狭缝法实时测量X射线机焦点的研究

王越 王亚南 江南 辽宁省医疗器械检验检测院 （辽宁 沈阳 110179）

狭缝法实时测量X射线机焦点的研究

王越 王亚南 江南 辽宁省医疗器械检验检测院 （辽宁 沈阳 110179）

X射线机的发展目标是获得更清晰的图像，而X射线管的有效焦点尺寸是决定X射线成像质量的一个重要因素。本文主要通过测量原理、测量条件和测量方法的描述，采用以狭缝法为基本原理的RFM实时焦点检测仪，对X射线机（DR）的有效焦点进行测量。

X射线机 有效焦点尺寸 狭缝法 实时焦点测试仪

X射线机的焦点即为X射线管的焦点，是影响X射线成像质量的重要参数。X射线机的实际焦点是指电子束所撞击的阳极靶的面积，从不同的方向可以看到不同的焦点形状和大小，但是这个量在不破坏装置的情况下很难测到。因此，一般采用测量其有效焦点尺寸的方法，通过实际焦点在基准平面上的垂直投影，测得长度和宽度，换算成实际焦点的大小。对于X射线机的检测，几乎都涵盖这项参数。因此，为了确定X射线机焦点尺寸，满足X射线机质量要求，焦点尺寸的测量方法一直备受关注。

1.测量X射线机焦点的原因

X射线成像主要是获取物体的图像。典型的X射线机焦点，在取决于球管阴极的宽度方向上有两个波峰，如图1所示。

在这种情况下，管丝是呈螺旋状的金属线，管丝周围的管电流可产生电子云（空间电荷），其分布大致恒定。由于管丝表面朝着一个方向旋转，因此从阳极方向可以看到更多的电子。当管丝周围的电子在管电压的作用下向阳极加速运动时，这种分布的情况会再现。

图1. 摄影X射线管焦点特性

为了能够查看图像中的微小细节，图像应尽可能清晰。而导致X射线照片模糊的原因主要有几何模糊、运动模糊和材料模糊。其中，几何模糊包含焦点大小和物体离图片的距离的变化；材料模糊是随着X射线机辐射源的使用，X射线管阳极靶的老化导致的靶面不平滑，使漫反射增加，焦点尺寸变大。而焦点尺寸是唯一一个直接与X射线设备直接关联的因素，因此X射线管的焦点尺寸测量显得尤为重要。

2.测量X射线机焦点的原理

IEC 60336-2005标准中对X射线机焦点进行了详细的描述，其通过10μm宽的狭缝命名，并以电子方式记录，如图2所示（图中右边灰色的部分显示了在图片平面上的摄影图像，注意中间的较轻部分表示两个峰值之间的下沉）。仪表将记录的数据传输到计算机，并通过计算机屏幕显示出来。焦点的全部特征是通过一维“图片”在焦点一个方向及其垂直方向的尺寸测量重建出来的。实际测量中，RFM狭缝式实时焦点检测仪的电机带动狭缝旋转，与LSF探测器垂直成90˚角。另一个方向也采用同样的方法测量。

如图2所示，测得有效焦点的宽度fm，是实际阳极焦点fw的放大值，放大因子E为n与m的商。实际焦点到狭缝的距离为m，狭缝到基准平面的距离为n，狭缝宽为s。因此实际焦点的宽计算为：

图2. 焦点的重建

表1. 标准规定的加载因素

表2. 测量仪表规定的加载因素

其中χ代表狭缝的阴影，如果在LSF函数0%时计算宽度，那么如果在LSF函数50%时计算宽度，那么χ=0。不过标准规定的计算取决于胶片变暗，大致为LSF函数10%～20%的位置。然而，一般χ值很小，如果s远远小于f，那么χ值可以忽略不计，但对于乳腺机来说，χ值不能忽略。标准规定，对于小焦点应选择大的放大因子，降低χ值，但需确保降低的χ值没有焦点尺寸减少的多。因此，对于小焦点，相对的误差要大一些。

这种方法计算出的焦点为方形焦点，但可近似为任意形状的焦点值。

3.测量X射线机焦点的方法

随着X射线机（DR）的普遍应用，焦点尺寸的测量显得尤为重要。因此本文以RFM狭缝式实时焦点检测仪测量X射线机焦点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

IEC 60336-2005标准中对X射线机焦点测量的加载因素（曝光条件）作了规定，如表1所示。如果表1的加载因素没有包括在所测X射线管的摄影额定容量内，或不符合X射线管规定正常使用的典型专用数值，加载因素则与其相应的特定条件有关。

RFM狭缝式实时焦点检测仪对X射线机焦点测量的加载因素（曝光条件）也作了规定，如表2所示。

结合标准和RFM检测仪的规定，以及X射线机球管本身的特点，最终选择焦点测量的加载因素为75kV，100mA，100ms（10mAs）。

此外，还需考虑的测量条件有：①MTF放大倍率的设置。当焦点标称值f<0.6时，MTF放大倍率M=2；当焦点标称值f≥0.6时，MTF放大倍率M=1.3。②放大因子E的设置。当焦点标称值f≤0.4时，放大因子E≥3；当焦点标称值0.4

3.2 测量方法

试验用X射线机球管焦点标称值为0.6/1.2。

①把RFM狭缝式实时焦点检测仪（简称RFM检测仪）放置到X射线机平床上，在计算机端安装RFM软件，并与RFM检测仪进行连接，如图3所示。

②打开RFM检测仪电源开关，仪表自动校准中心。将X射线机球管的光野打开至能覆盖RFM检测仪顶部面板的大小，调整RFM检测仪的底端脚使其顶部面板保持水平，将RFM检测仪放置在球管光束中心，狭缝支持架阴影的中心应与顶部面板的中心重合，如图4所示。如果X射线机没有光野指示装置，需尽可能找到中心重合点。

图3. RFM检测仪与计算机连接

图4. RFM检测仪位置校准

③打开RFM软件程序，进入校准系统模式。近似的测量从X射线机球管实际焦点到RFM检测仪顶部面板的距离（m），读取RFM检测仪立杆上的刻度值（n）。n值很重要，为了避免对校准工作产生影响，读取时应尽可能准确，以立杆尖端和塑料帽之间的缝隙处所指的刻度为准。填入相应的两个数值后，开始RFM软件程序校准。按照系统提示进行操作，需要进行三次曝光。开始两次分别是X，Y轴位置的校准，第三次是位置的校验。最后显示“Alignment Successful”，表示RFM检测仪校准成功，可以进行焦点测量，否则需要重新摆位校准。

④将狭缝准直器放到狭缝支持架上，如果选择自动测量模式，则需将触发探头放置在狭缝支持架上端；如果选择手动测量模式，则无需放置探头。首先选择测量模式（手动或者自动），然后选择测试类型（一次性完成长宽的测量，还是分别测量长宽），最后按照系统提示进行曝光。测量结果将显示在屏幕上，如图5和图6所示。图5为测量后得到的LSF和MTF函数曲线，图6为焦点分别是0.6和1.2的测量结果。3.3注意事项

图5. LSF和MTF函数曲线

图6. 焦点分别是0.6和1.2的测量结果

①RFM检测仪的顶部面板下由精密的伺服系统控制，可通过RFM软件自动复位，切勿手动旋转该面板。RFM检测仪需保持水平，与床面垂直，否则校准完长度，旋转90˚校准宽度时会导致X射线机光野指示装置与RFM检测仪顶部面板中心无法对齐，使得这个方向的测量结果出现偏差甚至无法测得数据。

②考虑到焦点放大比例问题，RFM检测仪狭缝到顶部面板的距离一般在350～400mm，并调整X射线机球管高度使限束器尽量靠近RFM检测仪狭缝。

③使用RFM软件进行系统仪表校准时，不使用狭缝准直器。校准过程中，根据曝光剂量以及焦点相对位置等原因，每个方向（长度和宽度）可能进行两次曝光，按照系统提示进行操作。

④在进行焦点测量时，需将狭缝准直器放置在狭缝上，用以过滤干扰射线，狭缝准直器放置的位置应与当前测量的方向垂直，以免造成焦点计算的错误。一般球管阴阳极方向为焦点的长方向，与之垂直的为宽方向。

4.结语

X射线管的焦点尺寸对X射线机具有重要意义，是影响X射线成像性能的重要因素之一。本文从测量X射线机焦点的原因、原理、条件、方法等方面进行了综述，结合IEC 60336-2005标准，对RFM狭缝式实时焦点检测仪测量焦点的方法进行了深入的研究。该检测仪能够较为精确的测量出X射线机焦点尺寸，是一种方便、快捷的测量手段。

[1]IEC 60336-2005 Medical electrical equipment X-ray tube assemblies for medical diagnosis Characteristics of focal spots[S].2005.

[2]孙朝明,汤光平,李强,等.X射线源焦点尺寸的测试与对比分析[J].核技术,2015(11):110202-1-110202-7.

[3]李明豫,田璐,范杰,等.狭缝法测量诊断X光机焦点研究[J].中国测试,2015,41(11):31-34.

[4]周亚玲.X射线源有效焦点尺寸测量装置研制[D].重庆大学,2015.

[5]郑世才.射线检测[M].北京:机械工业出版社,2004:32-33.

Study on Real-time Measurement of Focus of X-ray Apparatus by Slit Method

WANG Yue WANG Ya-nan JIANG Nan Liaoning Medical Device Test Institute(Liaoning Shenyang 110179)

The development goal of X-ray apparatus is to obtain clearer images, and the effective focus size of X-ray tube is an important factor to determine the quality of X-ray imaging. In this paper, through the description of measurement principle, measurement conditions and measurement methods, the RFM real-time focus-measuring instrument based on slit method is adopted, and the effective focus of X-ray apparatus (DR) is measured.

X-ray apparatus,effective focus,slit method,real-time focus-measuring instrument

1006-6586(2017)19-0026-03

TN14

A

2017-08-22