医用诊断X射线机标准辐射条件的建立

陆建荣，徐 桓，刘晓军 ，斯海臣

总后勤部卫生部药品仪器检验所，北京 100071

医用诊断X射线机标准辐射条件的建立

陆建荣，徐 桓，刘晓军 ，斯海臣

总后勤部卫生部药品仪器检验所，北京 100071

目的 解决目前国内医用诊断X射线机剂量计的校准需求，建立用于校准剂量计的标准辐射条件。方法 本研究依据IEC 61267:2005标准，采用激光标线对空间进行定位，并进行了定位精度的不确定度分析；使用标准剂量计对辐射强度进行测量，确定RQR3/5/8/9/10辐射质的附加过滤厚度。结果 通过测量、分析和计算，确定了定位系统引入的不确定度；通过测量半值层对辐射剂量的衰减量，确定了附加过滤的厚度。结论 此辐射场的各项参数符合标准IEC 61267:2005的要求，可以用于建立医用诊断X射线机剂量计校准装置。

X射线机；X射线机剂量计；空间定位激光；环境监测仪

1 辐射场的组成

本研究依据标准IEC61267:2005《Medical diagnostic X-ray equipment radiation condition for use in the determination of characteristics》建立标准辐射条件[2]，其辐射场系统由医用诊断X射线机、标准剂量计、空间定位激光、环境监测仪器组成（图1）。标准剂量计用于对X射线机产生的辐射场空间内各点的辐射剂量进行测量，空间定位激光用于确定辐射场空间内不同位置的坐标，环境监测仪器检测试验环境内的温度、大气压和湿度。

图1 辐射场系统组成图

2 标准辐射条件的参数设定

医用诊断X射线机的管电压输出范围从40～150 kV，在这个范围内产生的X射线的波长随着管电压的变化而变化。对应每个管电压值产生的X射线包含波长范围不同，波长的变化和管电压不成正比例关系[1]，剂量计中的检测传感器对不同波长的X射线的响应也没有固定的规律。因此，在对剂量计进行标定时，无法覆盖40～150 kV全部连续管电压范围，只能选取其中的几个点对其进行标定。标准IEC61267在标定RQR标准辐射质[2]（从X射线源发射出的辐射线束的标准辐射质）时选择了40～150 kV之间的9个管电压条件，每个管电压值相差10 kV。

3 辐射场空间的定位

从X射线管发射出的X射线，在空间中呈锥体状分布，空间中不同位置的辐射场强度并不均匀[3]。为了得到用于校准剂量计的标准辐射场，必须确定辐射场空间中特定点的辐射强度，并对该点的辐射强度进行稳定性和重复性评定。因此，在测量之前必须对辐射场空间进行定位，定位采用垂直和水平两个位置参数。垂直位置参数用于确定应用平面（一水平并且与射线中心束垂直的平面）与辐射源焦点之间的距离，是应用平面中心点与焦点之间的距离，应用平面上各点的定位（简称水平定位）采用以中心点为原点的二维平面坐标。

3.1 垂直定位

垂直定位方法，见图2。垂直固定一刻度尺，并使刻度尺的零点与X线球管的焦点位于同一水平面上。在刻度尺的对面垂直固定一立柱，将水平激光仪固定于立柱上，并使其能沿立柱上下平滑移动。上下移动水平激光仪，使其发射的水平激光束与应用平面在同一水平面上，此时水平激光束在刻度尺上的投影指示，即为应用平面中心点与焦点之间的距离。

图2 垂直定位示意图

3.2 垂直定位不确定度的分析

应用平面的垂直定位，采用水平激光仪发射出的水平激光标线确定。应用平面与管球焦点的距离由钢直尺的刻度值、钢直尺零点的位置和实际焦点位置的误差、应用平面和水平激光标线之间的误差、激光标线和垂直钢直尺之间的读数误差合成，计算公式如式(1)。

由于式(1)中的各项输入量相互独立，且不等于零，因此距离 的相对标准不确定度的合成方差公式为[4]：

下面分析公式(1)中各参数引入的不确定度。

（1）从刚直尺检定规程JJG 1-1999[5]获知：1500 mm钢直尺的示值误差为±0.27 mm，尺的端边到第一条线纹的误差为±0.08 mm，任意线纹之间的示值误差为±0.27 mm，由此可以推出综合最大误差为±0.62 mm，则其相对半宽度a=0.62/1000=0.062%，服从正态分布，k=2，引入的相对不确定度=0.062/2=0.031%。

（2）钢直尺零点的位置和实际球管焦点位置的确定采用激光标线对应钢直尺零点刻度来确定，实际操作中引入的误差不会超过±3 mm，服从正态分布，k=2，其半宽度为1.5 mm，则引入的相对不确定度为=0.075%。

（3）应用平面的确定也是通过激光标线确定，实际在固定应用平面时会和激光标线之间引入误差，最大不超过±2 mm，服从正态分布，k=2，其半宽度为2 mm，则引入的相对不确定度为=0.1%。

（4）激光标线和垂直钢直尺之间的读数误差，读数误差为±1 mm，激光标线宽度误差为1 mm，引入最大读数误差±3 mm，服从正态分布，k=2，半宽度为1.5 mm，则引入的相对不确定度为=0.075%。

根据不确定度合成公式(2)得到：

3.3 水平定位

水平定位是确定目标点在应用平面上的位置，使用X、Y双向坐标轴进行标定。坐标轴的原点由辐射场中心线与应用平面的交点确定（图2），确定了坐标原点后平面上的每个点的位置可以用平面坐标值明确表示。辐射场中心线由球管焦点标识和地面辐射场中心点确定。

地面辐射场中心点的确定，采用准直测试筒确定。准直测试筒由机玻璃制成，高12 cm，直径5 cm，在其上下端面的中心点各有一个直径1 mm的钢珠（图3a）。先用水平尺在地面上确定一个水平的平面，再把准直测试筒放置在水平面上，移动准直测试筒到估计的中心点位置，在其下方放置一胶片，发射X射线进行摄影，当胶片上的影像显示上下两颗钢珠重合时，表明钢珠与辐射场的中心线重合（图3b），如果不重合（图3c），移动准直测试筒，继续上述操作，直到影像中的钢珠重合。根据钢珠的位置，在水平面上标出辐射场中心点的位置。

图3 准值测试筒及原理

辐射场中心线由相互垂直的两条激光标线进行标识。调整激光标线的位置，使得两条激光标线的上端与球管焦点标识重合，它们的下端与地面辐射场中心点重合，则两条激光的交叉线即为辐射场的中心线（图4）。

图4 应用平面的确定

3.4 水平定位不确定度的分析

在通过激光标线确定位置后，由于激光标线的误差、机械形变等原因，标线的位置也会不断的移动，这会给测量结果带来误差。激光标线的误差从激光发射器的参数中可以得到，其值为±1 mm；在完成激光标线的安装调试后，我们在球管上和地面上分别标注了两根垂直标线的照射位置，通过近3年的观察测量，得出的最大偏移在±2 mm，按照几何比例关系，当激光标线的上端和下端偏移在同一方向并达到最大时，坐标轴原点在这一方向的偏移也达到最大。因此，坐标轴原点在单方方向（如X轴方向或y轴方向）因机械变形引入的偏移值为±2 mm；那么坐标原点的累计偏移量为激光标线的误差和机械变形引入的偏移之和，为±3 mm，其半宽度为a=3 mm。实际使用有效辐射场是52 mm×52 mm的正方形，计算得到最大相对偏移误差为△X=3 mm/52 mm=5.8%，认为此误差值为均匀分布，则k=，引入的相对不确定度为=5.8%/=3.3%。由于X、Y轴两个方向采用相同的激光标线和机械结构，因此它们具有相同的不确定度，即=3.3%。

对于二维平面坐标，偏移量由X轴和Y轴的偏移分量合成，计算公式为：

按照相对不确定度的合成方差公式[7](3)得到：

4 附加过滤的确定

按照IEC61267要求，本试验对附加过滤的确定（RQR3/5//8/9/10）是在使用不同半值层试验器时的辐射剂量进行测量的，计算衰减前后剂量的比值，确定附加过滤[8-9]。首先在辐射场中心线上，从球管焦点顺着X射线发射方向，依次放置附加过滤、半值层试验器、光阑满、辐射剂量测量传感器，放置时保证水平并通过定位激光标线置于辐射场中心。辅助过滤距焦点260 mm，半值层试验器距焦点300 mm，辐射剂量传感器距焦点1000 mm。对应不同的RQR线质设置不同的加载条件（表1），在无半值层、第一半值层和第二半值层3种状态下分别曝光，记录辐射剂量，计算衰减前后辐射剂量的比值，判定比值是否在0.49～0.51之间，如果不满足要求，增加或较少附加过滤厚度，继续曝光并计算剂量比值，直到比值满足要求，这样就完成了附加过滤的确定，测量条件、参数及结果等具体数据见表1。

表1 R QR 3/5/8/9/10辐射质附加过滤厚度的确定

5 结语

本研究依据标准IEC61267:2005建立标准辐射条件，采用医用诊断X射线机作为辐射源，辐射空间中的垂直和水平位置采用激光标线定位，并分析定位的不确定度。使用标准剂量计对应用平面辐射进行测量，制作半值层铝片，经过测量计算确定附加过滤厚度。本研究结果符合建立标准辐射场的硬件要求，可以进一步对辐射场辐射剂量进行评定，建立剂量计校准装置。

[1] 吴世法.近代成像技术与图像处理[M].国防出版社,1997:43.

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Establishment of Standard Radiation Conditions for Medical Diagnostic X-Ray Equipment

LU J ian-rong, XU Huan, LIU Xiao-jun, SI Hai-chen
Institute for Drug and Instrument Control, Health Department, People's Liberation Army General Logistics Department, Beijing 100071, China

Objective To meet the requirements of calibration for the medical diagnostic X-ray equipment dose meter through establishment of the radiation conditions. Methods According to the IEC 61267:2005 Standard Medical Diagnostic X-Ray Equipment - Radiation Conditions for Use in the Determination of Characteristics, line marking with laser was used to determine the position in the space and the uncertainty of positioning accuracy was analyzed. Then, the additional filter of RQR3/5/8/9/10 radiation quality was determined through measurement of radiation intensity with the standard dose meter. Results With measurement, analysis and calculation, the uncertainty of positioning was determined. And the thickness of the additional filters was confirmed through measurement of the dose attenuation caused by the half-value layer. Conclusion The parameters of the radiation field were in line with the IEC 61267 Standard, which can be used for establishment of the calibrator unit for the dose meter of medical diagnostic X-ray equipment.

X-ray equipment; X-ray equipment dose meter; spatial positioning laser; environmental monitoring instrument

R197.39; TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.05.039

1674-1633(2015)05-0119-03

2014-11-14

2014-12-22

本文作者：陆建荣，博士，高级工程师。

作者邮箱：ljrdz@126.com