医用CT机（X射线）辐射源检定装置的技术改造

2020-07-16上海市计量测试技术研究院

上海计量测试 2020年3期

/ 上海市计量测试技术研究院

0 引言

医用CT机（X射线）辐射源是二、三级医院最常用的大型影像诊断设备，医用CT（X射线）辐射源检查是肿瘤以及呼吸道流行传染病等疾病诊断不可或缺的重要手段，影像质量直接影响医学诊断和治疗效果[1]，保证医用CT（X射线）辐射源计量性能的准确可靠与大众的健康和安全息息相关[2]。

上海市计量测试技术研究院于2003年建立医用CT机（X射线）辐射源检定装置，面向上海市各医疗机构开展医用CT机（X射线）辐射源的计量检定[3]。近年来，随着医用CT（X射线）辐射源技术的不断发展，医用CT机（X射线）辐射源的技术性能不断优化，对检定用仪器设备的要求也随之提高，为此有必要依据国家检定规程JJG 961-2017《医用诊断螺旋计算机断层摄影装置（CT）X射线辐射源》[4]的要求，对检定装置作技术改造，更新检定装置的计量标准器，以更好地适应新一代医用CT机（X射线）辐射源的检定要求，确保检定结果的准确可靠，并进一步提高检定工作效率。

1 检定装置的组成与工作原理

本装置主要由主标准器、多功能诊断水平剂量仪与配套的多种性能测试专用膜体等组成，用以测量医用CT机（X射线）辐射源输出剂量（剂量指数CTDI），检测均匀性、CT值、层厚、空间分辨力、低对比度分辨力等技术性能[5]。技术改造主要针对剂量测量部分进行更新。

医用CT机（X射线）辐射源剂量指数CTDI的测量原理示意图如图1所示。

图1 医用CT机（X射线）辐射源剂量指数的测量原理

1）剂量方面：用单通道剂量仪测量剂量指数的方法为：将标准头部剂量模体放置于医用CT机（X射线）辐射源的辐射场中心，并将CT电离室插入其通孔中，扫描区域不应有影响线束的物质，设置常用临床扫描条件进行曝光，于中间、上、下、左、右五个不同位置分别测量并记录结果，通过手动操作改变测量位置。采用五通道剂量仪就可以在初始定位后，同时读取五个位置的剂量，并且数据自动采集。

2）图像质量方面：将美国catphan500 CT性能测试模体放置于医用CT机（X射线）辐射源的辐射场中心位置，选取常用临床轴向扫描条件进行曝光，然后借助计算机专用软件分析测量图像，可以评估判定均匀性、CT值、层厚、空间分辨力、低对比度分辨力等性能指标。

2 检定装置的技术改造

技术改造的内容主要为选购两套剂量仪，替代现在“医用CT机（X射线）辐射源检定装置”主标准器，并实现现场测量数据自动采集功能等，使其更适用于现场检定，具体方案为：

1）购置中国测试技术研究院RS-2000CT型5通道剂量仪1套，其技术指标为：测量范围6×10-5～ 1 Gy/min，Urel= 3.3%（k= 2）。

2）购置 UNFORS 公司 RaySafe X2 型单通道剂量仪1套，其技术指标为：测量范围6×10-5～1 Gy/min，Urel= 3.3%（k= 2）。

3）实现剂量现场测量数据计算机自动采集，并处理。

2.1 新购剂量仪的技术指标

1）RaySafe X2型单通道剂量仪（UNFORS公司/8251010）由中国测试技术研究院校准并出具校准证书，证书编号：校准字第201509009182号。其校准结果如表1所示（中能测量采用R/F传感器；低能测量采用MAM传感器）。

表1 CT电离室（203747）校准因子NP

校准结果表明，RaySafe X2型/8251010剂量仪符合国家计量检定规程JJG 961-2017对于诊断水平剂量仪校准因子不确定度不超过5%，置信水平为99.7%（等同于3.3%，k= 2）的要求。

2）RS-2000CT型剂量仪（中国测试技术研究院/RSCT15E17），其校准结果如表2所示。

校准结果表明，RS-2000CT型/RSCT15E17剂量仪符合国家计量检定规程JJG 961-2017对于诊断水平剂量仪校准因子不确定度不超过5%，置信水平为99.7%（等同于3.3%，k= 2）的要求。

2.2 检定装置计量性能考核

1）重复性

表2 RS-2000CT型5个电离室校准因子NP

利用上海健康医学院的一台西门子医用CT机（X射线）辐射源（Model：10165569，sn：63402），将剂量仪的CT电离室放置于医用CT机（X射线）辐射源辐射场中心，选取了较常用的管电压130 kV、管电流260 mAs、层厚10 mm，每组10次，按贝塞尔公式计算重复性。数据见表3。

由表3可知，两套剂量仪的重复性仅为仪器本身不确定度的十分之一，完全满足需要。

2）稳定性

表3 电离室重复性测量结果

利用上海健康医学院的一台西门子医用CT机（X射线）辐射源（Model：10165569，sn：63402）。这台医用CT机（X射线）辐射源日常使用率比较低，保养也比较仔细，仅用于科研或教学试验，认为此医用CT机（X射线）辐射源在正常情况下比较稳定。同测量重复性一样操作，将剂量仪的CT电离室放置于医用CT机（X射线）辐射源辐射场中心，选取了较常用的管电压130 kV、管电流260 mAs、层厚10 mm，以首次测量值为参考值，进行稳定性考核，同时也给出试验期内对应电离室测量数据最大偏差。RaySafe X2型 /8251010示值显示为 mGy·cm，RS-2000CT型/RSCT15E17示值显示为mGy。具体数据见表4、表5。

表4 RaySafe X2型/8251010剂量仪稳定性数据

表5 RS-2000CT型/RSCT15E17剂量仪稳定性数据

表6 标准不确定度汇总表

由表4、表5数据显示，6个月内2套剂量仪的稳定性均小于0.5%，检定规程JJG 961-2017规定计量标准器的年稳定性不大于2%。

3）检定装置的不确定度[6]

测量不确定度来源主要有：测量重复性、仪器校准因子、能量响应、长期稳定性引入的不确定度分量。各分量标准不确定度汇总如表6所示。

各分量相互独立不相关，以方和根合成，取包含因子k= 2，得到技术改造后医用CT机（X射线）辐射源检定装置的扩展不确定度为5%。

3 检定装置技术性能比较

技术改造前后医用CT机（X射线）辐射源检定装置的技术性能指标见表7。

表7 改造前后技术性能比较

由表7可见，经过技术改造后的医用CT机（X射线）辐射源检定装置，测量方式和技术性能得到优化，具体可以总结为以下几点：

1）中国测试技术研究院研制的RS-2000CT型剂量仪有5通道，可以实现一次出束，完成5个位置的测量，避免了电离室抽取换位带来的可能操作失误，大大减少现场检定操作时间，提高工作效率。

2）新的剂量仪在采集数据时能自动对空气密度修正，弥补了人工无法实时修正空气密度变化的缺陷，控制了空气密度变化引入的不确定度。并且新剂量仪校准因子的不确定度优于技术改造前剂量仪校准因子的不确定度，因此，空气比释动能的测量不确定度由Urel= 3.3%（k= 2）提高至Urel= 3.0% （k= 2）。整套装置的不确定度由Urel= 6%（k= 2）提高至Urel= 5%（k= 2）。

3）新剂量仪数据传输可采用连接线，也可以使用蓝牙无线传输。

4）新剂量仪数据采集方式除了原始的人工记录外，实现了计算机自动采集。所采集的数据可以导入到Excel，方便进行数据处理，可以实现电子记录存档。