李胜浓

（深圳市瑞达检测技术有限公司，广东 深圳 518100）

目前，应用较多的医学诊断用x 射线机有dr、ct、牙片机和乳腺机等。其中，dr 属于摄影用x 射线机，是数字化直接成像系统的简称，与传统x 光成像相比，其具备图像更清晰、辐射量更低、检查速度更快以及检查成功率更高等优点，大量应用于医院、门诊和社康等机构。然而，其在使用过程中也存在一定的辐射安全风险。为了解dr 运行时对机房环境产生的辐射影响，通常会请检测机构对dr 机房环境辐射进行剂量率测量，但实际dr 机房的辐射环境周围剂量当量率检测结果差别很大。为了探索辐射防护检测仪在测量dr 机房防护效果的匹配性，该文选取了国内目前检测机构常用的2 款设备进行比对试验，并探讨不同类型仪器设备对dr 机房环境辐射检测的适用性和准确性，为dr 机房环境辐射检测的辐射剂量仪的选取提供参考。

该文所选用的dr 机房面积和屏蔽防护符合《放射诊断放射防护要求》（gbz 130—2020）。dr 机房的具体防护参数为四面墙体采用20 cm 轻钢龙骨+4 cm 硫酸钡防辐射板，机房大门和控制室门采用不锈钢内衬4 mm 铅板，观察窗为4 mm pb 铅玻璃，顶棚为15 cm 混凝土+2 mm 铅板。机房的规格为5.22 m（长）×3.98 m（宽）×2.88 m（高），机房的可使用面积为20.8 m。机房内的布置如图1 所示，dr 机房具体检查条件见表1。

表1 dr 机房检查条件

图1 dr 机房布置图

该文选用的dr 机为上海联影医疗科技有限公司生产的udr 780i 型dr，其检测结果符合《医用x 射线诊断设备质量控制检测规范》（ws 76—2020），dr 机的主要参数见表2。

表2 dr 设备主要参数

调研市场上检测机构配备的辐射防护检测设备类型分布情况，如图2 所示。由图2 可知，在所调研的44 家机构中，配备的辐射监测仪器主要以at1123、at1121 和451p为主，占比分别为38.64%、20.45%和13.64%，其他型号的设备占比均不超过10%。考虑实际条件，该文选取at1121型x-γ 辐射剂量仪（闪烁体探测器）和451p 型x-γ 辐射剂量仪（加压空气电离室探测器）进行对比试验，2 种类型的x-γ 辐射剂量仪主要参数见表3、表4。

表3 at1121 型x-γ 辐射剂量仪主要技术参数

表4 451p 型x-γ 辐射剂量仪主要技术参数

图2 不同检测机构配备辐射防护检测设备类型分布

γ

国内辐射监测采用的x-γ 辐射剂量率仪主要有2 种：脉冲计数型探测器和电流电离室型探测器。

at1121 型x-γ 辐射剂量仪属于脉冲计数型探测器，通常采用闪烁体作为探测材料，辐射光子通过探测器产生光电信号，再经过两级放大形成辐射较强的脉冲信号，脉冲计数器采集该信号后，通过刻度系数和能量补偿系数换算得到该辐射场的剂量率水平。其短时间测量模式（tvar）的响应时间为30 ms。

451p 型x-γ 辐射剂量仪属于电流电离型探测器，电离室的输出信号非常弱，常规环境中的加压电离室输出电流通常小于10 a，因此对后端的测量电路有很高的要求。通常采用2 种方式进行信号放大：1） i-v 变换法。基本原理是让待测电流通过一个高电阻，然后通过测量高电阻两端电压来测量电流。2） i-f 变化法。基本原理是将电流信号转换为脉冲信号，并使脉冲频率与输入电流成正比，通过测量脉冲频率来测量电流。这2 种方法都需要对电流进行积分，所需的信号采集时间较长，因此，一般的加压电离室测量仪响应时间大于1.0 s。451p 型x-γ 辐射剂量仪在0 μsv/h～5 μsv/h 量程的响应时间为5.0 s，在0 μsv/h～50 μsv/h 量程的响应时间为2.0 s，在0 μsv/h～500 μsv/h 量程的响应时间为1.8 s，在0 msv/h～5 msv/h量程的响应时间为1.8 s，在0 msv/h～50 msv/h 量程的响应时间为1.8 s。

该文除了使用udr 780i 型dr 机、at1121 型和451p 型x-γ 辐射剂量仪以外，其他仪器设备如下：1 台x2 型x 射线质控检测仪，生产厂家raysafe，配备1 套测量支架；15 块铅砖，50 mmpb；1 个准直器（特别定制），6.0 mmpb；6 个个人剂量计，每个含4 个剂量片；2 块铅板（厚度为2.0 mm，面积为15 cm×15 cm）；1 块铅板（厚度为1.5 mm，面积为15 cm×15 cm）；2 块铝板（厚度为20.0 mm，面积为15 cm×15 cm）。

将dr机的管电压和管电流分别固定为100 kv和100 ma，通过在球管前增加4 种不同厚度（20.0 mmal、2.0 mmpb、4.0 mmpb+20.0 mmal 和5.5 mmpb+20.0 mmal）的滤过板，得到4 种不同辐射强度（剂量率）的x 射线。确保x-γ 辐射剂量仪探头中心到x 射线球管焦点距离为固定值，仪器需要放在定制的6 mmpb 专用准直器中，使剂量仪只接收单一方向的射线（主射线），而散射线的影响被屏蔽。辐射剂量仪连接远程遥控控制器进行检测操作。按从短到长的顺序依次对dr 机的曝光时间进行调节，辐射剂量仪检测得到曝光时间对应的x 射线剂量率变化，当仪器的剂量率读数不随曝光时间的增加而变化时，也就是仪器在该辐射水平的终止响应时间。x-γ 辐射剂量仪在机房内摆放位置如图3 所示。

图3 x-γ 辐射剂量仪在机房内摆放位置示意图

为保证每次曝光的x 射线输出量有较高的稳定性（从而使测试结果有较高的可靠性），用x2 型x 射线质控检测仪作为质控检测设备，测量每次曝光的输出量和曝光时间的准确性。在100 kv、100 ma 和20 mmal 附加滤过的检测条件下，改变预设曝光时间，测量曝光时间和空气比释动能。dr 曝光时间和输出量测量结果见表5。由表5 可知，该试验的dr 输出量的重复性小于0.75%，dr 曝光时间的偏离小于0.75%，dr 机在运行过程中具有较高的稳定性，能保证测试结果的准确性。

表5 dr 曝光时间和输出量测量结果

在管电压为100 kv、管电流为100 ma 和20 mmal 附加滤过的检测条件下，at1121 型辐射剂量仪在tvar 模式下对9 种不同曝光时间进行x 射线剂量率测量，测量结果得到的曝光时间小于50 ms，仪器读数随曝光时间的增加出现较大变化，曝光时间大于或等于200 ms，仪器读数已基本趋于稳定，试验数据见表6。

表6 at1121 型辐射剂量仪tvar 模式检测结果

通过在球管前增加不同的附加滤过（20 mmal、2 mmpb、4 mmpb+20 mmal 和5.5 mmpb+20 mmal）得到4 种不同x 射线剂量率的辐射水平情况（2.11 sv/h、5.8 msv/h、237 μsv/h和28.1 μsv/h），当曝光时间为200 ms 时，at1121 型x-γ 辐射剂量仪在tvar模式下的测量读数均达到最大值的91%以上（表7），当曝光时间达到250 ms 时，该剂量仪的读数基本已经稳定。

表7 不同曝光时间与at1121 型x-γ 辐射剂量仪剂量率读数的关系

在管电压为100 kv、管电流为100 ma 和4 mmpb+20 mmal 附加滤过的检测条件下，at1121 型辐射剂量仪分别在tvar 模式和t 模式下进行不同曝光时间的x 射线剂量率测量，2 种模式检测结果拟合曲线图如图4、图5 所示。由图4 可知，在tvar 模式下，at1121 型x-γ 辐射剂量仪读数随曝光时间的增加而增加，呈对数关系，当曝光时间到达仪器响应时间后，仪器读数最终趋于稳定。由图5 可知，在t模式下，at1121 型x-γ 辐射剂量仪读数随曝光时间的增加而一直增加，呈线性关系，当曝光时间为500 ms 时，依然呈线性增加的趋势。

图4 tvar 模式检测结果拟合曲线

图5 t 模式检测结果拟合曲线

at1121 型辐射剂量仪分别在tvar 模式和t 模式下进行不同管电流的x 射线剂量率测量，2 种模式检测结果拟合曲线图如图6、图7 所示。在tvar 模式下，at1121 型x-γ 辐射剂量仪读数随着管电流的增加而增加，呈线性关系。在t模式下，at1121 型x-γ 辐射剂量仪读数与管电流不成明显线性、指数或对数函数关系。

图6 at121（tvar 模式）检测结果随管电流变化

图7 at121（t 模式）检测结果随管电流变化

在管电压为100 kv、管电流为100 ma 和20 mmal 附加滤过的检测条件下，451p 型x-γ 辐射剂量仪在freeze 模式下对8 种不同曝光时间进行x 射线剂量率测量。由测量结果可知，在freeze 模式下，451p 型x-γ 辐射剂量仪读数随曝光时间的增加而增加，呈线性关系，当曝光时间为500 ms时，依然呈线性增加的趋势，试验数据见表8 和图8。

图8 不同曝光时间下451p 型x-γ 辐射剂量仪freeze 模式检测结果拟合曲线

表8 不同曝光时间下451p 型x-γ 辐射剂量仪freeze模式检测结果

国内目前开展辐射监测工作中使用的检测仪器大多数属于电离室型剂量率仪和闪烁体型剂量率仪。电离室探测器是基本的探测器，对测量γ 射线和曝光时间比较长的x 射线来说，具有测量能量范围宽、能量响应好等优点，由于剂量率是由剂量除以时间得到的，而探测器实际测量的数值为一段时间内的累积剂量，因此剂量率的显示是通过所测量的剂量除以一个固定的时间常数，一般仪器所取的时间常数为1 s或几秒的固定数值，剂量率数值为这段时间内的平均值。由于脉冲辐射场中曝光时间一般都为毫秒级，远远小于1 s，最终导致测量的结果偏低，因此曝光时间越短，剂量率测量结果越不准确。大多数防护级电离室剂量仪测量剂量率的响应时间为几秒～十几秒，例如451p 型x-γ 辐射剂量仪在0 μsv/h～5 μsv/h 量程时，从终值的10%到90%所用的时间为5.00 s，在50 sv/h～500 sv/h 量程时所用时间为1.80 s。由于dr 正常工作摄影时间绝大多数为0.05 s～0.20 s，仪器本身的响应时间不在该曝光时间段内，因此易导致测量值与真值之间的误差较大，曝光时间越短的仪器的测量读数与真值偏差越大，如果需要测量比较准确的剂量率数值，就应尽量延长曝光时间，但曝光时间太长容易损坏dr 球管。

通过分析该试验的数据可知，at1121 型辐射检测仪的响应时间为200 ms～250 ms，在实际试验的过程中，当响应时间约为100 ms 时，检测结果已经趋于稳定，对dr 这种短时间曝光的医用x 射线机来说，可以考虑把曝光时间调至200 ms 进行检测。at1121 分成t 模式和tvar 模式，连续测量模式（t 模式）以持续1 s 的重复周期进行测量。仪器根据入射光子的能量对其进行计数，测量剂量并计算剂量率和统计误差。50 nsv/h～10 sv/h的整个剂量率测量范围分为3 个子范围，并具有以下转换点：从子范围1 到子范围2 为1 msv/h，从子范围2 到子范围3 为100 msv/h。转换自动执行，需要约3 s～4 s。当剂量率超过1 msv/h 时，仪器自动切换到2 级或3 级，辐射影响持续时间不小于5 s～6 s 或8 s～9 s，这样就可以得到可靠的结果。如果在辐照前手动设置子范围，则该时间可缩短至2 s。如果测量时间小于2 s，则难以解释剂量率测量结果。即使在相同的条件和照射几何形状中，它们也可能存在差异，这是由于在1 个或2 个相邻测量循环中，受照射时间帧的偶然影响，他们的结果可能相同。在短时间测量模式（tvar）中，仪器每0.01 s 分析1 次关注的光子，并定义照射开始和结束的时刻。剂量测量仅在照射的情况下进行。因为dr 的曝光时间比较短，所以建议使用tvar 模式进行剂量率测量。

由试验测量结果可知，451p 型x-γ 辐射剂量仪读数随曝光时间的增加而增加，呈线性关系，当曝光时间为500 ms 时，依然呈线性增加的趋势，不建议用451p 型x-γ 辐射剂量仪测量dr 机房环境辐射。

at1121型辐射检测仪的响应时间为200 ms～250 ms，在实际试验的过程中，当响应时间约为100 ms 时，检测结果已经趋于稳定，对dr 这种短时间曝光的医用x 射线机来说，可以考虑把曝光时间调至200 ms 进行检测。dr 的曝光时间较短，建议at1121 型辐射检测仪使用tvar模式进行剂量率测量。

451p 型x-γ 辐射剂量仪的响应时间大于dr 的常用曝光时间，不建议用451p 型x-γ 辐射剂量仪检测dr 机房环境辐射。