移动DR辐射剂量的计算、验证及改进

严昂1,易大志2,黄辉1,邹庆辉1

1.中南大学湘雅医院 资产装备办公室(中南大学医院管理研究所),湖南 长沙 410008;2.湖南省计量检测研究院,湖南 长沙 410014

[摘 要]为移动DR提供一种便捷、客观和准确计算相关辐射剂量的计算方法,以用于病人的剂量报告。本研究以某移动DR为研究对象,首先对相关技术手册中给出的辐射剂量计算方法的准确性进行验证,在此基础上,再针对原计算方法中存在的不足之处,进行适当改进,以使其能更加便捷、直观和客观的计算相关辐射剂量。该辐射剂量计算方法所提供的剂量数据是准确的;改进后的计算方法能更加便捷、直观和客观的计算出相关辐射剂量,可以用于病人的剂量报告。

[关键词]移动数字化X线摄影;辐射剂量;剂量报告;剂量面积乘积;峰值皮肤剂量

引言

随着医学影像技术的快速发展,医用放射检查,尤其是数字化X线摄影(Digital Radiography,DR)检查已经成为常规检查项目[1]。但众所周知,医用放射检查会对被检者的健康产生一定的影响[2],甚至是伤害[3],如何对这种影响或伤害进行评估,或者说如何对医用放射检查的辐射剂量进行定量,进而对病人的医用放射检查进行有效的管控,是一项而亟待解决的问题,也是近年来国际关注的热点之一[4-5]

目前一些欧美发达国家已经引入了个人医用检查辐射剂量档案,医疗机构会将患者每次检查所受的辐射剂量记入档案并告知患者;当患者本年度内辐射剂量超过一定阈值时,医生会尽量避免继续使用具有辐射损伤的检查,而改用其他检查代替。而在我国,一些大型医疗机构也已经引入了辐射剂量报告,该报告会以定量的方式给出患者当次检查所接受辐射剂量等数据,并对可能存在的风险进行评估,用于指导相关医生合理开具辐射检查。

在辐射剂量等数据的获取方面,由于辐射剂量检测系统非常昂贵,所以我国大多数在用的放射检查设备均没有配备剂量检测系统。同时,一些特殊的放射设备,如移动DR等,它们没有固定的检查床或平板托架,成像时的源像距(Source Image Distance,SID)等是不确定的,所以,即使装配了剂量检测装置,系统也无法获知所有辐射数据,在这些情况下,通过人工计算获得辐射剂量数据,并用于辐射剂量报告,则是一种比较现实可行的做法。

1 材料和方法

1.1 设备与工具

某品牌移动DR及相关技术手册;RTI Piranha 555诊断水平剂量仪;高精度测量尺。

1.2 方法

X线诊断剂量学中使用比较普遍的辐射剂量主要有剂量面积乘积(Dose Area Product,DAP)和峰值皮肤剂量(Peak Skin Dose,PSD)[6-7]。DAP是X射线束的横截面积与所致平均剂量的乘积[8-9](单位为戈瑞平方米,Gym2)。PSD即在诊疗过程中患者体表接受的最大剂量点处的剂量[10-11]单位为戈瑞,Gy)。

以某移动DR为研究对象,首先选取多个具有代表性的曝光条件,包括曝光时的管电压、毫安秒、源像距等[12-13],通过相关技术手册中给出的指导,计算出在这些条件下的DAP和PSD,然后再分别用选定的这几个曝光参数进行实际曝光,同时使用RTI Piranha 555诊断水平剂量仪对曝光时的实际剂量进行检测,每种条件重复曝光10次,将实测数据与计算数据进行比对、分析,以验证计算结果的准确性。最后,在此基础上再针对原计算方法的不足之处,进行适当改进,以使计算方法能更加便捷、直观和客观的计算相关辐射剂量。

1.2.1 曝光条件选择

曝光参数的选择尽量以实际应用中使用频次最高的条件为基准。移动DR在实际使用中,最常使用的器官程序为胸部前后位,其预设的曝光参数[14]:管电压85 kV,毫安秒2.5 mAs,源像距1.10 m。故在管电压方面,就以85 kV为一个选择点,向两侧以等差10 kV取管电压值,又由于移动DR的管电压使用范围一般在60~120 kV之间,所以分别选取管电压为65、75、85、95、105、115 kV;而毫安秒则采用使用率最高的2.5 mAs和4.0 mAs两种,源像距选取1.10 m,并将束光器x轴、y轴方向的开口指示值调整为10。

1.2.2 剂量计算

对于该移动DR,其操作手册中给出了管电压U在60~120 kV范围内变化时,决定其剂量面积乘积等的转换系数Y的U-Y曲线图(图1),该U-Y曲线图以曲线的方式给出了Mobilett系列的最大Y值[15]

图1 某品牌移动DR的U-Y曲线图

结合该曲线图及操作手册的指导,该移动DR曝光时DAP的计算为:

其中Y为转换系数(μGym2/mAs);Q为曝光中的电荷数(mA·s);Sx为束光器x轴方向的开口指示值;Sy为束光器y轴方向的开口指示值;k为常数,k=6.40 cm2/m2

曝光时PSD的计算为:

其中r为球管焦点与投照物体表面之间的距离(m),即源物距(Source Object Distance,SOD),须由操作人员使用束光器内置的测量尺进行实际测量才可以获得。

1.2.3 剂量测量

同样使用前面选定的各种参数,在该移动DR上进行实际曝光,每种条件曝光10次,同时使用RTI Piranha 555诊断水平剂量仪对曝光时的剂量进行了实际测量,该剂量仪已经经过校准,量值溯源至国家计量基准,校准日期为2016-03-01(校准因子:60 kV-1.027、70 kV-1.023、80 kV-1.029、100 kV-1.052);有效期至2017-02-28;使用时间为2016-07-16,在有效期内。并在曝光后,使用高精度测量尺对Sx=10、Sy=10、SID=1.10 m时的光野进行测量(此处由于RTI Piranha 555诊断水平剂量仪厚度很薄,故可将SID等同于SOD),记录下各项测量值。

1.2.4 数据对比与结果分析

对于PSD,可直接将10次实测的PSD取平均值与PSD的计算值进行比较,而对于DAP,则使用实测PSD与实测投照面积S之积作为DAP的测量值,取其平均值与DAP的计算值进行比较。

2 结果

2.1 剂量计算

按照该U-Y曲线图以曲线的方式给出了Mobilett系列的最大Y值,计算已选择的各种条件下的PSD和DAP。各条件下PSD和DAP的计算结果,见表1。

表1 各条件下PSD和DAP的计算值

2.2 剂量测量

各条件下峰值皮肤剂量PSD和投照面积S的实测结果,见表2。

2.3 数据对比与结果分析

各条件下PSD、DAP的计算值与实测平均值比较结果,见表3。

从表3中可以看出,不管是PSD还是DAP,各种条件下的计算值与实际测量值之间的误差均在4.5%以内,考虑上该RTI Piranha 555诊断水平剂量仪校准因子后,其误差也都小于5%。

表2 各条件下峰值皮肤剂量PSD和投照面积S的实测值

表3 各条件下PSD、DAP的计算值与实测平均值比较

这种误差来源,一方面是由于Y值是通过U-Y曲线来估读的,即人为读数误差[16];另一方面,虽然该RTI Piranha 555诊断水平剂量仪很薄,但还是具有一定的厚度,从而使得测量时实际测量点与球管焦点的距离,要小于计算过程中使用的SID。所以,整体而言,计算值与实际测量值是基本吻合。

2.4 对原计算方法的改进

由于技术手册中给出的转换系数Y值是通过U-Y曲线图的方式,在获取Y值时需要根据该曲线图来估读的,这种方式很可能会存在人为读数的误差。故在验证了该移动DR剂量计算方法准确有效的基础上,可以对原计算方法做出适当的改进,以使计算更加便捷、直观和客观。

首先在原U-Y曲线图中对曲线进行尽可能多的采样,获得多组U-Y对应数值,然后将其输入到Excel(或Matlab)中,并对原U-Y曲线进行拟合,分别使用线性趋势线、二次多项式和三次多项式,拟合结果如下:

线性趋势线:Y1=1.378×U-59.099(拟合度R2=0.99554);

二次多项式:Y2=0.00543×U2+0.3998×U-16.981(拟合度R2=0.9998);

三次多项式:Y3=-0.00003×U3+0.01236×U2-0.20725×U+0.26898(拟合度R2=0.99982)。

原U-Y曲线与各拟合曲线比较图,见图2。对比曲线图,并经过逐一检验,可以发现二项式是最接近原U-Y曲线的,故原计算方法可以改进为:

图2 原U-Y曲线与各拟合曲线比较图

这样相关的剂量计算(包括DAP和PSD)就直接跟管电压U值相关了,而不需要在原U-Y曲线图中读取U值对应的Y值了,从而避免了人为读数的误差,使得整个计算更加便捷、直观和客观。

3 讨论与结论

通过前面对实际数据与计算数据的比对分析,证实相关技术手册中给出的关于该移动DR剂量的计算方法是准确的;同时,通过对比改进前、后的两种计算方法,不难看出改进后的计算方法明显要比原来的计算方法更加便捷、直观和客观,又由于Y的计算值与原曲线拟合度极高(拟合度R2=0.9998),故改进后的计算方法的准确性几乎没有受到影响,计算的结果同样可以作为剂量报告的依据,为剂量报告的出具提供了一种更加现实可行的途径。

随着数字化信息技术的高速发展,医学影像已经进入了数字化时代[17]。各医疗机构中使用的DR系统可能差别较大,配备的球管也各不相同,但对于某一固定型号的球管而言,决定其剂量面积乘积等的转换系数Y的U-Y曲线是相对固定的,所以只要获取了该球管的U-Y曲线,按照以上的方法,即可以计算出该设备的实际辐射剂量,包括DAP和PSD等。本文虽只对某一品牌的移动DR进行了验证,但是该方法同样适应于其它移动DR或固定式DR,以及其它X线设备。

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Dose Calculation, Veri?cation and Improvement on Mobile DR

YAN Ang1, YI Dazhi2, HUANG Hui1, ZOU Qinghui1
1.Asset Equipment Office, Xiangya Hospital of Central South University (Hospital Administration Institute, Central South University), Changsha Hunan 410008, China; 2.Hunan Institute of Metrology and Test, Changsha Hunan 410014, China

Abstract:This research aimed to provide a convenient, objective and accurate calculation method which could calculate radiography dose of mobile DR, and a mobile DR was considered as studying object. First of all, the calculation precision of radiation dose was veri?ed which was from manual. On this basis, considering existing limitation, the calculation method was improved properly.Calculations about radiography dose were accurate. The improved method is more convenient, intuitive and objective compared with the traditional method, which indicates that it can be used in patients’ dose reports.

Key words:mobile digital radiography; radiography dose, dose report; dose area product; peak skin dose

[中图分类号]TH 789;R445

[文献标识码]B

doi:10.3969/j.issn.1674-1633.2018.01.020

[文章编号]1674-1633(2018)01-0078-04

收稿日期:2017-01-04

修回日期:2017-03-08

基金项目:中南大学湘雅医院2016年度医院管理基金项目(2016GL10)。

作者邮箱:yanang2000@163.com

本文编辑 袁隽玲