目前，医疗诊断中的X射线摄影设备(包括普通诊断X射线机、CR、DR)以及介入放射学使用的DSA等装置出束时间均在ms~s量级，因此为了尽可能准确的检测结果应当优先选择使用响应时间小于射线出束时间的剂量仪，否则应该对剂量仪的显示值进行时间响应修正^[1-3]。使用电阻R和电容C组成串联电路(RC电路)作为输出回路的电离室型剂量仪有专门的时间响应修正公式，其中RC值称为时间常数^[4-5]。451P型电离室剂量仪操作手册对响应时间的定义为量程不变时从终值的10%到90%辐射剂量阶跃上升(或下降)测得所用的时间，利用上述定义可以得出剂量仪的响应时间为时间常数的2.197 2倍，而操作手册给出的0~5 μSv/h量程和0~50 μSv/h量程的响应时间分别为5s和2s，则对应的时间常数分别为2 275.6 ms和910.2 ms^[6]。利用时间响应公式修正后的结果才能用于判断放射诊疗工作场所是否符合国家标准要求^[7]。本研究测量了两台451P型电离室剂量仪的时间常数，并探讨时间响应修正公式及其应用。

1 材料和方法 1.1 测量对象

2台451P型电离室剂量仪，生产厂家为美国Fluke公司，仪器编号分别为4351和5637，出厂时间分别为2013年5月和2015年7月。

1.2 仪器

西门子股份有限公司生产的MULTIX Swing X光拍片机，最大管电压为135 kV，最大管电流为500 mA，最大曝光时间5 s。

1.3 测量方法

使用0~ 5 μSv/h量程测量时设置X射线机工作电压为99 kV，电流为10 mA，曝光时间为50~5 000 ms；使用0 ~50 μSv/h自动转换量程测量时设置X射线机工作电压为99kV，电流为80 mA，曝光时间为50~5 000 ms，0~50μSv/h自动转换量程的使用方法为每次曝光测量前将“Freeze”模式重新开启；使用0~50 μSv/h固定量程测量时设置X射线机工作电压为99 kV，电流为80 mA，曝光时间为500~5 000 ms，0~50 μSv/h固定量程的使用方法为测量过程中不重新开启“Freeze”模式；每组测量按曝光时间依次递增进行，每个测量模式重复3组；记录屏蔽体后剂量仪的读数，该读数减去本底读数后乘以仪器的校准因子得到周围剂量当量率的测量值。

1.4 质量控制

采用瑞典RTI公司生产的Barracuda X射线机质量检测仪对X射线机的空气比释动能率和曝光时间进行检测，X射线机的空气比释动能率重复性的控制值为5%，以曝光时间的检测值作为实际值。上述剂量仪均经中国测试技术研究院有限公司进行校准。

1.5 数据分析

采用R 3.5.1 ^[8]进行数据拟合，其拟合公式^[4-5]为：

$ \dot D\left( t \right) = a \times \left( {1 - {e^{ - t/\tau }}} \right) $

(1)

式中：Ḋ(t)为曝光时间为t时仪器显示的周围剂量当量率，μSv/h；a为拟合参数，辐射场实际的周围剂量当量率，μSv/h；t为曝光时间，ms；τ为拟合参数，剂量仪的时间常数，ms。拟合的a值和τ值采用X±S_X的形式给出，两台剂量仪之间采用拟合值的95%置信区间进行统计学差异比较，τ值与操作手册给定值的比较采用单样本t检验。

2 结果 2.1 0~5 μSv/h量程

两台451P型电离室剂量仪0~5 μSv/h量程的测量值随时间变化见表 1。其中数据已扣除本底(X射线装置未曝光时本底平均值为0.1 μSv/h)并乘以仪器校准因子。

使用公式(1)进行数据拟合，拟合曲线见图 1。由图 1可以看出4351和5637两台451P型电离室剂量仪的拟合曲线均具有统计学意义，拟合的a值分别为(5.953±0.134)μSv/h和(6.003±0.151)μSv/h，不确定度为4.5%和5.0%；τ值分别为(3 476.4±124.9)ms和(3 676.6±144.4)ms，不确定度分别为7.2%和7.8%；a值和τ值差异不具有统计学意义，两台剂量仪的τ值与操作手册给定值均具有统计学差异(剂量仪4351：t=9.614, ν=61, P＜0.001；剂量仪5637：t=9.702, ν=61, P＜0.001)。

2.2 0~50 μSv/h自动转换量程

两台451P型电离室剂量仪0~50 μSv/h自动转换量程的测量值随时间变化见表 2。其中数据已扣除本底并乘以仪器校准因子。

由表 2中的数据可以看出，编号为4351、5637的两台剂量仪的测量值分别在400~500 ms、500~630 ms之间存在一个拐点，因此使用公式(1)分别对4351、5637的两台剂量仪曝光时间大于630 ms、800 ms的测量值进行拟合，拟合曲线见图 2。由图 2可以看出4351和5637两台451P型电离室剂量仪的拟合曲线均具有统计学意义，拟合的a值分别为(49.37±2.94)μSv/h和(43.60±2.77)μSv/h，不确定度分别为12%和13%；τ值分别为(2 051.6±249.5)ms和(2 047.0±271.9)ms，不确定度分别为24%和27%；a值和τ值差异不具有统计学意义，两台剂量仪的τ值与操作手册给定值均具有统计学差异(剂量仪4351：t=4.575, ν=28, P＜0.001；剂量仪5637：t=4.181, ν=25, P＜0.001)。

2.3 0~50 μSv/h固定量程

两台451P型电离室剂量仪0~50 μSv/h固定量程的测量值随时间变化见表 3。其中数据已扣除本底并乘以仪器校准因子。

使用公式(1)进行数据拟合，拟合曲线见图 3。由图 3可以看出4351和5637两台451P型电离室剂量仪的拟合曲线均具有统计学意义，拟合的a值分别为(44.57±1.27)μSv/h和(41.60±1.20)μSv/h，不确定度分别为5.7%和5.8%；τ值分别为(1 123.8±85.9)ms和(1 242.0±91.8)ms，不确定度分别为15%和15%；a值和τ值差异不具有统计学意义，两台剂量仪的τ值与操作手册给定值均具有统计学差异(剂量仪4351：t=2.485, ν=31, P=0.019；剂量仪5637：t=3.614, ν=31, P=0.001)。

3 讨论

通过拟合2台451P性电离室剂量仪的6组测量的周围剂量当量率，拟合曲线均具有统计学意义。对于5 μSv/h左右的辐射场，两台451P型电离室剂量仪的时间常数及周围剂量当量率拟合值均无统计学差异，时间常数的95%置信区间分别为(3 226.6, 3 726.6)ms和(3 387.9, 3 965.3)ms，与451P型电离室剂量仪操作手册的给定值不一致，与周海伟(2009)和张震(2018)对451P型电离室剂量仪响应时间的研究结果基本一致^{[1, 9]}。对于50 μSv/h左右的辐射场，两台451P型电离室剂量仪的0~50μSv/h自动转换量程的时间常数及周围剂量当量率拟合值均无统计学差异，时间常数的95%置信区间分别为(1 540.5, 2 562.7)ms和(1 487.0, 2 607.0)ms；两台451P型电离室剂量仪的0~50 μSv/h固定量程的时间常数及周围剂量当量率拟合值均无统计学差异，时间常数的95%置信区间分别为(948.6, 1 299.0)ms和(1 054.8, 1 429.2)ms；均与451P型电离室剂量仪操作手册的给定值不一致。451P型电离室剂量仪时间常数的大小对时间响应修正的结果具有重要影响，在进行短时间曝光的放射防护检测时，需要先测定仪器本身的时间常数或响应时间，应在计量检定规程中增加对剂量仪时间常数的检定^[10]。

我国职业卫生标准规定，CT机、乳腺摄影、牙科摄影和全身骨密度仪机房外的周围剂量当量率控制目标值应不大于2.5 μSv/h，其他摄影机房外人员可能受到照射的年有效剂量约束值应不大于0.25 mSv^[7]。因此测量准确的机房外周围剂量当量率是评价机房屏蔽效果是否符合国家标准的基础。同一台451P型电离室剂量仪采用不同的测量模式测量50 μSv/h左右的辐射场时，周围剂量当量率的拟合值无统计学差异，但是时间常数拟合值具有统计学差异。使用0~50 μSv/h自动转换量程测量50 μSv/h左右的辐射场时，其时间常数与0~50 μSv/h固定量程的时间常数不同，与0~5 μSv/h量程的时间常数也不相同，原因是测量过程中发生量程转换^{[1, 5]}，量程转换的时间点与仪器显示值达到前一量程某一比例的时间有关，即与辐射场的大小和剂量仪的时间常数有关，因此不应使用0~50 μSv/h自动转换量程进行短时间曝光的防护检测，同样对于其他存在量程转换的剂量仪在进行短时间曝光的防护检测时也不应使用其自动转换量程功能。为减少检测过程中的不确定度，根据本研究的结果，对仪器显示值为6~45 μSv/h的辐射场应该使用0~50 μSv/h固定量程进行测量；根据张震(2018)的研究结果^[9]和本研究的结果，对仪器显示值小于4.5 μSv/h的辐射场可以使用0~5 μSv/h量程进行测量，但由于本底剂量率和统计涨落的问题，应使用尽可能长的曝光时间来进行检测；对仪器显示值为5 μSv/h左右(量程转换点附近)的辐射场应该通过调整曝光时间和选择使用不同的测量模式来获得更为准确的检测值；所有检测都应根据不同的测量模式使用对应测量模式的时间常数进行响应时间修正。

因此可以使用451P型电离室剂量仪进行短时间曝光的放射防护检测，但需选择合适的曝光时间和恰当的测量模式，并使用相应的时间常数进行响应时间修正。但由于本研究采用的射线装置为医用X射线诊断摄影机，其最大曝光时间限制为5s，无法达到剂量仪读数稳定所需的曝光时间，且曝光时管电压及纹波率存在一定程度的波动，因此拟合得出的周围剂量当量值是否与实际相符还需要进一步研究，特别是急需建立短时间曝光辐射标准场^[3]。同时由于本研究的医用X射线诊断摄影机的曝光电流限制无法对50 μSv/h以上的量程进行研究，因此对更大量程的研究有待进一步进行。