張從華,李 鵬,劉志宏,黃 平,龔 嵐,蔣雪萍,馮雪峰,徐 桓,周迎春

（1.中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院，四川 成都 610021；2.杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)院，浙江 杭州 310019；3.新疆維吾爾自治區(qū)計(jì)量測(cè)試研究院，新疆 烏魯木齊 830011；4.解放軍總后勤部衛(wèi)生部藥品儀器檢驗(yàn)所，北京 100071；5.深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院，廣東 深圳 518055）

醫(yī)用診斷X射線非介入電流儀校準(zhǔn)技術(shù)研究

張從華1,李 鵬1,劉志宏1,黃 平1,龔 嵐1,蔣雪萍2,馮雪峰3,徐 桓4,周迎春5

（1.中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院，四川 成都 610021；2.杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)院，浙江 杭州 310019；3.新疆維吾爾自治區(qū)計(jì)量測(cè)試研究院，新疆 烏魯木齊 830011；4.解放軍總后勤部衛(wèi)生部藥品儀器檢驗(yàn)所，北京 100071；5.深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院，廣東 深圳 518055）

為保障我國(guó)目前使用的X射線診斷光機(jī)曝光電流量值的準(zhǔn)確性，開(kāi)展醫(yī)用診斷X射線非介入電流測(cè)量?jī)x計(jì)量校準(zhǔn)的研究，分析國(guó)內(nèi)電流儀的校準(zhǔn)方法和診斷輻射源檢定規(guī)程，結(jié)合非介入電流儀測(cè)量的物理環(huán)境條件，提出非介入電流儀的計(jì)量指標(biāo)要求、校準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備的技術(shù)要求。詳細(xì)介紹開(kāi)展校準(zhǔn)工作的測(cè)試原理和數(shù)據(jù)處理方法，將診斷輻射源首次引入到電流儀的校準(zhǔn)工作中作為觸發(fā)信號(hào)，利用標(biāo)準(zhǔn)電流源，采用多臺(tái)非介入電流測(cè)量?jī)x進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和分析，證明校準(zhǔn)工作的科學(xué)性、可操作性、有效性。

非介入電流儀；醫(yī)用診斷X射線機(jī)；檢測(cè)；校準(zhǔn)；計(jì)量

0 引 言

目前，JJG 744-2004《醫(yī)用診斷X射線輻射源》[1]中明確規(guī)定X射線管電流是一個(gè)首檢項(xiàng)目，要求X射線管電流值的誤差不超過(guò)±20%。為了開(kāi)展檢定工作，必須配備1.5級(jí)鉗形電流表，作為非介入電流儀，采用非介入方法測(cè)試曝光電流，最小分度值為1mA，范圍為1～1000mA。目前JJG 744-2004《醫(yī)用診斷X射線輻射源》在全國(guó)范圍內(nèi)廣泛推行，保障了醫(yī)用診斷X射線輻射源的檢定和測(cè)試工作。

非介入電流儀采用非介入測(cè)量方法[2]，是測(cè)量診斷X射線機(jī)管電流的儀表。電流儀運(yùn)用了電流互感器感應(yīng)電流信號(hào)的基本原理，采用穿心式電流互感器作為探頭，運(yùn)用高速數(shù)據(jù)采集處理感應(yīng)電流信號(hào)，計(jì)算電流的有效值。電流儀主要由探頭、信號(hào)處理單元、處理終端等組成。非介入電流儀測(cè)量曝光電流，在實(shí)際使用中方便、安全，目前被廣泛采納。國(guó)內(nèi)主要的鉗形電流表裝置常見(jiàn)有單一功能的非介入電流表、具有非介入電流測(cè)量功能的多功能測(cè)試分析儀，其中多功能測(cè)試分析儀有非介入電流時(shí)間表、具有電流測(cè)量功能的X射線多功能檢測(cè)儀。主要型號(hào)有 RTI Barracuda&Piranha、Unfors Xi、FLUKE TNT12000、NT680等。

進(jìn)口多功能測(cè)量?jī)x，適應(yīng)進(jìn)口的光機(jī)和高壓發(fā)生器，它的高頻信號(hào)紋波非常小，可以直接測(cè)試電流信號(hào)，采用標(biāo)準(zhǔn)電流表即可進(jìn)行校準(zhǔn)。在國(guó)內(nèi)，由于高頻光機(jī)的高壓發(fā)生器大部分是國(guó)產(chǎn)的，紋波較大，進(jìn)口多功能測(cè)量?jī)x在單獨(dú)電流參數(shù)測(cè)試時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)誤觸發(fā)，測(cè)試值不具有重復(fù)性，多個(gè)顯示值中僅僅有一個(gè)值反映出標(biāo)準(zhǔn)電流的大小，不具有可操作性，需要工作在多參數(shù)測(cè)量模式下，才能穩(wěn)定、準(zhǔn)確地測(cè)量光機(jī)的曝光電流。針對(duì)進(jìn)口多功能測(cè)量?jī)x，校準(zhǔn)時(shí)必須在光機(jī)曝光條件下利用射線觸發(fā)測(cè)量電流，校準(zhǔn)過(guò)程復(fù)雜。對(duì)于國(guó)產(chǎn)的非介入電流儀，如中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院生產(chǎn)的NT680，能單獨(dú)測(cè)量曝光電流，無(wú)需射線觸發(fā)，可以直接采用單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)電流源進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)方便。為此，根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況，開(kāi)展醫(yī)用診斷X射線非介入電流儀校準(zhǔn)研究工作，提出科學(xué)、有效、規(guī)范的校準(zhǔn)方法，進(jìn)一步制定新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程或者國(guó)家計(jì)量技術(shù)校準(zhǔn)規(guī)范，為解決非介入電流儀的量值溯源問(wèn)題提供參考。

1 校準(zhǔn)參數(shù)

根據(jù)國(guó)家JJG 744-2004《醫(yī)用診斷X射線輻射源》[1]、JJF 1075《鉗形電流表校準(zhǔn)規(guī)范》等[3-8]對(duì)非介入電流表的要求和實(shí)際測(cè)試工作的要求，確立校準(zhǔn)的物理參數(shù)及其指標(biāo)有[3]：

電流范圍：1～1000mA。

電流分辨力：不低于1mA。

基本誤差：不低于1.5級(jí)。

位置影響：標(biāo)準(zhǔn)位置向4個(gè)方向傾斜30°或者標(biāo)志值，其示值改變量不超過(guò)基本誤差的100%。

重復(fù)性：直流穩(wěn)態(tài)情況下，不低于0.5%。

2 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備

根據(jù)校準(zhǔn)參數(shù)，選擇所需的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備見(jiàn)表1。標(biāo)準(zhǔn)直流電流源用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電流的量值。診斷X光機(jī)用于產(chǎn)生射線觸發(fā)多功能測(cè)量?jī)x開(kāi)始測(cè)量功能。角度計(jì)用于測(cè)量鉗形表表頭卡鉗的放置方向。導(dǎo)線固定支架用于導(dǎo)線拉伸，保持導(dǎo)線的位置不變，便于控制導(dǎo)線與卡鉗平面的垂直。

表1 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備

3 校準(zhǔn)方法

3.1 電流范圍

CT掃描HEHE多顯示為多發(fā)的，大小不等的低密度灶，病灶可以融合成巨塊狀、中央富血管，病灶中心為更低密度，多分布于肝外周區(qū)域[19]。增強(qiáng)CT造影以周邊強(qiáng)化為主，CT增強(qiáng)掃描可以表現(xiàn)為由邊緣區(qū)開(kāi)始明顯強(qiáng)化，延遲后腫瘤內(nèi)部可有造影劑進(jìn)入。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描表現(xiàn)為類似血管瘤的“向心性強(qiáng)化”、“早出晚歸”的模式[20]。本研究中多數(shù)患者病灶動(dòng)脈期邊緣強(qiáng)化明顯，靜脈期及延遲期病灶由邊緣部分向中央遞進(jìn)強(qiáng)化。從機(jī)制上分析，當(dāng)腫瘤實(shí)質(zhì)內(nèi)含有的纖維組織間質(zhì)及纖維硬化區(qū)較少時(shí)，病灶呈逐步向心性強(qiáng)化；當(dāng)瘤體富含纖維硬化、纖維組織間質(zhì)時(shí)，可表現(xiàn)為類似轉(zhuǎn)移瘤的強(qiáng)化特點(diǎn)。

3.1.1 單一功能的非介入電流表

將高穩(wěn)定度的電流源的輸出導(dǎo)線固定在導(dǎo)線固定支架上，保持直線狀態(tài)，啟動(dòng)電流源的開(kāi)關(guān)，預(yù)熱到達(dá)穩(wěn)定工作狀態(tài)。按照儀器說(shuō)明書，將電流儀的探頭夾住電流源的輸出導(dǎo)線，保持電流方向與探頭標(biāo)識(shí)方向一致，導(dǎo)線置于近似鉗口幾何中心位置，與電流互感器窗口垂直，并對(duì)探頭進(jìn)行清零。除被測(cè)導(dǎo)線外，其他所有載流導(dǎo)體與電流儀之間的距離大于0.5m。啟動(dòng)電流儀的電源，開(kāi)啟探頭的開(kāi)關(guān)，預(yù)熱到達(dá)穩(wěn)定工作狀態(tài)。調(diào)整電流源電流，到達(dá)1000mA左右，觀察電流儀的示值，測(cè)量電流儀電流測(cè)量范圍。

圖1 單獨(dú)使用電流源校準(zhǔn)的連接示意圖

3.1.2 多功能測(cè)試分析儀

按照?qǐng)D1連接方式，在電流測(cè)量狀態(tài)或者毫安秒測(cè)量狀態(tài)可以測(cè)試出電流時(shí)，保持電流源輸出電流恒定，調(diào)節(jié)電流源的電流大小，觀察電流儀示值變化，到達(dá)1000mA左右。

如果按照?qǐng)D1連接方式，沒(méi)有測(cè)量出電流，選擇全參數(shù)測(cè)量，利用射線作為觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，設(shè)備連接如圖2所示。將射線探頭放在X射線輻射場(chǎng)內(nèi)，保持電流源輸出電流恒定，光機(jī)進(jìn)行正常曝光，調(diào)節(jié)電流源電流的大小，觀察電流儀示值變化，到達(dá)1000mA左右。

3.2 電流分辨力

圖2 利用射線觸發(fā)校準(zhǔn)的連接示意圖

3.3 基本誤差

在“3.1”標(biāo)準(zhǔn)電流源工作狀態(tài)，電流儀穩(wěn)定狀態(tài)下，在量程范圍內(nèi)均勻選取5點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。對(duì)每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，電流儀測(cè)量6次，計(jì)算示值平均值。按照式（1）計(jì)算基本誤差。

式中：γ——基本誤差，%；

——電流儀示值平均值，mA；

I0——電流源的電流標(biāo)準(zhǔn)值，mA。

3.4 位置影響

采用標(biāo)準(zhǔn)電流源法，在電流儀穩(wěn)定工作時(shí)，選擇100 mA左右，分別在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和前、后、左、右傾斜30°各測(cè)量一次，記錄測(cè)試示值，計(jì)算最大示值偏差作為示值改變量，按照式（2）計(jì)算。

式中：R——示值改變量，%；

IM——電流儀在前、后、左、右4個(gè)方向傾斜30°測(cè)量中偏差最大的示值，mA；

Is——電流儀在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的電流示值，mA。

3.5 重復(fù)性

在“3.1”工作狀態(tài)下，電流儀工作狀態(tài)穩(wěn)定，電流源選擇100mA左右，電流儀測(cè)量6次，按照式（3）計(jì)算相對(duì)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差RSD。

式中：Ii——電流儀單次測(cè)量的示值，mA；

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

選擇國(guó)內(nèi)常用的主要品牌非介入電流儀12臺(tái)，開(kāi)展測(cè)量實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)將實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析說(shuō)明。

（1）電流測(cè)量范圍。12臺(tái)各類型號(hào)的非介入式電流表的測(cè)量范圍均為：0～2A，符合校準(zhǔn)要求。重點(diǎn)測(cè)試了醫(yī)療診斷X光機(jī)常用曝光電流范圍0～600mA，結(jié)果表明12臺(tái)非介入電流表均能滿足要求。

（2）電流分辨率。12臺(tái)非介入式電流表在整個(gè)量程范圍內(nèi)的電流分辨率均小于1mA。進(jìn)口的儀器，以RTI公司的電流表為代表，電流分辨率在0～100mA范圍內(nèi)的最小分辨率為0.01mA，在100～1000mA范圍內(nèi)為0.1mA。國(guó)產(chǎn)的非介入電流，以中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院NT680為代表，電流分辨率在整個(gè)量程范圍內(nèi)的最小分辨率均為0.01mA。

（3）基本誤差。有3臺(tái)非介入電流表在被測(cè)電流小于50mA時(shí)，基本誤差大于1.5%。主要原因是被測(cè)電流小時(shí)，環(huán)境中的電磁干擾對(duì)非介入式電流表的測(cè)量結(jié)果影響較大，為了準(zhǔn)確測(cè)量需要盡量減小測(cè)試環(huán)境的電磁干擾。

（4）重復(fù)性。11臺(tái)非介入式電流表在直流穩(wěn)態(tài)電流測(cè)量時(shí)重復(fù)性小于0.5%，有1臺(tái)重復(fù)性為0.6%。

（5）卡鉗位置影響。所有非介入式電流表在標(biāo)準(zhǔn)位置向4個(gè)方向傾斜30°放置時(shí)，其示值改變量均未超過(guò)基本誤差的100%。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)JJG 744-2004《醫(yī)用診斷X射線輻射源》對(duì)非介入電流表的基本要求，開(kāi)展電流表的校準(zhǔn)研究，確立校準(zhǔn)的物理參數(shù)，首次將診斷輻射源引入到電流表的校準(zhǔn)中，作為觸發(fā)信號(hào)，解決了X射線多功能測(cè)試儀的校準(zhǔn)條件，提出了校準(zhǔn)裝置的基本要求，并提出了電流表的校準(zhǔn)方法，開(kāi)展了試驗(yàn)驗(yàn)證工作，證明了校準(zhǔn)方法的可行性。通過(guò)建立非介入電流表的校準(zhǔn)裝置，開(kāi)展校準(zhǔn)工作，實(shí)現(xiàn)了非介入電流測(cè)量的量值溯源，為廣大醫(yī)療機(jī)構(gòu)的質(zhì)量控制和計(jì)量檢測(cè)部門服務(wù)。

[1]JJG 744—2004醫(yī)用診斷X射線輻射源[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2004.

[2]黃平，龔嵐，劉志宏.非介入技術(shù)在X光機(jī)管電流測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)測(cè)試，2012，38（1）:16-17.

[3]JJF 1075—2001鉗形電流表校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2001.

[4]JJG 38—1987直流標(biāo)準(zhǔn)電流源檢定規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1987.

[5]JJG 598—1989直流數(shù)字電流表檢定規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1989.

[6]JJF 1059.1—2012測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2012.

[7]IEC 60601-1-3 Medical electrical equipment-Part 1-3：General requirements for basic safety and essential performance-CollateralStandard:Radiation protection in diagnostic X-ray equipment[S].IX-IEC，2008.

[8]賀微.淺談醫(yī)用診斷X光射線輻射源測(cè)量結(jié)果影響因素[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2013（249）：54-56.

Research on non-invasive current meter calibration for medical diagnostic X-ray machine

ZHANG Cong-hua1，LI Peng1，LIU Zhi-hong1，HUANG Ping1，GONG Lan1，JIANG Xue-ping2，F(xiàn)ENG Xue-feng3，XU Huan4，ZHOU Ying-chun5
（1.National Institute of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China；2.Hangzhou Institute of Calibration and Testing for Quality and Technical Supervising，Hangzhou 310019，China；3.Xinjiang Measurement and Testing Research Institute，Ulumuqi 830011，China；4.Institute for Drug and Instrument Control of Health Dept GLD of PLA，Beijing 100071，China；5.Shenzhen Academy of Metrology and Quality Inspection，Shenzhen 518055，China）

In order to ensure the accuracy of the non-invasive current meter for the X-ray diagnostic x-ray machine in our country and regions，non-invasive current meter measurement and calibration are analyzed according to domestic calibration of current meters and diagnostic radiation verification procedures.Combined with physical environmental conditions of non-invasive current measured，technical requirements for the non-invasive current meter and its standard equipment are proposed.Detailed testing theory and data processing methods are described to carry outcalibration.The radiation source wasfirstly introduced to the currentinstrument calibration work as a trigger signal.Using standard current source，many non-invasive current measurement instruments are researched and analyzed by experiment to prove the calibration work for science，operability and effectiveness.

non-invasive current meter；medical diagnostic X-ray machine；test;calibration；metrology

TH774；TM933.1；TM930.12；R814

：A

：1674-5124（2014)03-0016-03

10.11857/j.issn.1674-5124.2014.03.005

2014-01-08；

：2014-03-02

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAI02B07）國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)（2013YQ090811）

張從華（1973-），男，四川成都市人，副研究員，博士，主要從事輻射物理與醫(yī)學(xué)物理領(lǐng)域的計(jì)量測(cè)試與研究工作。