狭缝法测量诊断X光机焦点研究

2015-12-17李明豫谭克刚

中国测试 2015年11期

李明豫，田璐，范杰，林滔，谭克刚

（1.遵义市产品质量检验检测院，贵州遵义563000；2.四川省人民医院，四川成都 610072；3.中国测试技术研究院，四川成都 610021）

0 引言

焦点是影响X射线球管图像质量的重要参数，因此对于医用诊断X光机的检测，几乎都涵盖这项参数，如最初版本的JJG 744——2004《医用诊断X射线辐射源》[1]，以及新发布实施的JJG 1067——2011《医用诊断数字减影血管造影（DSA）系统X射线辐射源》[2]和JJG 1078——2012《医用数字摄影（CR、DR）系统X射线辐射源》[3]都在检定项目中对有效焦点尺寸提出了计量性能要求。实际焦点是电子在高压的作用下，在阳极靶面形成的打靶区域，这个量在不破坏装置的情况下是很难测到的，所以一般对于焦点的测量都采用测量其有效焦点尺寸的方法，即实际焦点在基准平面上的垂直投影，这个值分为宽度和长度，也就是检测中常提到的焦点尺寸。

1 有效焦点尺寸测量方法

有效焦点的测量方法IEC 60336——2005Medical electrical equipment-X-ray tube assemblies for medical diagnosis-Characteristics of focal spots[4]中例举了3种方法：针孔法、星卡法和狭缝法。IEC 60336——2005推荐使用狭缝法进行医用诊断X光机焦点的测量，JJG 744——2004推荐了星卡法和狭缝法测量焦点，而JJG 1067——2011和JJG 1078——2012都推荐狭缝法。

狭缝法，就是利用狭缝光阑成像的方法，把所需测量的焦点通过狭缝工具上一定规格的缝隙投影到相应的平面上，然后采用特殊的方法取得投影信号信息而反推出焦点大小。通过狭缝法测量焦点的工具一般有狭缝相机法、实时焦点仪和焦点软件分析法3种。这3种方法的基本原理一样，只不过成像部分采用的探测技术或者处理技术不一样。狭缝相机法是借助狭缝工具成像在胶片或者诊断光机探测器上，然后测量成像长度[5-6]；实时焦点仪是借助狭缝工具成像在焦点仪上的CCD探测器上自动实时得出数据；焦点软件分析法是借助狭缝工具成像在胶片上，然后用高精度医用扫描仪扫描到电脑（如果医用诊断X光机得到的图像文件分辨率高也可以直接采用），通过软件分析。

2 实时焦点测量仪（狭缝焦点仪）

实验采用的实时焦点测量仪是中国测试技术研究辐射研究所针对医用诊断X光机有效焦点尺寸测量而开发的一种焦点测量仪器，采用狭缝成像的原理，通过计算机处理获得的一维剂量分布，不需要繁琐的胶片处理程序，从而得到等效焦点尺寸的测量工具。

该仪器有2个特点：1）成像工具直接采用狭缝相机，狭缝相机可以单独使用，其指标满足IEC60336——2005要求；2）CCD探测面较同类产品宽，摆位位置有点差异亦能测量出有效焦点尺寸。

3 实时焦点测量仪测量医用诊断X光机焦点

医用数字摄影（CR、DR）系统，尤其是DR系统相对于传统的医用诊断X射线机具有无可比拟的优势，成为影像科室的必然发展趋势，在医院中得到广泛的推广和应用，因此本文以TFM600实时焦点测量仪测量DR光机的焦点（射线发生器为加拿大CPI，CMP200；球管为西门子SV150/22/54-S）为例详细描述进行有效焦点尺寸测量的方法和可能遇到的问题。

3.1 测量条件的选择

JJG 1078——2012中有效焦点尺寸的测量条件只是给出了定性的描述性语言“选适当放大倍数（E=n/m）、照射野、管电压和mAs进行曝光”，但是并没有叙述什么情况是适当的条件。

1）IEC 60336——2005中对放大倍数的选择描述如表1所示。实验中选择焦点尺寸为0.6，则E取2.1。

2）由于焦点的增涨现象，管电流和管电压对有效焦点尺寸有一定影响，在一定范围内，随着管电流的增加，有效焦点尺寸会增加，随着管电压的增加，其值又会减小，因此一个合适的管电压和管电流很重要。IEC 60336——2005中对用狭缝射线成像时X射线管的焦点条件描述如表2所示。

表1 放大倍数的选择

表2 狭缝射线成像时X射线管的焦点条件

3）根据表2的要求和使用DR机的总体参数（电压范围50～150 kV，小焦点时候最大电流为450 mA左右），在测量中采用的75 kV，200 mA这个最接近要求的条件进行曝光。

4）IEC 60336——2005中还对曝光时间（针对胶片）做了要求：胶片上最黑的区域扩散密度应该在1.0～1.4之间，模糊和本底区域不超过0.25。由于测量中不是使用的胶片，无法得出扩散密度，可以按照最黑区域扩散密度值与本底区域扩散密度值比值，取最大信号/本底为4（≥4也行）。图1为焦点仪测量到的焦点宽度随着曝光时间的增大而发生的变化，基本上100ms以后趋于稳定。发现得到的波形最高峰计数和本底计数之比，在200ms的时候是＞4的，满足上述要求，故实验选择曝光时间为200ms。

3.2 测量方法

图1 测量结果随着时间变化

1）把安装好的TFM600实时焦点测量仪放置于DR床上（平常检测，一定要在做焦点仪测量之前先对DR机做射野与光野一致性检测,以确定射野与光野的符合程度,避免偏差过大造成测量误差,甚至是测量困难），调节好放大倍率E=n/m=2.1（n为焦点仪放置狭缝相机位置到焦点仪CCD探测器平面距离，m为焦点到焦点仪放置狭缝相机位置距离，如图2所示），连接好电脑与电源线。

图2 比例和位置关系图示

2）打开软件，几何条件设置跟实际条件一样，曝光时间设置与实际曝光时间一致。

3）把DR机光野开至能覆盖焦点仪整个圆形探测平面，调整焦点仪底座3个水平调节旋钮，使得光野十字中心与焦点仪探测平面上面十字线对准。

4）把狭缝相机置于焦点仪相应位置，并保证狭缝相机的缝隙与焦点仪探测平面CCD垂直（CCD方向为黄色区域长方向，如图3所示）；缩小光野，使之略大于狭缝相机孔，并保证光野十字中心与狭缝相机中心对齐。

5）观察狭缝相机缝隙与DR球管长轴关系（垂直或者平行，垂直的时候测量的是长，平行的时候测量的是宽），得到可靠的数据以后旋转90°后在相同条件下测量一次。

3.3 操作中注意事项和结果的判断

1）床保持水平，否则旋转90°后必须按照“3.2测量方法”1）～3）步骤重新摆位并测量。因为床不水平旋转90°后导致另外一个方向射野中心与圆形探测平面中心不能对齐，从而使得这个方向测量结果偏大甚至是无法测得数据。

2）如果射野与光野不一致，尽量估计射野中心位置，并使射野中心保持其与整个圆形探测平面中心对齐，否则测量结果偏大或无法测的数据。如图3比例关系可以看出射野与光野不一致容易使得测量结果偏大甚至是无法测得数据。

图3 对齐方式图示

3）焦点仪测量结果有数字结果和曲线显示，根据测量曲线形状、测量焦点的大小和长或宽，与图4或图5中LSF曲线图（LSF是指线扩展函数）进行比较。可以看出＜0.3mm的焦点其长度和宽度几乎完全重合，≥0.3 mm的焦点长和宽差异较大。可大致判断测量条件的优劣和结果的可靠性，换句话说曲线形状应该大致与图4或图5中得到的相似，如图6所示。

图4 典型球管小焦点（＜0.3mm）线扩展函数

图5 典型球管大焦点（≥0.3mm）线扩展函数

图6 测量得到的曲线形状（宽和长）

4）对于球管焦点位置不容易判定的光机，采用焦点仪软件上“焦点在焦平面上实际大小计算”功能将两次测量结果进行计算，可得实际焦点在焦平面上的大小，减少焦点标志误差的影响。

5）根据表3进行结果判断，如果焦点长和宽都满足条件则焦点满足要求。

4 与其他方法的比较

1）实时焦点测量仪测量焦点更高效。在整个焦点测量过程中，从机器对位到得到焦点长和宽，总共耗时6min左右；而用狭缝相机法进行测量，涉及到胶片的处理等过程，耗时20min左右，如果采用焦点软件分析法，则还需要胶片扫描和软件处理过程，耗时更长。

表3 标称焦点值：焦点尺寸最大允许值

2）实时焦点测量仪测量焦点更便捷、准确。测量中能够直接得到形成焦点的曲线形状，并通过电脑软件直接判断曲线最大值15%之间的区域（IEC 60336——2005中定义最大值15%之间的区域为焦点测量有效宽度），得到焦点尺寸，本次测量过程中进行了10次测量，平均值0.792mm（宽）和1.182mm（长），重复性1.073%和1.535%；而采用狭缝相机法则需要对洗出的胶片进行人工测量（用黑白密度计确定测量区域，用尺子进行测量），一是耗时耗力，二是对于胶片上最大信号值15%之间的区域判断存在极大的误差，远大于实时焦点测量仪测量误差（这些值还受不同检测人员判断的影响而有所不同）；焦点软件分析法由于耗时长和操作过程繁琐，虽然比实时焦点测量仪测量更精确（如果是DR机，则还跟DR机本身图像分辨率有关系，直接影响其测量）一般在日常检测焦点过程中不会采用，而仅用于对实时焦点测量仪的校准。

综上所述实时焦点测量仪是一种精确、高效、便捷的医用诊断X光机焦点测量工具。