医用X射线辐射监测及联锁装置的设计

李宪军 ，武卓， 王云鹏

陕西省人民医院 设备管理科，陕西西安 710068

医用X射线辐射监测及联锁装置的设计

李宪军 ，武卓， 王云鹏

陕西省人民医院 设备管理科，陕西西安 710068

医用大型X射线设备（CT、DSA、MR等）都不可避免的产生电离辐射，由于我国现有的此类设备供货商大多都无相关安全联锁装置与之相配套，这就不可避免地造成电离辐射污染以及与国家安全辐射防护标准相违背。本文旨在提供一种实用、行之有效的X射线辐射监测及联锁装置，来应对上述各医疗单位在日常医疗检查中都无法避免的电离辐射难题。

医用X射线机； 电离辐射 ；辐射监测 ；联锁装置

0 前言

自1895年伦琴发现X射线以来，X射线机在医学领域里应用已有90多年的历史了，由于X射线机图像能以直观、信息丰富的方式表达检查测量结果，使之成为医学上诊断疾病所必不可缺少的设备，为国内外普遍应用。然而，伴随着X射线机越来越多的使用到医疗中，不可避免的产生各种大量的辐射污染，为人们所密切关注。医用辐射源作为电离辐射的一个重要组成部分，一直是防护的重点部门，《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》是我国制定的一个国家标准，重点提出了辐射防护的各项要求，其中第4.2.3.1提出产生电离辐射设备必须设有安全连锁装置（包括门-机连锁、控制台与装置连锁、其他连锁等）。近年来各家医疗设备生产商研制的新型设备中都能满足这一要求，但现实面临的问题是各医院目前广泛在用的机型中不具备这一功能，这不但可能造成辐射污染，而且在当地环境安全监测部门的检测中，这一项也无法通过，最后多数医院均无法解决只能违规使用，这一棘手的问题如何解决？本文提出了一种连锁装置的设计，以解决这一问题。

我们通过与现有此类问题的研究和长期模型试验发现，如果单纯设计一种简单的门联锁装置，进行位置的检测，就无法精确的表达机器的运行状态，射线量的检测。

因此，解决此类问题的关键就在于治疗防护门位置的精确检测、X射线辐射剂量的检测，以及对两者检测的有效结合，即当射线量超过一个安全值时，报警并紧急停机，监测的射线量处于安全范围时，门连锁起作用。该连锁装置可起到双重保护作用：门开关保护；射线量泄露超标保护。从而达到精准检测阻止辐射污染的效果。

经过重复性试验对本医院X射线机的测试，我们决定采用光电耦合器及盖革-弥勒计数管分别对门位置及治疗过程中治疗室外（主要是治疗防护门附近）的累积辐射量进行检测，门位置检测为初级检测，累积辐射量为终极检测，通过初级、终极的检测与X射线机相关联，在任何出现辐射污染的情况下机器停止运行，从而达到防止辐射污染的效果。

1 门位置监测功能实现

传统的门控制开关大多是通过行程开关机械控制，缺点是当长时间使用，后门的位置偏移、传动系统老化等造成的控制精度下降，误报警等动作出现，实际已经起不到精确的安全保护作用。

我们现在采用光电开关对门的位置进行精确监测，光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电-光-电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电-光-电的转换。通过光电开关后再输出控制电平（图1）。

图 1 门位置监测设计框图

2 射线监测功能实现

X射线与自然光并没有本质的区别，都是电磁波，只是X射线的光量子的能量远大于可见光。它能够穿透可见光不能穿透的物体，而且在穿透物体的同时与物质发生复杂的物理和化学作用，可以使原子发生电离，使某些物质发出荧光，还可以使某些物质产生光化学反应。如果工件局部区域存在缺陷，它将改变物体对射线的衰减，引起透射射线强度的变化，这样，采用一定的检测方法，来检测透射线强度，就可以判断工件中是否存在缺陷以及缺陷的位置、大小。

这个公式就是射线检测基本原理的关系式，ΔI/I称为物体对比度，从它可以得知，只要缺陷在透射方向上具有一定的尺寸、其衰减系数与物体的线衰减系数具有一定差别，并且散射比控制在一定范围，我们就能够获得由于缺陷存在而产生的对比度，从而发现缺陷。

通过盖革-弥勒计数管来测定辐射，当每一次射线通过该GM管并引起电离时，便使该GM管产生一次检测电流脉冲，每个脉冲被电子管电路检测并记录为一个计数，该剂量仪的显示值为在所选定的模式下的计数值。

由于放射性的随机特性，故由剂量仪所检测到的计数值各分钟都有变化，检测取峰值作为输入信号，将探测器接收到的信号送入单片机，与预设值进行比较，并作出判断，作为控制量去控制下一级工作（图2）。

图 2 射线监测设计框图

3 防护门位置监测与射线的整体监测

通过对防护门监测功能以及射线监测功能的单独实现，我们不难得出X射线辐射监测及连锁装置设计的整体框图（图3），使之在治疗过程中，防护门未关闭或者射线剂量超标的情况下均能产生报警，从而达到有效预防射线辐射污染的效果。

图 3 X射线辐射监测及连锁装置设计的整体框图

4 X射线辐射监测及连锁装置实用性评估

我们经过了大量的模型试验及针对我院X射线机的重复性实际测试得知，X射线辐射监测及连锁装置不但完全实现了上述我们所要求的功能外，还有其他诸多优点。

(1)由于采用的主要电子器件为光电耦合器、盖革-弥勒计数管等重复性比较好、性能比较稳定的原件，X射线辐射监测及连锁装置可达到非常高的稳定性、精确性以及使用寿命。

(2)配备X射线辐射监测及连锁装置的各电子器件均比较常见，普通的电子市场均可购买，且成本不高，可非常容易地解决辐射防护这一难题，其普遍性可以得到有效推广。

(3) X射线辐射监测及连锁装置，体积小、易安装、方便拆卸维修，给日常的使用和维修工作带来很大的便利，因此，其实用性、有效性值得广泛推广。

通过重复性实际测试证明，X射线辐射监测及连锁装置的应用可以有效地进行辐射剂量检测，并具备多种实用性优点，可有效地达到医用X射线辐射防护的目的。

[1] GB18871-2002,电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].

[2] 卫生部令第46号,放射诊疗管理规定[S].

[3] 国务院令第449号,放射性同位素与射线装置安全和防护条例[S].

[4] 许树林.X射线设备检查中受检者防护存在的问题[J].医疗装备, 2009(3):17-18.

[5] 郝光远,魏从全,张建廷,等.数字化床边摄影X射线防护问题及其措施[J].医疗卫生装备,2008(10):347-349.

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[10] 欧向明, 赵士庵,程金生.防护水平γ辐照装置的研制[J].中国辐射卫生,2006(3):302-303.

Design of Monitoring of Medical X-ray Radiation and Interlock Device

LI Xian-jun,WU Zhuo,WANG Yunpeng
Equipment Management Department, Shaanxi People's Hospital, Xi'an Shaanxi 710068,China

TH771+.5

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.10.005

1674-1633(2010)10-0014-02

2010-04-09

2010-04-25

作者邮箱：lixianjun2362@163.com

Abstract:Medical X-ray equipment would produce ionizing radiation,and most of the medical X-ray suppliers don't provide corresponding safety interlock,then the ionizing radiation is caused.This paper introduces an effect X-ray radiation monitoring and interlock device,which is used to solve the radiation problems.

Key words:medical X-ray system;ionizing radiation;radiation monitoring;interlock device