围电场的巨大减速而产生轫致辐射。X射线能谱受到X射线机管电压、靶材料、过滤等因素的影响，通常用辐射质表征X射线的能谱[2-5]。对于校准诊断水平剂量计所用的X参考辐射，按照JJF 1621-2017对于测量标准的要求，需要建立两种系列辐射质，分别为非减弱束质（RQR）以及用于CT的辐射质（RQT）。

1 辐射质要求

IEC 61267-2005《医用诊断X射线 测量特性使用的辐射条件》以及JJF 1621-2017中均规定了RQR以及RQT系列辐射质的第一半值层以及同质系数，见表1和表2。

表1 RQR系列辐射质

表2 RQT系列辐射质

为获得该系列辐射质，对于过滤片的厚度以及材质均有相应的要求，过滤片的材料应为纯度不低于99.9%的纯铝，其厚度偏差应不超过±0.01 mm。

2 试验方法

为获得符合表1和表2中要求的辐射条件，按照IEC 61267-2005规定的测量方法，在上海市计量测试技术研究院电离辐射室的1台MGC41型X射线机上，用纯度为99.9%的铝片，每片间隔不超过0.5 mm，测量其对应的剂量率，测量足够多的点，最终拟合成曲线。在曲线中找出一个点，使其加上对应的第一半值层厚度后，剂量率刚好为该点的一半，将该点的横坐标暂定为所需要的过滤片厚度。再以同样的方法计算对应的第二半值层厚度和同质系数，当同时满足第一、第二半值层厚度以及同质系数时，该厚度即为所需过滤片厚度。

为此，用纯铝制作了一系列过滤片，厚度从0.5 mm开始，每间隔0.5 mm制作一片，最厚的一片为15 mm（规范中要求铝片厚度上限应为25 mm，因此，超出15 mm的过滤片由两片铝片叠合而成），过滤片的厚度由上海市计量测试技术研究院的长度标准装置准确测定。

测量所使用的半值层测量装置由PTW公司Unidoswebline主机以及TK-30电离室组成，该电离室通过中国计量科学研究院以及德国联邦物理技术研究院（PTB）的校准，具有良好的能量响应特性[6，7]。在X射线机上选定不同的电压，依次更换不同厚度的过滤片，记录测得的剂量率。通过估算，当得到的测量结果足以覆盖第一半值层以及第二半值层厚度时，结束测量。再选定下一个电压继续进行测量，最终得到全部辐射质的测量结果，进行计算。

3 结果计算与分析

按照上述方法得到的衰减率测量结果见图1。

图1 不同能量的辐射质测量结果

IEC 61267-2005中列出了一种较为简单的计算所需过滤片厚度的方法，但此种方法较为粗略，其中X轴为线性坐标，参数为铝片厚度，Y轴为对数坐标，参数为衰减系数，曲线拟合为手动拟合，所需过滤片厚度需在坐标轴上测量得到。现在随着计算机技术的发展，可以使用较为简便的方式得到更准确的结果。本文采用Python软件进行编程，通过三次样条插值函数对测得的数据进行拟合，通过以0.01 mm为最小分度进行运算，得出不同能量的X射线达到要求时的第一半值层厚度以及同质系数。具体程序见图2。

图2 计算程序

最终得到结果见表3。

表3 各辐射质对应过滤片厚度

据此，用纯度为99.9%的纯铝材料加工制造所需厚度的铝片，厚度偏差在±0.01 mm之间。逐次将不同厚度的铝片设置在X射线机准直口前，用半值层测量装置测量第一半值层以及第二半值层厚度，结果见表4。辐射质均符合IEC 61267-2005对于半值层的要求，即附加第一半值层的过滤片后，衰减系数在0.485～0.515之间，测量结果符合要求。

表4 辐射质衰减系数测量结果

4 结语

按照JJF 1621-2017对RQR以及RQT系列辐射质的要求，参照IEC 61267-2005中关于辐射质测量与计算的方法，确定纯铝过滤片厚度、建立的X参考辐射质，试验验证结果符合JJF 1621-2017和IEC 61267-2005规定的技术要求。