建立醫學診斷X射線參考輻射場技術研究

張從華， 張圓月， 鄭永明， 王堯君， 徐 恒， 楊 建，李 鵬，劉 操，張友德，蔣雪萍，馮雪峰，宿 川

（1.中國測試技術研究院，四川 成都 610021；2.浙江省杭州市質量技術監督檢測院，浙江 杭州 310019；3.新疆維吾爾自治區計量測試研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

0 引 言

為建立X射線診斷輻射質，復現空氣比釋動能，建立完整的減弱束和非減弱束量值傳遞系統，實現國家和地方的診斷水平標準劑量計、診斷水平劑量計、X射線多功能測量儀、劑量面積乘積儀等劑量儀的量值溯源[1-5]，保障國家推行JJG 744——2004《醫用診斷X射線輻射源》、JJG 1026——2007《醫用診斷螺旋計算機斷層攝影裝置（CT）X射線輻射源》、JJG 1067——2011《醫用診斷數字減影血管造影DSA系統X射線輻射源》、JJG 1078——2012《醫用數字攝影（CR、DR）系統X射線輻射源》、JJG 2043——2010《60～250kV X射線空氣比釋動能計量器具》等診斷輻射檢定規程[5-10]的執行，按照IEC 61267標準[11]嚴格復現標準空氣比釋動能量值。在現有的國家空氣比釋動能基準輻射場、各地方空氣比釋動能標準輻射場的基礎上，進行技術改造，實現診斷輻射質和標準輻射場的建設，建立相關計量標準，可在此基礎上進一步制定新的國家標準、國家計量檢定規程、國家計量技術校準規范，從根本上解決我國X射線診斷設備的相關物理量及其衍生量不能溯源或者溯源不規范的問題。在開展檢測技術研究的基礎上，嚴格執行量值傳遞與溯源，為醫療行業的計量監管與自身質量控制提供技術和法規依據。

1 有效峰值電壓

建立標準診斷輻射場，首先要測量X射線管的管電壓，確定實際有效峰值電壓。實際有效峰值電壓的計算采用IEC 61267標準方法進行電壓計算，基本數學處理方法：

式中：，Ui，w（Ui）——實際有效峰值電壓、測量的管電壓、權重函數。

診斷光機的電壓權重函數為

其中，各參數的數值為

乳腺光機的電壓權重函數為

其中，各參數的數值為

2 輻射傳感器

建立標準輻射質，需要標準劑量儀，測試輻射衰減曲線，建立標準空氣比釋動能或者空氣比釋動能率量值。用于測量空氣比釋動能或者空氣比釋動能率的探測器應該滿足IEC 61674標準[12]和IEC 61267標準的要求。

2.1 劑量率線性

劑量率≤0.02。

2.2 重復性

1）非減弱束。非減弱束的空氣比釋功能重復性如表1所示。

表1 非減弱束的空氣比釋動能（率）重復性

2）減弱束。減弱束的空氣比釋動能重復性如表2所示。

表2 減弱束的空氣比釋動能（率）重復性

2.3 分辨力

不小于讀數的1%。

2.4 穩定時間

儀器啟動15min后的響應變化在±2%以內。

2.5 輻照脈沖響應

容許1ms照射。劑量率＜1Gy或者最大空氣比釋動能率（取較小者），適合常規的非減弱束測量；劑量率＜1 mGy或者最大空氣比釋動能率（取較小者），適合常規的減弱束測量；劑量率＜500mGy或者最大空氣比釋動能率（取較小者），適合常規的CT非減弱束測量。

2.6 復位

復位后的測試讀數不大于滿量程的1.0%。

2.7 漏電流

空氣比釋動能率測量時：在最小有效空氣比釋動能率測量范圍內不少于1min測試時，不超過5.0%。

空氣比釋動能和空氣比釋動能長度乘積測量時：在最小有效測量范圍內每分鐘測試變化不超過5.0%；在最大有效測量范圍內每分鐘測試變化不超過1.0%。

2.8 穩定性

長期穩定性：±2%/年。

累計劑量穩定性：在非減弱束70 kV情況下累計到40Gy，變化在±1%以內。

2.9 能量響應

不超過±3%，覆蓋ISO4037-1規定的N15～N200輻射質。

2.10 其 他

1）靈敏體積的入射面應被輻射野全部覆蓋。

2）靈敏度應該在附加過濾或者加上水模體的條件下測量。

3）探測器應能在減弱束（附加過濾或者水模體）和非減弱束下測量空氣比釋動能率。

3 輻射質

3.1 標準輻射質RQR

用于描述X射線管組件出射的X射線的輻射質，技術要求見表3。標準輻射場要滿足：

1）一個鎢發射靶。

2）一個經過調整滿足表3管電壓要求的X射線管。管電壓值要求實際峰值電壓，不確定度為1.5%或者1.5kV，取較大者，包含因子k=2。

3）第一半值層滿足表3要求。在檢驗時，測量滿足0.485～0.515。在構建標稱第一半值層時，衰減鋁片純度99.9%，總厚度≥25mm，測試步長≤0.5mm，濾片厚度誤差±0.01 mm。測試的出射野不大于50 mm×50mm。

4）同質系數要求誤差±0.03。

表3 標準輻射質RQR的技術指標

3.2 標準輻射質RQA

用于描述X射線經過管組件出射后，經鋁模體衰減的X射線的輻射質。技術要求見表4。標準輻射場滿足：

1）一個鎢發射靶。

2）一個X射線管，管壓值滿足RQR要求。

3）附加過濾，衰減鋁片純度 99.9%，誤差±0.01mm。

4）標稱第一半值層滿足表4要求。測試條件與RQR一樣。

表4 標準輻射質RQA的技術指標

3.3 標準輻射質RQC

描述用于自動曝光控制系統在透視條件下X射線的輻射質，技術要求見表5。標準輻射場滿足：

1）一個鎢發射靶。

2）一個X射線管，管壓值滿足RQR要求。

3）附加過濾，模擬患者，衰減銅片純度99.9%，厚度誤差±0.01mm，面積足以覆蓋射野。

4）標稱第一半值層滿足表5要求，測試方法與RQR一樣。

表5 標準輻射質RQC的技術指標

3.4 標準輻射質RQT

描述用于CT應用的X射線的輻射質。技術要求見表6。標準輻射場滿足：

1）一個鎢發射靶。

2）一個X射線管，管壓值滿足RQR要求。

3）標稱第一半值層滿足表6要求。測試方法與RQR一樣。

4）附加過濾，模擬患者，衰減銅片純度99.9%，厚度誤差±0.01mm，面積足以覆蓋射野。

表6 標準輻射質RQT的技術指標

4 標準輻射條件

4.1 標準輻射條件RQN

用于窄束環境，在RQR輻射質基礎上，建立RQN2～RQN10系列標準輻射條件。在輻射場中加入圓柱形水模體，滿足：

1）外徑 50mm。

2）高度（200±1）mm。

3）圓柱體的上下底面和壁為有機玻璃，厚度（10±2）mm。

4）充滿水介質。

5）第一擋片、第二擋片、第三擋片（5mmPb）距離焦點的距離分別為300，500，550mm，其中第二擋片形成的孔徑不超過40 mm，第三擋片形成的孔徑在應用平面上為（20±2）mm。

4.2 標準輻射條件RQB

用于寬束環境，考慮散射影響，在RQR輻射質基礎上，建立RQB2～RQB10系列標準輻射條件。在輻射場中加入圓柱形水模體，滿足：

1）外徑（300±1）mm。

2）高度（200±1）mm。

3）圓柱體的上下底面和壁為有機玻璃，厚度（10±2）mm。

4）充滿水介質。

5）第一擋片靠近射線管組件、第二擋片靠近水模體（5mmPb），形成輻射野在水模體出射面的面積為 275mm×275mm。

4.3 標準輻射條件RQR-M

用于決定能量小于40kV的非衰減射束，散射線影響最小，基本特征滿足：

1）一個鉬發射靶。

2）X射線管管電壓紋波≤4%。

3）總過濾為（0.032±0.002）mm 鉬。 滿足表 7 要求，第一半值層誤差±0.02mmAl。

表7 標準輻射質RQB-M的技術指標

4.4 標準輻射條件RQA-M

用于能量小于40kV減弱束的測試，散射線影響小，能譜接近患者出射束能譜分布，基本特征滿足：

1）一個鉬發射靶。

2）X射線管管電壓紋波≤4%。

3）總過濾為（0.032±0.002）mm 鉬。 滿足表 8 要求，第一半值層誤差±0.02mmAl。

4）附加過濾（2±0.01）mmAl。

表8 標準輻射質RQB-M的技術指標

4.5 標準輻射條件RQN-M

用于能量小于40 kV減弱束窄束的測試，散射線影響小，能譜接近患者出射束能譜分布，基本特征滿足：

1）一個鉬發射靶。

2）X射線管管電壓紋波≤4%。

3）總過濾為（0.032±0.002）mm 鉬。 滿足表 9 要求，第一半值層誤差±0.02mmAl。

4）水模體。長（120±1）mm，寬（80±1）mm，高（45±0.5）mm，壁厚 45mm。

5）第二個遮擋片限制射束在應用平面的大小為直徑20mm的圓面。遮擋片為不少于1mmPb。

表9 標準輻射質RQB-M的技術指標

4.6 標準輻射條件RQB-M

用于能量小于40 kV減弱束寬束的測試，散射線影響有意義，能譜接近患者出射束能譜分布，基本特征滿足：

1）一個鉬發射靶。

2）X射線管管電壓紋波≤4%。

3）總過濾為（0.032±0.002）mm 鉬。 滿足表 10 要求，第一半值層誤差±0.02mmAl。

4）水模體。由有機玻璃組成。模擬50%脂肪和50%乳腺組織，厚度為 45 mm，長（120±1）mm，寬（80±1）mm，高（45±0.5）mm，壁厚 45mm。

表10 標準輻射質RQB-M的技術指標

5 結束語

參考IEC 61267的基本要求，利用測試的管高壓計算有效峰值電壓，用于確定診斷輻射場的管電壓，建立管電壓的準確量值。采用滿足要求的輻射傳感器，添加過濾片，測試輻射衰減曲線，建立標準的診斷輻射質。通過不同擋片，限制輻射野，并添加附加過濾或者水模體，實現輻射測量的基本條件。通過建立標準輻射質和測量條件，用于診斷劑量的校準、測試，實現診斷劑量的量值傳遞和劑量校準工作，為廣大醫療機構和計量檢測部門服務。

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