非接入式X射线机管电流测量仪检测装置的建立

陆建荣，李后奇，斯海臣，刘晓军

1. 总后勤部卫生部药品仪器检验所，北京 100071；2. 胜利油田中心医院放射科，山东 东营 257034

非接入式X射线机管电流测量仪检测装置的建立

陆建荣1，李后奇2，斯海臣1，刘晓军1

1. 总后勤部卫生部药品仪器检验所，北京 100071；2. 胜利油田中心医院放射科，山东 东营 257034

目的 解决非接入式X射线机管电流测量仪的检测需求，建立了此检测装置。方法 本研究采用直流电流发生器、数字多用表及环境检测设备建立了非接入式X射线机管电流测量仪检测装置，并对该装置的输出电流进行了测量，计算系统的重复性和稳定性，分析不确定度的引入因素。通过计算各个不确定度分量，最后得到了此装置的合成不确定度。结果 通过测量、分析和计算，对所建立的测量装置的重复性、稳定性和系统不确定度进行了合格验证。结论 此检测装置各项参数满足相应标准要求，能够用于对非接入式管电流测量仪的检测。

非接入式X线机；管电流；管电流测量仪；X线机质量控制

1 建立检测装置的目的

医用诊断X射线装置在疾病诊断中被广泛应用，X射线具有的穿透和电离特性会对人体产生有害的生物效应，为了防止对患者造成伤害，在使用中需要严格控制辐射剂量，国家检定规程JJG 744-2004《医用诊断X射线辐射源》明确规定X射线机的管电流值需要每年进行测量，这是开展X射线机质量控制工作需要测量的重要参数。此参数的测量通常使用非接入式管电流测量仪，因此，对管电流测量仪测量精度进行评定是当前急需解决的问题。为了完善非接入式X射线机管电流测量的测量校准体系，保证质量监管工作的准确性和权威性，保证质量检测的准确和统一，需建立非接入式X射线机管电流测量仪检测装置。

2 检测装置的组成和工作原理

本检测装置由直流电流发生器、多用途数字表、模拟高压电缆、温度测量仪、湿度测量仪等组成。直流电流发生器输出端通过电线连接到模拟高压电缆，非接入式管电流测量仪的钳形电流探头钳住模拟高压电缆，当直流电流发生器的输出电流流过模拟高压电缆时，钳形电流表检测到电流并转换成相应的电压信号，测量得到的电压信号输入非接入式管电流测量仪主机，经过计算显示电流值（图1）。直流电流发生器的电流输出经过溯源校准，输出值有75.0、250.0、500.0、750.0 mA四档，用选择的各档的档位示值和对应的测量值计算测量误差；也可以计算校准系数或修正系数，并通过设备的调整软件提高被测仪表的测量精度。

图1 非接入式管电流测量仪检测方法示意图

3 直流电流发生器输出电流的测量

直流电流发生器是装置的重要设备，它的重复性和稳定性是建标必须考核的参数，因此需要对它进行测量，并利用测得的数据进行分析计算得到装置的稳定性和重复性。测量时采用实际工作时的连接方法，使用的设备有直流电流发生器、数字多用表和模拟高压电缆，设备检测参数，参见表1。

表1 非接入式管电流测量仪检测参数表

直流电流发生器稳定性数据的测量采用直接比较法[1]，测量时用导线把模拟高压电缆和数字多用表串联连接，再把直流电流发生器的输出和模拟高压电缆连接，数字多用表输入的负端和直流电流发生器的负端相连。接通直流电流发生器的供电电源，数字多用表选择相应的输入端口或测量档位，调节直流电流发生器输出档位（75、250 、500、750 mA），把直流电流发生器输出开关置于“ON”的位置，等待5 min，读取数字多用表上显示的数据并记录。

数据测量次数按照校准装置评定原则每个月测量1次，单次测量时在相同条件下连续间隔测量10次，获得10个数据，在半年时间内共进行6次测量[2]，总共得到240个数据，此数据作为稳定性和重复性计算使用。

4 检测装置的重复性

5 检测装置的稳定性

检测装置的稳定性是指用该计量标准在规定的一段时间间隔内测量稳定的被测对象时所得到的测量结果的一致性。稳定性用组间极差表示，组间极差的计算方法见式(3）。

测试装置的测量结果需要满足量值传递的要求，系统稳定性的判定条件是组间极差相对值＜本计量标准的扩展不确定度[5]，从表2的数据分析各档的组间极差均＜1.0，而按照判定要求求得的扩展不确定度均＞1.0，因此，本系统的稳定性能够满足要求，数据及计算结果见表3。

表2 重复性计算数据

6 检测装置的不确定度评定

检测装置的不确定度来自于各种不同的因素，可以把它们归纳为3种类型：统计数据类、输入参数类、数学模型和实际物理参数偏差类，系统的不确定度由各分量合成，合成不确定度符合平方和关系[6]。此测量装置的不确定度体现实际电流输出值与设定值之间的误差，它由数字多用表的不确定度、直流电流发生器的不确定度及系统稳定性合成，也可以认为检测装置的不确定度含3个分量：数字多用表的测量不确定度urel（M）、直流电流发生器的不确定度urel（Y）及系统的稳定性urel（W），它们之间的关系符合平方和关系。

6.1 数字多用表引入的不确定度

数字多用表的测量不确定度包括设备溯源引入的不确定度urel（S）、示值误差引入的不确定度urel（N）、年稳定性引入的不确定度。

（1）设备溯源引入的不确定度urel（S）。本数字多用表溯源到中国计量科学研究院，从历年校准结果得出其不确定度＜0.2％（k=2），从设备使用说明书中得到不确定度为0.5％（k=2），计算时两者取大值，采用B类评定。

urel（S）＝0.5％÷2＝0.25％

此信息来源非常可靠，所以自由度Vs→∞。

（2）示值误差引入的不确定度urel（N）。各档位示值误差所引入的不确定度见表4，在最后计算系统不确定度时取最大值。

表4 非接入式管电流测量仪检测参数表

不确定度的最大值，即urel（N）＝0.006％

urel（N）的自由度可以根据经验估计求得，估计urel（N）的相对标准不确定度：

Δurel（N）/urel（N）=0.10，则其自由度

（3）年稳定性引入的不确定度包含在系统稳定性中。

6.2 直流电流发生器引入的不确定度

直流电流发生器引入的不确定度包括设备溯源引入的不确定度urel（Y）、年稳定性引入的不确定度。

（1）设备溯源引入的不确定度urel（Y）。本直流电流发生器溯源到中国计量科学研究院，从历年校准结果得出不确定度U＜0.5％（k=2），采用B类评定。

urel（Y）=0.5％÷2=0.25％

此信息来源非常可靠，所以自由度vY→∞。

（2）年稳定性引入的不确定度包含在系统稳定性中。

6.3 系统稳定性urel（W）

从重复性测量数据中取最大值，计算得到urel（W）=0.035％，vW=10-1=9，见表5。

表5 非接入式管电流测量仪检测参数表

6.4 不确定度的合成

上述计算得到的不确定度分量，由于各分量之间相互独立，其合成相对不确定度等于各分量平方之和求开方。即：

表3 稳定性计算数据

6.5 相对扩展不确定度

因此，非接入式管电流检测装置的相对扩展不确定度U=ucrel×k＝0.36％×2≈0.72％。

不确定度评定的结果为：非接入式管电流检测装置的相对扩展不确定度U=0.72％，k=2.0。

7 结论

本论文采用直流电流发生器、多用途数字表、环境条件测量仪等建立了非接入式X射线管电流测量仪检测装置，在半年时间内对该装置在75.0、250.0、500.0、750.0 mA四档电流输出的数据进行测量、分析和计算，得到了该装置的各档重复性分别为0.015％、0.018％、0.020％、0.035％，各档的组间极差均＜1.0 mA，检测装置的不确定度为U=0.72％（k=2.0），目前用于非接入式管电流测量的仪器的误差为10％，根据量值传递要求，此装置的不确定度＜被测仪器不确定度的1/3，能够满足检测要求[8-9]。

[1]马莲慧,王鹏.JJF1075-2001钳形电流表校准规范[S].北京：中国标准出版社,2002.

[2]倪育才.实用测量不确定度评定[M].北京：中国计量出版社, 2010.

[3]马世英.计量标准的测量重复性考核和稳定性考核[J].中国计量, 2007,(2）：34-35.

[4]刑菁.计量标准装置测量重复性考核和稳定性的测试[J].计量与测试技术,2005,32(10）：12-13.

[5]尹京.计量标准的稳定性考核和计量标准器的稳定性考核[J].中国计量,2004,(9）：41.

[6]陆建荣.RQR 5 X射线辐射质的产生及空气比释动能不确定度的评定[J].北京工业大学学报,2013,39(12）：1916-1920.

[7]GJB 3756-99,测量不确定度的表示及评定[S].

[8]JJF1033-2008,计量标准考核规范[S].北京：中国标准出版社,2008.

[9]葛先权.介入放射线机的辐射防护性能检测与分析[J].中国医疗设备,2015,30(1）：111-113.

Establishment of a Test Device for Non-Invasive X-Ray Tube Current M easurement Instruments

LU Jian-rong1, LI Hou-qi2, SI Hai-chen1, LIU Xiao-jun1
1.Institute for Drug and Instrument Control of Health Department of General Logistics Department, Beijing 100071, China；2.Shengli Oil fi eld Central Hospital, Dongying Shandong 257034, China

Ob jective To establish the test device for non-invasive X-ray tube current measurement instruments to meet the need of metrological traceability. Methods The DC current generator, digital multi-meter and environmental monitoring instruments were used to establish the test device of noninvasive X-ray tube current measurement instruments. The output current at different output level was measured. The repeatability and the stability of the test device was calculated. The items contributed to the uncertainty were analyzed. With calculation of the uncertainty for each item, the combined uncertainty of the test device was also obtained. Results Through measurement, analysis and calculation, the repeatability and the stability of the test device were veri fi ed. Conclusion The parameters of this device met the requirements of the related standard, which could be used for the detection of noninvasive X-ray tube current measurement instruments.

non-invasive X-ray machines；tube current；tube current test devices；quality control of X-ray machines

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.09.038

1674-1633(2015）09-0123-03

2015-04-16

2015-05-30

作者邮箱：ljrdz@126.com