X 射线机不同滤过材料吸收剂量率与管电压的关系

王 韶，付宏斌，刘 扬，张海英，单新员，刘纯岩

（1. 吉林大学公共卫生学院放射医学实验教学中心，长春 130000；2. 吉林大学公共卫生学院放射卫生教研室，长春 130000；3. 吉林大学第二医院放射线科，长春 130000）

X 射线机是利用X 射线发生器产生的X 射线穿过物体以后，有部分X 射线的能量被物体所吸收（称为吸收剂量），少部分X 射线的能量在物体表面发生散射[1-2]，剩余的X 射线能量穿过物体（称为透射剂量），透射剂量与管电压存在一定的依存关系[3-4]，我们把单位时间的吸收剂量、透射剂量分别称为吸收剂量率和透射剂量率。

一般用加速电子的管电压kV 来间接表征X 射线的能量。透射剂量率与管电压的关系非常重要[4]，透射剂量率能够反映出被穿过物体的密度和厚度等相关信息，这是X 射线机用于医学影像诊断最基本的原理[5-6]。研究透射剂量率与管电压之间的关系[5]，为合理使用X 射线相关参数[7]，进而为利用X 射线研究物质结构奠定坚实的理论基础。

测量X 射线管电压和剂量率的方法一般有两大类：一类是介入式测量法，另一类就是非介入式测量法[8]（本实验应用此法）。通过测定管电压使得工作人员能够很方便地调整X 射线诊断机的管电压，合理选择X 射线机的附加滤过[9-10]，提高X 射线机的线质[11-12]，以适应X 射线研究物质结构应用的要求，提高了X射线诊断机的应用效果和使用寿命[13-14]，在X 射线诊断机质量检测领域有着十分广阔的应用前景。本实验对不同滤过材料吸收剂量率与管电压进行测量分析，为本X 射线机的教学及科研应用提供详实的技术依据。

1 材料与方法

1.1 主要器材与仪器

见表1。

1.2 实验方法

1.2.1 检测管电压测量值与设定值之间的偏离 1）按照厂家规定的程序开启深部X 光机；2）将一块有机玻璃板放置于平床上，并将RaySafe X1 型X 射线质量检测仪探头放在有机玻璃板上置于照射野正下方；3）曝光条件设置为焦点——探测器距离（source to image receptor distance，SID）为100 cm，球管总滤过为2.0 mmAl，管电流设置为3.0 mA，散射条件为平床加有机板，曝光时间为5 s，管电压设定为60 ～ 130 kV，每5 kV 为一个间隔；4）每种管电压均曝光3 次，记录每次管电压测量值，取平均值；5）将管电压测量值与设定值绘制成曲线，观察两者间是否存在偏离；6）更换不同的滤过材料，如：0 mmAl、0.25 mmCu、0.5 mmCu 等重复上述2）、3）、4）、5）步骤。

1.2.2 测量并分析剂量率与管电压之间关系 1）将一块有机玻璃板放置于平床上，并将RaySafe X1 型X 射线质量检测仪探头放在有机玻璃板上置于照射野正下方，进行曝光；2）曝光条件设置为SID 为100 cm，球管总滤过为2.0 mmAl，管电流设置为3.0 mA，散射条件为平床加有机板，曝光时间为5 s，管电压设定为60 ～ 130 kV，每5 kV 为一个间隔；3）每种管电压均曝光3 次，记录每次剂量率测量值，取平均值；4）将管电压与剂量率值录入Excel 表格绘制散点图，研究两者之间关系；5）更换不同滤过材料，如：0 mmAl、0.25 mmCu、0.5 mmCu 等重复上述1）～4）步骤。

1.3 统计学方法

应用Excel 软件对本次研究所得数据进行统计学处理，绘制散点图拟合趋势线研究参数之间的关系。

2 结果

2.1 不同滤过材料在不同管电压设定下透射剂量率均值

为提高实验结果准确性并更好的研究剂量率与管电压之间关系，在保证其它条件不变的情况下更换了不同的滤过材料来检测剂量率。以下为滤过材料为0 mmAl、2.0 mmAl、0.25 mmCu、0.5 mmCu、1.0 mmCu、1.25 mmCu、1.5 mmCu 时改变管电压大小，所测得的透射剂量率。见表2。

表2 不同滤过材料在不同管电压设定下透射剂量率均值 μGy·s-1

2.2 使用不同滤过材料时剂量率与kV 关系

使用不同厚度Cu 片、Al 片时剂量率与kV 线性回归方程斜率见表3、表4。由图1 可知透射剂量率随管电压增大而增大，亦即管电压越高，X 射线的透射率越高，结果与理论分析高度吻合。

表3 使用不同厚度Cu 片时剂量率与kV 线性回归方程斜率

表4 使用不同厚度Al 片时剂量率与kV 线性回归方程斜率

图1 使用不同滤过材料时剂量率与kV 关系

2.3 使用不同滤过材料时剂量率与kV 线性拟合关系

为了更好地研究不同滤过材料对剂量率与kV 关系的影响，可添加趋势线，以线性关系拟合后观察其变化趋势。见图2。

图2 使用不同滤过材料时剂量率与kV 线性拟合关系

2.4 剂量率与kV 线性关系斜率受滤过材料Cu 和Al 的影响

由图3 可知滤过材料厚度越大，透射剂量率受管电压kV 影响越小，主要是因为散射所带来的影响越小。

图3 剂量率与kV 线性关系斜率受滤过材料Cu 和Al 的影响

3 讨论

本实验所用新装X 射线机按照《医用常规X 射线诊断设备质量控制检测规范》（WS76-2017）对各参数的要求进行检测，参数均符合该标准的要求，因此该设备是一台符合国家标准要求的X 射线装置。实验中使用最为广泛的设备是Raysafe X1 型X 射线质量检测仪，该设备出厂附带了《校准证书》，检测数据均经过校准因子的修正，据调查该设备质量稳定可靠，所检测的数据具备一定程度的可靠性。实验过程中尽可能采取了一系列措施以降低散射对测量结果的影响。

本实验研究了滤过材料对透射剂量率与管电压关系的影响，等效滤过越大，所滤除的低能X 射线越多，X 射线的能谱“越窄”，高能X 射线的吸收比率越小，以及等效管电压越接近于设定值，因此滤过材料厚度越大，剂量率受管电压kV 的影响越小。本实验的结果印证了该理论的正确性。

不同滤过材料对X 射线管电压的影响不同，主要是由于不同材料的吸收材料因其不同的原子密度和原子序数不同，与X 射线发生相互作用的概率不同，所吸收X 射线能量的频谱也不同，因此对改善X 射线的管电压的线质也不同，还需进一步深入研究和验证。但也应该认识到，滤过材料厚度越大，有用X 射线的剂量率越低，尽管X 射线的线质会越好，但X 射线的剂量利用率会下降，因此合理适度地选择滤过材料是X 射线应用中亦需仔细考虑的因素。