移动DR辐射剂量的计算、验证及改进

严昂，易大志，黄辉，邹庆辉

1.中南大学湘雅医院 资产装备办公室（中南大学医院管理研究所），湖南 长沙 410008；2.湖南省计量检测研究院，湖南 长沙 410014

引言

随着医学影像技术的快速发展，医用放射检查，尤其是数字化X线摄影（Digital Radiography，DR）检查已经成为常规检查项目[1]。但众所周知，医用放射检查会对被检者的健康产生一定的影响[2]，甚至是伤害[3]，如何对这种影响或伤害进行评估，或者说如何对医用放射检查的辐射剂量进行定量，进而对病人的医用放射检查进行有效的管控，是一项而亟待解决的问题，也是近年来国际关注的热点之一[4-5]。

目前一些欧美发达国家已经引入了个人医用检查辐射剂量档案，医疗机构会将患者每次检查所受的辐射剂量记入档案并告知患者；当患者本年度内辐射剂量超过一定阈值时，医生会尽量避免继续使用具有辐射损伤的检查，而改用其他检查代替。而在我国，一些大型医疗机构也已经引入了辐射剂量报告，该报告会以定量的方式给出患者当次检查所接受辐射剂量等数据，并对可能存在的风险进行评估，用于指导相关医生合理开具辐射检查。

在辐射剂量等数据的获取方面，由于辐射剂量检测系统非常昂贵，所以我国大多数在用的放射检查设备均没有配备剂量检测系统。同时，一些特殊的放射设备，如移动DR等，它们没有固定的检查床或平板托架，成像时的源像距（Source Image Distance，SID）等是不确定的，所以，即使装配了剂量检测装置，系统也无法获知所有辐射数据，在这些情况下，通过人工计算获得辐射剂量数据，并用于辐射剂量报告，则是一种比较现实可行的做法。

1 材料和方法

1.1 设备与工具

某品牌移动DR及相关技术手册；RTI Piranha 555诊断水平剂量仪；高精度测量尺。

1.2 方法

X线诊断剂量学中使用比较普遍的辐射剂量主要有剂量面积乘积（Dose Area Product，DAP）和峰值皮肤剂量（Peak Skin Dose，PSD）[6-7]。DAP是X射线束的横截面积与所致平均剂量的乘积[8-9]（单位为戈瑞平方米，Gym2）。PSD即在诊疗过程中患者体表接受的最大剂量点处的剂量[10-11（]单位为戈瑞，Gy）。

以某移动DR为研究对象，首先选取多个具有代表性的曝光条件，包括曝光时的管电压、毫安秒、源像距等[12-13]，通过相关技术手册中给出的指导，计算出在这些条件下的DAP和PSD，然后再分别用选定的这几个曝光参数进行实际曝光，同时使用RTI Piranha 555诊断水平剂量仪对曝光时的实际剂量进行检测，每种条件重复曝光10次，将实测数据与计算数据进行比对、分析，以验证计算结果的准确性。最后，在此基础上再针对原计算方法的不足之处，进行适当改进，以使计算方法能更加便捷、直观和客观的计算相关辐射剂量。

1.2.1 曝光条件选择

曝光参数的选择尽量以实际应用中使用频次最高的条件为基准。移动DR在实际使用中，最常使用的器官程序为胸部前后位，其预设的曝光参数[14]：管电压85 kV，毫安秒2.5 mAs，源像距1.10 m。故在管电压方面，就以85 kV为一个选择点，向两侧以等差10 kV取管电压值，又由于移动DR的管电压使用范围一般在60～120 kV之间，所以分别选取管电压为65、75、85、95、105、115 kV；而毫安秒则采用使用率最高的2.5 mAs和4.0 mAs两种，源像距选取1.10 m，并将束光器x轴、y轴方向的开口指示值调整为10。

1.2.2 剂量计算

对于该移动DR，其操作手册中给出了管电压U在60～120 kV范围内变化时，决定其剂量面积乘积等的转换系数Y的U-Y曲线图（图1），该U-Y曲线图以曲线的方式给出了Mobilett系列的最大Y值[15]。

图1 某品牌移动DR的U-Y曲线图

结合该曲线图及操作手册的指导，该移动DR曝光时DAP的计算为：

其中Y为转换系数（μGym2/mAs）；Q为曝光中的电荷数（mA·s）；Sx为束光器x轴方向的开口指示值；Sy为束光器y轴方向的开口指示值；k为常数，k=6.40 cm2/m2。

曝光时PSD的计算为：

其中r为球管焦点与投照物体表面之间的距离（m），即源物距（Source Object Distance，SOD），须由操作人员使用束光器内置的测量尺进行实际测量才可以获得。

1.2.3 剂量测量

同样使用前面选定的各种参数，在该移动DR上进行实际曝光，每种条件曝光10次，同时使用RTI Piranha 555诊断水平剂量仪对曝光时的剂量进行了实际测量，该剂量仪已经经过校准，量值溯源至国家计量基准，校准日期为2016-03-01（校准因子：60 kV-1.027、70 kV-1.023、80 kV-1.029、100 kV-1.052）；有效期至2017-02-28；使用时间为2016-07-16，在有效期内。并在曝光后，使用高精度测量尺对Sx=10、Sy=10、SID=1.10 m时的光野进行测量（此处由于RTI Piranha 555诊断水平剂量仪厚度很薄，故可将SID等同于SOD），记录下各项测量值。

1.2.4 数据对比与结果分析

对于PSD，可直接将10次实测的PSD取平均值与PSD的计算值进行比较，而对于DAP，则使用实测PSD与实测投照面积S之积作为DAP的测量值，取其平均值与DAP的计算值进行比较。

2 结果

2.1 剂量计算

按照该U-Y曲线图以曲线的方式给出了Mobilett系列的最大Y值，计算已选择的各种条件下的PSD和DAP。各条件下PSD和DAP的计算结果，见表1。

表1 各条件下PSD和DAP的计算值

2.2 剂量测量

各条件下峰值皮肤剂量PSD和投照面积S的实测结果，见表2。

2.3 数据对比与结果分析

各条件下PSD、DAP的计算值与实测平均值比较结果，见表3。

从表3中可以看出，不管是PSD还是DAP，各种条件下的计算值与实际测量值之间的误差均在4.5%以内，考虑上该RTI Piranha 555诊断水平剂量仪校准因子后，其误差也都小于5%。

表2 各条件下峰值皮肤剂量PSD和投照面积S的实测值

表3 各条件下PSD、DAP的计算值与实测平均值比较

这种误差来源，一方面是由于Y值是通过U-Y曲线来估读的，即人为读数误差[16]；另一方面，虽然该RTI Piranha 555诊断水平剂量仪很薄，但还是具有一定的厚度，从而使得测量时实际测量点与球管焦点的距离，要小于计算过程中使用的SID。所以，整体而言，计算值与实际测量值是基本吻合。

2.4 对原计算方法的改进

由于技术手册中给出的转换系数Y值是通过U-Y曲线图的方式，在获取Y值时需要根据该曲线图来估读的，这种方式很可能会存在人为读数的误差。故在验证了该移动DR剂量计算方法准确有效的基础上，可以对原计算方法做出适当的改进，以使计算更加便捷、直观和客观。

首先在原U-Y曲线图中对曲线进行尽可能多的采样，获得多组U-Y对应数值，然后将其输入到Excel（或Matlab）中，并对原U-Y曲线进行拟合，分别使用线性趋势线、二次多项式和三次多项式，拟合结果如下：

线性趋势线：Y1=1.378×U-59.099（拟合度R2=0.99554）；

二次多项式：Y2=0.00543×U2+0.3998×U-16.981（拟合度R2=0.9998）；

三次多项式：Y3=-0.00003×U3+0.01236×U2-0.20725×U+0.26898（拟合度R2=0.99982）。

原U-Y曲线与各拟合曲线比较图，见图2。对比曲线图，并经过逐一检验，可以发现二项式是最接近原U-Y曲线的，故原计算方法可以改进为：

图2 原U-Y曲线与各拟合曲线比较图

这样相关的剂量计算（包括DAP和PSD）就直接跟管电压U值相关了，而不需要在原U-Y曲线图中读取U值对应的Y值了，从而避免了人为读数的误差，使得整个计算更加便捷、直观和客观。

3 讨论与结论

通过前面对实际数据与计算数据的比对分析，证实相关技术手册中给出的关于该移动DR剂量的计算方法是准确的；同时，通过对比改进前、后的两种计算方法，不难看出改进后的计算方法明显要比原来的计算方法更加便捷、直观和客观，又由于Y的计算值与原曲线拟合度极高（拟合度R2=0.9998），故改进后的计算方法的准确性几乎没有受到影响，计算的结果同样可以作为剂量报告的依据，为剂量报告的出具提供了一种更加现实可行的途径。

随着数字化信息技术的高速发展，医学影像已经进入了数字化时代[17]。各医疗机构中使用的DR系统可能差别较大，配备的球管也各不相同，但对于某一固定型号的球管而言，决定其剂量面积乘积等的转换系数Y的U-Y曲线是相对固定的，所以只要获取了该球管的U-Y曲线，按照以上的方法，即可以计算出该设备的实际辐射剂量，包括DAP和PSD等。本文虽只对某一品牌的移动DR进行了验证，但是该方法同样适应于其它移动DR或固定式DR，以及其它X线设备。

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