醫用X射線輻射監測及聯鎖裝置的設計

李憲軍 ，武卓， 王云鵬

陜西省人民醫院 設備管理科，陜西西安 710068

醫用X射線輻射監測及聯鎖裝置的設計

李憲軍 ，武卓， 王云鵬

陜西省人民醫院 設備管理科，陜西西安 710068

醫用大型X射線設備（CT、DSA、MR等）都不可避免的產生電離輻射，由于我國現有的此類設備供貨商大多都無相關安全聯鎖裝置與之相配套，這就不可避免地造成電離輻射污染以及與國家安全輻射防護標準相違背。本文旨在提供一種實用、行之有效的X射線輻射監測及聯鎖裝置，來應對上述各醫療單位在日常醫療檢查中都無法避免的電離輻射難題。

醫用X射線機； 電離輻射 ；輻射監測 ；聯鎖裝置

0 前言

自1895年倫琴發現X射線以來，X射線機在醫學領域里應用已有90多年的歷史了，由于X射線機圖像能以直觀、信息豐富的方式表達檢查測量結果，使之成為醫學上診斷疾病所必不可缺少的設備，為國內外普遍應用。然而，伴隨著X射線機越來越多的使用到醫療中，不可避免的產生各種大量的輻射污染，為人們所密切關注。醫用輻射源作為電離輻射的一個重要組成部分，一直是防護的重點部門，《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》是我國制定的一個國家標準，重點提出了輻射防護的各項要求，其中第4.2.3.1提出產生電離輻射設備必須設有安全連鎖裝置（包括門-機連鎖、控制臺與裝置連鎖、其他連鎖等）。近年來各家醫療設備生產商研制的新型設備中都能滿足這一要求，但現實面臨的問題是各醫院目前廣泛在用的機型中不具備這一功能，這不但可能造成輻射污染，而且在當地環境安全監測部門的檢測中，這一項也無法通過，最后多數醫院均無法解決只能違規使用，這一棘手的問題如何解決？本文提出了一種連鎖裝置的設計，以解決這一問題。

我們通過與現有此類問題的研究和長期模型試驗發現，如果單純設計一種簡單的門聯鎖裝置，進行位置的檢測，就無法精確的表達機器的運行狀態，射線量的檢測。

因此，解決此類問題的關鍵就在于治療防護門位置的精確檢測、X射線輻射劑量的檢測，以及對兩者檢測的有效結合，即當射線量超過一個安全值時，報警并緊急停機，監測的射線量處于安全范圍時，門連鎖起作用。該連鎖裝置可起到雙重保護作用：門開關保護；射線量泄露超標保護。從而達到精準檢測阻止輻射污染的效果。

經過重復性試驗對本醫院X射線機的測試，我們決定采用光電耦合器及蓋革-彌勒計數管分別對門位置及治療過程中治療室外（主要是治療防護門附近）的累積輻射量進行檢測，門位置檢測為初級檢測，累積輻射量為終極檢測，通過初級、終極的檢測與X射線機相關聯，在任何出現輻射污染的情況下機器停止運行，從而達到防止輻射污染的效果。

1 門位置監測功能實現

傳統的門控制開關大多是通過行程開關機械控制，缺點是當長時間使用，后門的位置偏移、傳動系統老化等造成的控制精度下降，誤報警等動作出現，實際已經起不到精確的安全保護作用。

我們現在采用光電開關對門的位置進行精確監測，光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電-光-電轉換器件。它由發光源和受光器兩部分組成。把發光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內，彼此間用透明絕緣體隔離。發光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，在光電耦合器輸入端加電信號使發光源發光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而產生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現了電-光-電的轉換。通過光電開關后再輸出控制電平（圖1）。

圖 1 門位置監測設計框圖

2 射線監測功能實現

X射線與自然光并沒有本質的區別，都是電磁波，只是X射線的光量子的能量遠大于可見光。它能夠穿透可見光不能穿透的物體，而且在穿透物體的同時與物質發生復雜的物理和化學作用，可以使原子發生電離，使某些物質發出熒光，還可以使某些物質產生光化學反應。如果工件局部區域存在缺陷，它將改變物體對射線的衰減，引起透射射線強度的變化，這樣，采用一定的檢測方法，來檢測透射線強度，就可以判斷工件中是否存在缺陷以及缺陷的位置、大小。

這個公式就是射線檢測基本原理的關系式，ΔI/I稱為物體對比度，從它可以得知，只要缺陷在透射方向上具有一定的尺寸、其衰減系數與物體的線衰減系數具有一定差別，并且散射比控制在一定范圍，我們就能夠獲得由于缺陷存在而產生的對比度，從而發現缺陷。

通過蓋革-彌勒計數管來測定輻射，當每一次射線通過該GM管并引起電離時，便使該GM管產生一次檢測電流脈沖，每個脈沖被電子管電路檢測并記錄為一個計數，該劑量儀的顯示值為在所選定的模式下的計數值。

由于放射性的隨機特性，故由劑量儀所檢測到的計數值各分鐘都有變化，檢測取峰值作為輸入信號，將探測器接收到的信號送入單片機，與預設值進行比較，并作出判斷，作為控制量去控制下一級工作（圖2）。

圖 2 射線監測設計框圖

3 防護門位置監測與射線的整體監測

通過對防護門監測功能以及射線監測功能的單獨實現，我們不難得出X射線輻射監測及連鎖裝置設計的整體框圖（圖3），使之在治療過程中，防護門未關閉或者射線劑量超標的情況下均能產生報警，從而達到有效預防射線輻射污染的效果。

圖 3 X射線輻射監測及連鎖裝置設計的整體框圖

4 X射線輻射監測及連鎖裝置實用性評估

我們經過了大量的模型試驗及針對我院X射線機的重復性實際測試得知，X射線輻射監測及連鎖裝置不但完全實現了上述我們所要求的功能外，還有其他諸多優點。

(1)由于采用的主要電子器件為光電耦合器、蓋革-彌勒計數管等重復性比較好、性能比較穩定的原件，X射線輻射監測及連鎖裝置可達到非常高的穩定性、精確性以及使用壽命。

(2)配備X射線輻射監測及連鎖裝置的各電子器件均比較常見，普通的電子市場均可購買，且成本不高，可非常容易地解決輻射防護這一難題，其普遍性可以得到有效推廣。

(3) X射線輻射監測及連鎖裝置，體積小、易安裝、方便拆卸維修，給日常的使用和維修工作帶來很大的便利，因此，其實用性、有效性值得廣泛推廣。

通過重復性實際測試證明，X射線輻射監測及連鎖裝置的應用可以有效地進行輻射劑量檢測，并具備多種實用性優點，可有效地達到醫用X射線輻射防護的目的。

[1] GB18871-2002,電離輻射防護與輻射源安全基本標準[S].

[2] 衛生部令第46號,放射診療管理規定[S].

[3] 國務院令第449號,放射性同位素與射線裝置安全和防護條例[S].

[4] 許樹林.X射線設備檢查中受檢者防護存在的問題[J].醫療裝備, 2009(3):17-18.

[5] 郝光遠,魏從全,張建廷,等.數字化床邊攝影X射線防護問題及其措施[J].醫療衛生裝備,2008(10):347-349.

[6] 李宏毅,劉宇靜,黃志聰.X射線影像診斷設備輻射劑量的危害與防護[J].中國醫療設備,2008(9):58-61.

[7] 李高翔,廖觀義.醫院放射影像科設計有關問題探討[J].中國醫院建筑與裝備,2008(2):18-21.

[8] 祁天佑,李應輝.高速高壓光電耦合器[J].半導體光電,1994(4): 49-52.

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[10] 歐向明, 趙士庵,程金生.防護水平γ輻照裝置的研制[J].中國輻射衛生,2006(3):302-303.

Design of Monitoring of Medical X-ray Radiation and Interlock Device

LI Xian-jun,WU Zhuo,WANG Yunpeng
Equipment Management Department, Shaanxi People's Hospital, Xi'an Shaanxi 710068,China

TH771+.5

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.10.005

1674-1633(2010)10-0014-02

2010-04-09

2010-04-25

作者郵箱：lixianjun2362@163.com

Abstract:Medical X-ray equipment would produce ionizing radiation,and most of the medical X-ray suppliers don't provide corresponding safety interlock,then the ionizing radiation is caused.This paper introduces an effect X-ray radiation monitoring and interlock device,which is used to solve the radiation problems.

Key words:medical X-ray system;ionizing radiation;radiation monitoring;interlock device