建立医学诊断X射线参考辐射场技术研究

张从华， 张圆月， 郑永明， 王尧君， 徐 恒， 杨 建，李 鹏，刘 操，张友德，蒋雪萍，冯雪峰，宿 川

（1.中国测试技术研究院，四川 成都 610021；2.浙江省杭州市质量技术监督检测院，浙江 杭州 310019；3.新疆维吾尔自治区计量测试研究院，新疆 乌鲁木齐 830011）

0 引 言

为建立X射线诊断辐射质，复现空气比释动能，建立完整的减弱束和非减弱束量值传递系统，实现国家和地方的诊断水平标准剂量计、诊断水平剂量计、X射线多功能测量仪、剂量面积乘积仪等剂量仪的量值溯源[1-5]，保障国家推行JJG 744——2004《医用诊断X射线辐射源》、JJG 1026——2007《医用诊断螺旋计算机断层摄影装置（CT）X射线辐射源》、JJG 1067——2011《医用诊断数字减影血管造影DSA系统X射线辐射源》、JJG 1078——2012《医用数字摄影（CR、DR）系统X射线辐射源》、JJG 2043——2010《60～250kV X射线空气比释动能计量器具》等诊断辐射检定规程[5-10]的执行，按照IEC 61267标准[11]严格复现标准空气比释动能量值。在现有的国家空气比释动能基准辐射场、各地方空气比释动能标准辐射场的基础上，进行技术改造，实现诊断辐射质和标准辐射场的建设，建立相关计量标准，可在此基础上进一步制定新的国家标准、国家计量检定规程、国家计量技术校准规范，从根本上解决我国X射线诊断设备的相关物理量及其衍生量不能溯源或者溯源不规范的问题。在开展检测技术研究的基础上，严格执行量值传递与溯源，为医疗行业的计量监管与自身质量控制提供技术和法规依据。

1 有效峰值电压

建立标准诊断辐射场，首先要测量X射线管的管电压，确定实际有效峰值电压。实际有效峰值电压的计算采用IEC 61267标准方法进行电压计算，基本数学处理方法：

式中：，Ui，w（Ui）——实际有效峰值电压、测量的管电压、权重函数。

诊断光机的电压权重函数为

其中，各参数的数值为

乳腺光机的电压权重函数为

其中，各参数的数值为

2 辐射传感器

建立标准辐射质，需要标准剂量仪，测试辐射衰减曲线，建立标准空气比释动能或者空气比释动能率量值。用于测量空气比释动能或者空气比释动能率的探测器应该满足IEC 61674标准[12]和IEC 61267标准的要求。

2.1 剂量率线性

剂量率≤0.02。

2.2 重复性

1）非减弱束。非减弱束的空气比释功能重复性如表1所示。

表1 非减弱束的空气比释动能（率）重复性

2）减弱束。减弱束的空气比释动能重复性如表2所示。

表2 减弱束的空气比释动能（率）重复性

2.3 分辨力

不小于读数的1%。

2.4 稳定时间

仪器启动15min后的响应变化在±2%以内。

2.5 辐照脉冲响应

容许1ms照射。剂量率＜1Gy或者最大空气比释动能率（取较小者），适合常规的非减弱束测量；剂量率＜1 mGy或者最大空气比释动能率（取较小者），适合常规的减弱束测量；剂量率＜500mGy或者最大空气比释动能率（取较小者），适合常规的CT非减弱束测量。

2.6 复位

复位后的测试读数不大于满量程的1.0%。

2.7 漏电流

空气比释动能率测量时：在最小有效空气比释动能率测量范围内不少于1min测试时，不超过5.0%。

空气比释动能和空气比释动能长度乘积测量时：在最小有效测量范围内每分钟测试变化不超过5.0%；在最大有效测量范围内每分钟测试变化不超过1.0%。

2.8 稳定性

长期稳定性：±2%/年。

累计剂量稳定性：在非减弱束70 kV情况下累计到40Gy，变化在±1%以内。

2.9 能量响应

不超过±3%，覆盖ISO4037-1规定的N15～N200辐射质。

2.10 其 他

1）灵敏体积的入射面应被辐射野全部覆盖。

2）灵敏度应该在附加过滤或者加上水模体的条件下测量。

3）探测器应能在减弱束（附加过滤或者水模体）和非减弱束下测量空气比释动能率。

3 辐射质

3.1 标准辐射质RQR

用于描述X射线管组件出射的X射线的辐射质，技术要求见表3。标准辐射场要满足：

1）一个钨发射靶。

2）一个经过调整满足表3管电压要求的X射线管。管电压值要求实际峰值电压，不确定度为1.5%或者1.5kV，取较大者，包含因子k=2。

3）第一半值层满足表3要求。在检验时，测量满足0.485～0.515。在构建标称第一半值层时，衰减铝片纯度99.9%，总厚度≥25mm，测试步长≤0.5mm，滤片厚度误差±0.01 mm。测试的出射野不大于50 mm×50mm。

4）同质系数要求误差±0.03。

表3 标准辐射质RQR的技术指标

3.2 标准辐射质RQA

用于描述X射线经过管组件出射后，经铝模体衰减的X射线的辐射质。技术要求见表4。标准辐射场满足：

1）一个钨发射靶。

2）一个X射线管，管压值满足RQR要求。

3）附加过滤，衰减铝片纯度 99.9%，误差±0.01mm。

4）标称第一半值层满足表4要求。测试条件与RQR一样。

表4 标准辐射质RQA的技术指标

3.3 标准辐射质RQC

描述用于自动曝光控制系统在透视条件下X射线的辐射质，技术要求见表5。标准辐射场满足：

1）一个钨发射靶。

2）一个X射线管，管压值满足RQR要求。

3）附加过滤，模拟患者，衰减铜片纯度99.9%，厚度误差±0.01mm，面积足以覆盖射野。

4）标称第一半值层满足表5要求，测试方法与RQR一样。

表5 标准辐射质RQC的技术指标

3.4 标准辐射质RQT

描述用于CT应用的X射线的辐射质。技术要求见表6。标准辐射场满足：

1）一个钨发射靶。

2）一个X射线管，管压值满足RQR要求。

3）标称第一半值层满足表6要求。测试方法与RQR一样。

4）附加过滤，模拟患者，衰减铜片纯度99.9%，厚度误差±0.01mm，面积足以覆盖射野。

表6 标准辐射质RQT的技术指标

4 标准辐射条件

4.1 标准辐射条件RQN

用于窄束环境，在RQR辐射质基础上，建立RQN2～RQN10系列标准辐射条件。在辐射场中加入圆柱形水模体，满足：

1）外径 50mm。

2）高度（200±1）mm。

3）圆柱体的上下底面和壁为有机玻璃，厚度（10±2）mm。

4）充满水介质。

5）第一挡片、第二挡片、第三挡片（5mmPb）距离焦点的距离分别为300，500，550mm，其中第二挡片形成的孔径不超过40 mm，第三挡片形成的孔径在应用平面上为（20±2）mm。

4.2 标准辐射条件RQB

用于宽束环境，考虑散射影响，在RQR辐射质基础上，建立RQB2～RQB10系列标准辐射条件。在辐射场中加入圆柱形水模体，满足：

1）外径（300±1）mm。

2）高度（200±1）mm。

3）圆柱体的上下底面和壁为有机玻璃，厚度（10±2）mm。

4）充满水介质。

5）第一挡片靠近射线管组件、第二挡片靠近水模体（5mmPb），形成辐射野在水模体出射面的面积为 275mm×275mm。

4.3 标准辐射条件RQR-M

用于决定能量小于40kV的非衰减射束，散射线影响最小，基本特征满足：

1）一个钼发射靶。

2）X射线管管电压纹波≤4%。

3）总过滤为（0.032±0.002）mm 钼。 满足表 7 要求，第一半值层误差±0.02mmAl。

表7 标准辐射质RQB-M的技术指标

4.4 标准辐射条件RQA-M

用于能量小于40kV减弱束的测试，散射线影响小，能谱接近患者出射束能谱分布，基本特征满足：

1）一个钼发射靶。

2）X射线管管电压纹波≤4%。

3）总过滤为（0.032±0.002）mm 钼。 满足表 8 要求，第一半值层误差±0.02mmAl。

4）附加过滤（2±0.01）mmAl。

表8 标准辐射质RQB-M的技术指标

4.5 标准辐射条件RQN-M

用于能量小于40 kV减弱束窄束的测试，散射线影响小，能谱接近患者出射束能谱分布，基本特征满足：

1）一个钼发射靶。

2）X射线管管电压纹波≤4%。

3）总过滤为（0.032±0.002）mm 钼。 满足表 9 要求，第一半值层误差±0.02mmAl。

4）水模体。长（120±1）mm，宽（80±1）mm，高（45±0.5）mm，壁厚 45mm。

5）第二个遮挡片限制射束在应用平面的大小为直径20mm的圆面。遮挡片为不少于1mmPb。

表9 标准辐射质RQB-M的技术指标

4.6 标准辐射条件RQB-M

用于能量小于40 kV减弱束宽束的测试，散射线影响有意义，能谱接近患者出射束能谱分布，基本特征满足：

1）一个钼发射靶。

2）X射线管管电压纹波≤4%。

3）总过滤为（0.032±0.002）mm 钼。 满足表 10 要求，第一半值层误差±0.02mmAl。

4）水模体。由有机玻璃组成。模拟50%脂肪和50%乳腺组织，厚度为 45 mm，长（120±1）mm，宽（80±1）mm，高（45±0.5）mm，壁厚 45mm。

表10 标准辐射质RQB-M的技术指标

5 结束语

参考IEC 61267的基本要求，利用测试的管高压计算有效峰值电压，用于确定诊断辐射场的管电压，建立管电压的准确量值。采用满足要求的辐射传感器，添加过滤片，测试辐射衰减曲线，建立标准的诊断辐射质。通过不同挡片，限制辐射野，并添加附加过滤或者水模体，实现辐射测量的基本条件。通过建立标准辐射质和测量条件，用于诊断剂量的校准、测试，实现诊断剂量的量值传递和剂量校准工作，为广大医疗机构和计量检测部门服务。

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[10]JJG 2043—2010 60～250 kV X射线空气比释动能计量器具[S].北京：中国计量出版社，2010.

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