李明豫， 田 璐，范 杰，林 滔， 譚克剛

（1.遵義市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測院，貴州 遵義563000；2.四川省人民醫(yī)院，四川 成都 610072；3.中國測試技術(shù)研究院，四川 成都 610021）

0 引 言

焦點是影響X射線球管圖像質(zhì)量的重要參數(shù)，因此對于醫(yī)用診斷X光機的檢測，幾乎都涵蓋這項參數(shù)，如最初版本的JJG 744——2004《醫(yī)用診斷X射線輻射源》[1]，以及新發(fā)布實施的JJG 1067——2011《醫(yī)用診斷數(shù)字減影血管造影（DSA）系統(tǒng)X射線輻射源》[2]和JJG 1078——2012《醫(yī)用數(shù)字攝影（CR、DR）系統(tǒng)X射線輻射源》[3]都在檢定項目中對有效焦點尺寸提出了計量性能要求。實際焦點是電子在高壓的作用下，在陽極靶面形成的打靶區(qū)域，這個量在不破壞裝置的情況下是很難測到的，所以一般對于焦點的測量都采用測量其有效焦點尺寸的方法，即實際焦點在基準平面上的垂直投影，這個值分為寬度和長度，也就是檢測中常提到的焦點尺寸。

1 有效焦點尺寸測量方法

有效焦點的測量方法IEC 60336——2005Medical electrical equipment-X-ray tube assemblies for medical diagnosis-Characteristics of focal spots[4]中例舉了3種方法：針孔法、星卡法和狹縫法。IEC 60336——2005推薦使用狹縫法進行醫(yī)用診斷X光機焦點的測量，JJG 744——2004推薦了星卡法和狹縫法測量焦點，而JJG 1067——2011和JJG 1078——2012都推薦狹縫法。

狹縫法，就是利用狹縫光闌成像的方法，把所需測量的焦點通過狹縫工具上一定規(guī)格的縫隙投影到相應的平面上，然后采用特殊的方法取得投影信號信息而反推出焦點大小。通過狹縫法測量焦點的工具一般有狹縫相機法、實時焦點儀和焦點軟件分析法3種。這3種方法的基本原理一樣，只不過成像部分采用的探測技術(shù)或者處理技術(shù)不一樣。狹縫相機法是借助狹縫工具成像在膠片或者診斷光機探測器上，然后測量成像長度[5-6]；實時焦點儀是借助狹縫工具成像在焦點儀上的CCD探測器上自動實時得出數(shù)據(jù)；焦點軟件分析法是借助狹縫工具成像在膠片上，然后用高精度醫(yī)用掃描儀掃描到電腦（如果醫(yī)用診斷X光機得到的圖像文件分辨率高也可以直接采用），通過軟件分析。

2 實時焦點測量儀（狹縫焦點儀）

實驗采用的實時焦點測量儀是中國測試技術(shù)研究輻射研究所針對醫(yī)用診斷X光機有效焦點尺寸測量而開發(fā)的一種焦點測量儀器，采用狹縫成像的原理，通過計算機處理獲得的一維劑量分布，不需要繁瑣的膠片處理程序，從而得到等效焦點尺寸的測量工具。

該儀器有2個特點：1）成像工具直接采用狹縫相機，狹縫相機可以單獨使用，其指標滿足IEC60336——2005要求；2）CCD探測面較同類產(chǎn)品寬，擺位位置有點差異亦能測量出有效焦點尺寸。

3 實時焦點測量儀測量醫(yī)用診斷X光機焦點

醫(yī)用數(shù)字攝影（CR、DR）系統(tǒng)，尤其是DR系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的醫(yī)用診斷X射線機具有無可比擬的優(yōu)勢，成為影像科室的必然發(fā)展趨勢，在醫(yī)院中得到廣泛的推廣和應用，因此本文以TFM600實時焦點測量儀測量DR光機的焦點（射線發(fā)生器為加拿大CPI，CMP200；球管為西門子SV150/22/54-S）為例詳細描述進行有效焦點尺寸測量的方法和可能遇到的問題。

3.1 測量條件的選擇

JJG 1078——2012中有效焦點尺寸的測量條件只是給出了定性的描述性語言“選適當放大倍數(shù)（E=n/m）、照射野、管電壓和mAs進行曝光”，但是并沒有敘述什么情況是適當?shù)臈l件。

1）IEC 60336——2005中對放大倍數(shù)的選擇描述如表1所示。實驗中選擇焦點尺寸為0.6，則E取2.1。

2）由于焦點的增漲現(xiàn)象，管電流和管電壓對有效焦點尺寸有一定影響，在一定范圍內(nèi)，隨著管電流的增加，有效焦點尺寸會增加，隨著管電壓的增加，其值又會減小，因此一個合適的管電壓和管電流很重要。IEC 60336——2005中對用狹縫射線成像時X射線管的焦點條件描述如表2所示。

表1 放大倍數(shù)的選擇

表2 狹縫射線成像時X射線管的焦點條件

3）根據(jù)表2的要求和使用DR機的總體參數(shù)（電壓范圍50～150 kV，小焦點時候最大電流為450 mA左右），在測量中采用的75 kV，200 mA這個最接近要求的條件進行曝光。

4）IEC 60336——2005中還對曝光時間（針對膠片）做了要求：膠片上最黑的區(qū)域擴散密度應該在1.0～1.4之間，模糊和本底區(qū)域不超過0.25。由于測量中不是使用的膠片，無法得出擴散密度，可以按照最黑區(qū)域擴散密度值與本底區(qū)域擴散密度值比值，取最大信號/本底為4（≥4也行）。圖1為焦點儀測量到的焦點寬度隨著曝光時間的增大而發(fā)生的變化，基本上100ms以后趨于穩(wěn)定。發(fā)現(xiàn)得到的波形最高峰計數(shù)和本底計數(shù)之比，在200ms的時候是＞4的，滿足上述要求，故實驗選擇曝光時間為200ms。

3.2 測量方法

圖1 測量結(jié)果隨著時間變化

1）把安裝好的TFM600實時焦點測量儀放置于DR床上（平常檢測，一定要在做焦點儀測量之前先對DR機做射野與光野一致性檢測,以確定射野與光野的符合程度,避免偏差過大造成測量誤差,甚至是測量困難），調(diào)節(jié)好放大倍率E=n/m=2.1（n為焦點儀放置狹縫相機位置到焦點儀CCD探測器平面距離，m為焦點到焦點儀放置狹縫相機位置距離，如圖2所示），連接好電腦與電源線。

圖2 比例和位置關(guān)系圖示

2）打開軟件，幾何條件設(shè)置跟實際條件一樣，曝光時間設(shè)置與實際曝光時間一致。

3）把DR機光野開至能覆蓋焦點儀整個圓形探測平面，調(diào)整焦點儀底座3個水平調(diào)節(jié)旋鈕，使得光野十字中心與焦點儀探測平面上面十字線對準。

4）把狹縫相機置于焦點儀相應位置，并保證狹縫相機的縫隙與焦點儀探測平面CCD垂直（CCD方向為黃色區(qū)域長方向，如圖3所示）；縮小光野，使之略大于狹縫相機孔，并保證光野十字中心與狹縫相機中心對齊。

5）觀察狹縫相機縫隙與DR球管長軸關(guān)系（垂直或者平行，垂直的時候測量的是長，平行的時候測量的是寬），得到可靠的數(shù)據(jù)以后旋轉(zhuǎn)90°后在相同條件下測量一次。

3.3 操作中注意事項和結(jié)果的判斷

1）床保持水平，否則旋轉(zhuǎn)90°后必須按照“3.2測量方法”1）～3）步驟重新擺位并測量。因為床不水平旋轉(zhuǎn)90°后導致另外一個方向射野中心與圓形探測平面中心不能對齊，從而使得這個方向測量結(jié)果偏大甚至是無法測得數(shù)據(jù)。

2）如果射野與光野不一致，盡量估計射野中心位置，并使射野中心保持其與整個圓形探測平面中心對齊，否則測量結(jié)果偏大或無法測的數(shù)據(jù)。如圖3比例關(guān)系可以看出射野與光野不一致容易使得測量結(jié)果偏大甚至是無法測得數(shù)據(jù)。

圖3 對齊方式圖示

3）焦點儀測量結(jié)果有數(shù)字結(jié)果和曲線顯示，根據(jù)測量曲線形狀、測量焦點的大小和長或?qū)?，與圖4或圖5中LSF曲線圖（LSF是指線擴展函數(shù)）進行比較?？梢钥闯觯?.3mm的焦點其長度和寬度幾乎完全重合，≥0.3 mm的焦點長和寬差異較大?？纱笾屡袛鄿y量條件的優(yōu)劣和結(jié)果的可靠性，換句話說曲線形狀應該大致與圖4或圖5中得到的相似，如圖6所示。

圖4 典型球管小焦點（＜0.3mm）線擴展函數(shù)

圖5 典型球管大焦點（≥0.3mm）線擴展函數(shù)

圖6 測量得到的曲線形狀（寬和長）

4）對于球管焦點位置不容易判定的光機，采用焦點儀軟件上“焦點在焦平面上實際大小計算”功能將兩次測量結(jié)果進行計算，可得實際焦點在焦平面上的大小，減少焦點標志誤差的影響。

5）根據(jù)表3進行結(jié)果判斷，如果焦點長和寬都滿足條件則焦點滿足要求。

4 與其他方法的比較

1）實時焦點測量儀測量焦點更高效。在整個焦點測量過程中，從機器對位到得到焦點長和寬，總共耗時6min左右；而用狹縫相機法進行測量，涉及到膠片的處理等過程，耗時20min左右，如果采用焦點軟件分析法，則還需要膠片掃描和軟件處理過程，耗時更長。

表3 標稱焦點值：焦點尺寸最大允許值

2）實時焦點測量儀測量焦點更便捷、準確。測量中能夠直接得到形成焦點的曲線形狀，并通過電腦軟件直接判斷曲線最大值15%之間的區(qū)域（IEC 60336——2005中定義最大值15%之間的區(qū)域為焦點測量有效寬度），得到焦點尺寸，本次測量過程中進行了10次測量，平均值0.792mm（寬）和1.182mm（長），重復性1.073%和1.535%；而采用狹縫相機法則需要對洗出的膠片進行人工測量（用黑白密度計確定測量區(qū)域，用尺子進行測量），一是耗時耗力，二是對于膠片上最大信號值15%之間的區(qū)域判斷存在極大的誤差，遠大于實時焦點測量儀測量誤差（這些值還受不同檢測人員判斷的影響而有所不同）；焦點軟件分析法由于耗時長和操作過程繁瑣，雖然比實時焦點測量儀測量更精確 （如果是DR機，則還跟DR機本身圖像分辨率有關(guān)系，直接影響其測量）一般在日常檢測焦點過程中不會采用，而僅用于對實時焦點測量儀的校準。

綜上所述實時焦點測量儀是一種精確、高效、便捷的醫(yī)用診斷X光機焦點測量工具。

5 結(jié)束語

焦點大小對于醫(yī)用診斷X光機具有重要的意義，它是影響成像性能的重要因素之一。焦點大小的準確測量有利于對光機性能，比如分辨率等做出一個定性的分析，而實時焦點測量儀采用國際上推薦的成像原理，能夠較為精準的測量到醫(yī)用診斷X光機的焦點尺寸，不失為一種方便、快捷的測量手段。

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

[2] JJG 1067—2011醫(yī)用診斷數(shù)字減影血管造影（DSA）系統(tǒng)X射線輻射源[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2011.

[3] JJG 1078—2012醫(yī)用數(shù)字攝影（CR、DR）系統(tǒng) X射線輻射源[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2012.

[4] IEC 60336—2005 Medical electrical equipment-X-ray tube assemblies for medical diagnosis-Characteristics of focal spots[S].2005.

[5] 王俊濤，鄭世才，鮑凱，等.X射線機焦點尺寸測量方法的標準分析[J].無損檢測，2010（10）：801-806.

[6] 韓放達，肖永順，常銘，等.X射線焦點尺寸測量方法和標準綜述 [C]∥2014年全國射線數(shù)字成像與CT新技術(shù)研討會論文集.北京：清華大學出版社，2014.