CT剂量计校准装置长度准直器缝宽和倒角对散射的影响.pdf

53国内统一刊号 CN31-1424TB2023/4 总第299期CT剂量计校准装置长度准直器缝宽和倒角对散射的影响白雪 袁杰 孙训 胡崇庆/上海市计量测试技术研究院摘要诊断水平 CT 剂量计空气比释动能长度乘积值的校准测量需使用长度准直器，其狭缝散射是影响 CT 剂量计校准因子准确性的重要因素。设计制作长度准直器，采用影锥法开展不同缝宽和不同倒角下的散射剂量测量实验，结果表明，长度准直器的倒角与 X 射线束的辐射角相等、狭缝宽度在30 40 mm 之间时，散射剂量及其变化最小。关键词长度准直器；倒角；影锥法；散射0 引言医用诊断计算机 X 射线断层摄影装置（CT）是筛查和诊断疾病常用的放射学设备，由于 X 射线的电离特性对患者、医务人员和公众构成了潜在的健康风险，因此，其技术性能的保障至关重要。JJG 9612017医用诊断螺旋计算机断层摄影装置（CT）X 射线辐射源规定对 CT 主要性能参数的检定项目有 CT 剂量指数、均匀性、噪声水平等。CT剂量计用于测量 CT 剂量指数，是 CT 计量检定和质量控制检测的关键仪器。国家计量校准规范 JJF 16212017 诊断水平剂量计校准规范规定了 CT 剂量计的校准项目与校准方法1，诊断水平 CT 剂量计空气比释动能长度乘积值的校准测量需使用长度准直器，其尺寸应大于CT 探测器的尺寸，中间开长方形孔，孔长度要求在20 50 mm 之间，孔长度最大允许误差为 10 m，宽度约为 CT 探测器直径的两倍。长度准直器也称为光阑，用于限制辐射束照射范围以形成部分照射，即形成一个“窄缝”辐射束。IAEA TRS457 报告指出，光阑需要合适的倒角以减少散射和透射，合适的光阑可以减少几何半影和穿射半影2。JJF 16212017中给出了“窄缝”缝宽指标范围，但没有提出具体的缝宽值和倒角值。中国计量科学研究院发表的论文CT 电离室校准条件的建立与模拟和长杆电离室校准因子及其残留因子研究，都提出在校准长杆电离室 CT 剂量计时需考虑残留因子的影响3-5，并指出残留因子的产生主要是因为“窄缝”的散射影响。为降低“窄缝”散射，提高 CT 剂量计校准测量的准确性，针对长度准直器的缝宽和倒角及其对散射的贡献，开展相应的实验研究。1 原理与方法X 辐射场准直束内的总辐射由“直接辐射”和“散射辐射”两部分组成。“直接辐射”为 X 辐射源产生的 X 射线，“散射辐射”为直接辐射的光子与物质相互作用后，其能谱与方向发生了改变后的 X 射线。诊断水平 CT 剂量计的校准如图 1 所示，校准因子为 X 参考辐射场中校准测量点上，空气比释动能长度乘积参考值与被校 CT 剂量计示值的比值。长度准直器“窄缝”产生的散射辐射直接影响空气比释动能参考值的准确度。“散射辐射”无法消除，但可以通过长度准直器形状与几何尺寸的合理设计、制作工艺的优化来尽量减少。dadt图 1 诊断水平 CT 剂量计校准原理54国内统一刊号 CN31-1424TB2023/4 总第299期平方反比律的验证法和影锥法是评测辐射场散射辐射大小的两种常用方法。平方反比律验证是指在辐射场内关注点测量得到的直射束剂量率与距离平方反比律的偏离程度，用以评价辐射场散射影响。影锥法用于实验中测量散射辐射大小，具体方法是采用适当形状、尺寸的铅屏蔽体（即影锥）放置在X 辐射源准直射束方向上，及电离室探测器与光阑之间，如图 2 所示。调节影锥的位置，使得 X 辐射源产生的 X 射线不能直接照射到探测器灵敏部分，此时可以认为电离室探测到的辐射以散射辐射为主要成分。0.6 cm3图 2 影锥法原理示意图选用密度较大的钨钢材料制作长度准直器，两边各四片光阑按顺序连续排列形成锥形的“窄缝”，其斜度即为长度准直器的倒角，可借助量角尺准确测量并调节倒角；每边四片光阑间隔层叠在基座支架上，这些间隔用作由前一缝的边缘散射的光子的陷阱，即构造出散射腔；两边光阑片形成的缝宽由电子游标卡尺准确测量。设计制作铅影锥，其形状与参考电离室（型号为 PTW 30013）相同，厚度应足以屏蔽 150 kV 的 X 射线。采用影锥法实验测量散射辐射，通过调节长度准直器缝宽和倒角，调控被校 CT 剂量计的受照长度和散射影响。由图 3 可见，当长度准直器的倒角与X 射线在出射口形成的辐射角相等时，X 射线与长度准直器“窄缝”面平行，此时辐射角可以通过三角几何关系计算。设置长度准直器入口距 X 辐射源焦点的距离为 1 200 mm，缝宽为 36 mm，计算得到辐射角为 0.86，则倒角为 89.14。长度准直器的倒角角度分别用粗细不同的线表示：细线倒角为0；粗线倒角与X射线束辐射方向一致；最粗线倒角大于X射线束辐射角度。图 3 长度准直器倒角与 X 射线辐射方向关系2 结果与分析依据 IAEA TRS457 报告给出的缝宽推荐值，分别在长度准直器倒角为 89.14时测量不同缝宽的散射剂量，以及在长度准直器缝宽为 36 mm 时测量不同倒角的散射剂量，结果如图 4、图 5 所示。缝宽/mm散射剂量/mGymin-1图 4 散射剂量随缝宽的变化倒角/（）散射剂量/mGymin-1图 5 散射剂量随倒角的变化长度准直器产生的散射剂量随缝宽的减小而减少。当长度准直器的缝宽值在 30 40 mm 之间，散射剂量随缝宽值变化较小，散射剂量也相对较小，当长度准直器的缝宽值大于 40 mm 或小于 30 mm 时，散射剂量随缝宽值变化曲率较大。尤其当缝宽值大于 40 mm 时，散射剂量明显增加。同时，长度准直器产生的散射剂量随倒角角度的减小而增加。减少长度准直器的倒角，会增大散射接触面，散射剂量急剧增大，而倒角在 89.14时，散射剂量最小，与相关文献的理论分析3基本相符。由于实验用长度准直器四片光阑总厚度仅为 10 mm，因此，倒角为89.14和 90时的散射剂量变化不大。同时，实验结果也验证了长度准直器的斜度与 X 射线在出射口形成的辐射角相等时散射剂量最小。当长度准直器狭缝面斜度大于 X 射线出射角时，被校 CT 剂量计的实际受照长度偏大，空气比释动能长度乘积参考值相应变大，导致被校 CT 剂量计的校准因子偏高；当长度准直器狭缝面斜度小于 X 射线出射角时，会造成辐射场里的射线剂量不均匀且散射剂量增加，（下转第 57 页）57国内统一刊号 CN31-1424TB2023/4 总第299期加密型、统一性、可追溯性等特点。虽然它的推广与应用目前仍处于起步阶段，但校准证书数字化必将是大势所趋。对于企业而言，数字校准证书可以完善数字工厂的建设，提高智能制造的效率和安全性，帮助企业降本增效，实现真正的智慧工厂。对于计量技术机构而言，数字校准证书可以减少自身的劳动成本、减少人工操作，提高校准质量。虽然数字校准证书的应用还存在一些问题，但随着计量数字化的推进和其自身的发展，必然有越来越多的企业参与和使用数字校准证书，它也一定会变得更加安全、准确，帮助工业系统实现全面的数字化。参考文献1 林雪萍，张耀文.德国精密计量的进化J.中国计量,2022（4）：65-70.2 慕慧娟.计量大数据与产业计量数字化发展关系探究J.大众标准化，2022（9）：184-186.3 Hackel S，Hrtig F，Hornig J，et al.The digital calibration certificateJ.PTB-Mitteilungen，2017，127（4）：75-81.4 Hutzschenreuter D，Hrtig F，Heeren W，et al.SmartCom Digital System of Units(D-SI)Guide for the use of the metadataformat used in metrology for the easy-to-use safe harmonised and unambiguous digital transfer of metrological dataR/OL.https:/doi.org/10.5281/zenodo，2019.5 Hrtig F，Hackel S，Hutzschenreuter D，et al.Mass standards made of silicon and theirmachine-readable Digital Calibration CertificateC.XXII World Congress of the International Measurement Confederation IOP Conf.Series：Journal of Physics：Conf.Series，2018，1065：082005.6 Juho N，Sari S，Anu K，et al.Digital Calibration Certificate in an industrial applicationJ.ACTA IMEKO，2023，12（1）：1-6.影响空气比释动能参考值的准确性，从而导致较大的校准不确定度。3 结语CT 剂量计校准装置长度准直器的缝宽和倒角设计与 CT 剂量计校准因子的测量结果密切相关。依据IAEA TRS457 报告中对长度准直器的性能要求，设计制作长度准直器开展散射影响测量实验，结果显示，长度准直器的倒角与 X 射线束的辐射角相等、狭缝宽度在 30 40 mm 之间时，散射剂量及其变化最小。研究结果对于 CT 剂量计校准装置的设计研制具有借鉴与参考价值。参考文献1 全国电离辐射计量技术委员会.JJF 16212017S.北京：中国质检出版社，2017.2 INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY.Technical Reports Series No.457：Dosimetry in Diagnostic Radiology:An International Code of PracticeS.Vienna：IAEA，2007.3 廖振宇，吴金杰，屈国普，等.CT电离室校准条件的建立与模拟J.计量学报，2016（37）：663-666.4 康佳佳，吴金杰，廖振宇，等.长杆电离室校准因子及其残留因子研究J.核电子学与探测技术，2016，36（12）：1227-1230.5 白雪，袁杰，孙训，等.CT剂量计校准装置狭缝光阑的改进及性能比较J.上海计量测试，2021，48（2）：29-30+34.Analysis of length collimator slit width and chamfering effect on scattering in calibration for CT dosemeterBai Xue，Yuan Jie，Sun Xun，Hu Chongqing（Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology）Abstract:A length Collimator is used to calibrate the value of air kerma length product of diagnostic CT dosimeter.Slit scattering is an important factor affecting the accuracy of the calibration factor of CT dosimeter.The length Collimator was designed and manufactured.The shadow shield method was used to measure the scattering dose under different slit widths and different chamfer angles.The results showed that when the chamfer of the length collimator was equal to the radiation angle of the X-ray beam and the slit width was between 30 mm and 40 mm,the scattering dose and its variation were the least.Key words:length collimator;chamfer;the shadow shield method;scatter（上接第 54 页）