CT剂量计校准装置狭缝光阑的改进及性能比较

白雪 袁杰 孙训 王遥 / 上海市测量测试技术研究院

0 引言

JJF 1621-2017《诊断水平剂量计校准规范》规定CT剂量计的校准方法，校准CT剂量计需要使用长度准直器[1]，其主要功能结构为狭缝光阑。IAEA TRS457报告提出，需在特定辐射下，用部分照射的方式校准CT电离室，即用一个长度在20～50 mm的附加光阑限制射线束照射范围，光阑还需有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透半影[2]。

上海市计量测试技术研究院辐射剂量学实验室的X参考辐射场原有的狭缝光阑如图1所示。光阑两边形成的喇叭口可活动调节角度，但角度调节范围有限且不可度量，因而使用时难以保证两边对称；光阑体积较大，质量大于25 kg，搬运时耗费人力，操作不便；且难以准确定位。为此需对该装置做技术改进。

图1 原有狭缝光阑

1 狭缝光阑改进

狭缝光阑改进设计如图2、图3所示，由四对带45°斜角刀口钨钢片制作而成，钨钢密度17 g/cm3，铅的密度为11.343 7 g/cm3，相比之下，钨钢屏蔽效果更好；每片钨钢材料尺寸为2.5 mm×60 mm×120 mm；新制作的狭缝光阑的两边喇叭口角度对称可调，形成的倒角可在45°～90°范围内调节，可借助数显量角尺准确测量，整个狭缝光阑缝端呈楔形角的点和边，优点为构造了多个散射腔；为减少散射影响，根据距离和受照长度可计算得到倒角设置角度为89.14°；可借助数显游标卡尺准确测量缝宽，缝宽可在0.1～100 mm内调节；新制作的狭缝光阑体积较小，总质量不超过10 kg，搬运方便；为便于准确定位，设计了准直标记点；并添加了常见CT剂量计的固定支架或夹持器，以便操作。

图2 改进后狭缝光阑的侧面

图3 改进后狭缝光阑的正面

2 性能测试

用于测试的主要设备包括德国YXLON公司生产的X射线发生器（X辐射源），型号为YXLON MGC-41；原有狭缝光阑；新研发的带散射腔的狭缝光阑；美国Fluke公司生产的加压电离室巡测仪，型号为451B-DE-SI-RYR；德国PTW生产的30013Farmer型0.6 cm3指形电离室和Unidose静电计；数字游标卡尺；数显角度尺。

2.1 测量方法

依据IAEA TRS457报告可知，狭缝光阑需要减少散射和透射影响。首先进行透射实验，以验证改进后的狭缝光阑满足透射要求；然后参照JJF 1621-2017中的方法，采用影锥法进行散射测量[3]。

对于透射测量，用451B电离室测量钨钢片的透射剂量值来确定钨钢材料的衰减厚度。测量时把钨钢片直接覆盖在X辐射源出口处，测量新狭缝光阑的透射情况。

对于散射测量，将原有狭缝光阑和新狭缝光阑设置为相同缝宽36 mm和倒角89.14°，采用影锥法进行定量测量，为此制作了与0.6 cm3电离室形状相当的铅块，铅块厚度为6 mm，用来遮挡穿过狭缝光阑的主射线，图4为影锥法测量狭缝光阑散射剂量的示意图。

图4 影锥法测量狭缝光阑散射剂量

图5为实际测量中拍摄的一张准直图，用一张小纸条遮挡激光线产生的光影，可以看出铅块与电离室高度重合，每次复测时保证影锥条件，确保实验数据可靠。

图5 准直图

2.2 测量步骤

1）在距X辐射源1.1 m前方放置铅块，铅块中心与射线束轴中心重合，此时标记铅块位置。

2）在距X辐射源1.25 m前放置0.6 cm3电离室，电离室中心与射线束轴中心重合，电离室沿激光准直线在铅块上的投影与铅块需完全重合。

3）用0.6 cm3电离室测量不同X辐射源管电压下的散射剂量，作为无狭缝光阑时的散射剂量。

4）在距X辐射源1 m前方放置原有狭缝光阑，狭缝光阑开孔中心与射线束轴中心重合，狭缝光阑孔入射平面与射线束轴垂直；保持铅块和电离室与无狭缝光阑时相同的位置条件，测量在不同X辐射源管电压下的散射剂量，并记录此时狭缝光阑前表面的位置A。测得的数据为原有狭缝光阑的散射剂量。

5） 将改进后的狭缝光阑前表面放置在位置A处，同样条件下用相同的测量方法，可测得改进后的狭缝光阑的散射剂量。

每次测量时一定要保持铅块、电离室、狭缝光阑前表面的位置固定不变。

3 测量结果与分析

对于透射测量，分析测量数据结果表明：使用一片钨钢材料即可使低能X射线的穿透率降到本底剂量；使用两片钨钢材料后X射线剂量衰减为5.4 μSv/h，可使较高能量X射线剂量降到5%，衰减倍数将近1/200。据此推算，使用三片钨钢材料可将X射线剂量衰减至本底剂量。改进后的狭缝光阑两边各采用四片钨钢材料，能保证穿透半影指标满足要求。

对于散射测量，实验数据如图6所示，可以看出，改进后的狭缝光阑带来的散射剂量（即几何半影）相对较小。无狭缝光阑时的散射剂量明显大于有狭缝光阑时的散射剂量，说明在实验室空间条件下周围散射占比很大。放置狭缝光阑后，考虑到电离室较接近狭缝光阑，电离室测量的散射剂量中部分空间周围剂量被狭缝光阑遮挡，因此，相较无狭缝光阑散射剂量减少较多。由于周围散射剂量随着X辐

图6 改进后的狭缝光阑散射影响比较

射源管电压的增大而增大，原有狭缝光阑体积较大，遮挡周围散射剂量较多，当X辐射源管电压设置在180 kV时，两种狭缝光阑的散射影响差别不大。

4 结语

从操作性能、散射影响两方面综合分析可得出，改进后的狭缝光阑计量特性较好，操作方便，散射影响整体降低。从而减小了CT剂量计的校准不确定度。