为加强放射诊疗工作的管理, 保障放射诊疗工作人员、患者和公众的健康安全, 多年来, 辐射防护剂量/剂量率检测仪已被广泛应用于医用诊断X射线机等放射工作场所及周围环境辐射水平的监测工作中, 成为评价电离辐射场所是否安全的定量基础^[1]。在辐射防护监测实际工作中我们发现, 医用诊断X射线摄影机的曝光(出束)时间比较短, 特别是医用诊断数字X射线摄影机(DR), 曝光时间为几十毫秒~几百毫秒量级, 大多数防护级电离室剂量仪测量剂量率的响应时间为几秒~十几秒, 用电离室剂量仪在几十毫秒~几百毫秒的曝光时间内, 电离室剂量仪的电路响应时间跟随不上致使测量值很低, 造成评价结果产生了较大的不确定度^[2], 直接测得的剂量率数值与其真值相差几倍甚至几十倍, 不能直接用于防护评价, 必须对仪器的响应时间与剂量率进行修正。但目前国内很多计量检定机构没有开展对辐射剂量检测仪的各种剂量率量程响应时间校准, 因此, 无法对辐射剂量检测仪器测出的剂量率进行响应时间修正。为了探索辐射剂量检测仪在不同X射线辐射水平达到稳定最大读数所需要最短时间的检测方法, 即辐射剂量检测仪完全显示终值的响应时间(T100), 对一种塑料闪烁体辐射剂量检测仪终值响应时间的进行研究, 研究结果已用于医用诊断X射线机房的防护检测与评价和开展相关的基础研究。

1 材料与方法 1.1 仪器设备

辐射剂量检测仪采用ATOMTEXAT1123型X-γ射线剂量检测仪, 为白俄罗斯制造, 能量范围0.015~10 MeV; 巴拉库达(Barracuda) X射线机多功能质量检测仪, 为瑞典RTI辐射测量公司制造; X射线源为北京通用电气公司(GE)生产的医用诊断X射线机, 型号:玲珑XR6000。

1.2 原理

X射线机在固定的管电压和管电流, 其输出量稳定情况下, X射线机产生的X射线剂量是随着时间增加而增加, 但单位时间内的剂量率是不变的。当X射线机的出束时间小于剂量检测仪的响应时间时, 仪器所测量的剂量率读数低于真值, 随着出束时间的延长而上升, 一直到出束时间大于等于仪器的响应时间, 仪器的剂量率读数才趋于稳定, 不随出束时间的增加而变化, 为终值(最大读数), 近似真值。

1.3 方法

医用诊断X射线摄影机在固定的管电压和管电流, 由不同屏蔽衰减方法输出4种辐射强度(剂量率)的X射线。采用AT1123型Χ-γ射线剂量检测仪连接远程遥控器进行检测操作, Χ-γ射线剂量检测仪放进6 mmPb当量的专用准直器, 使检测仪只能测量主射线束单一方向的射线, 仪器探头中心点离X射线机球管在相同的一定距离。在管电压和管电流固定(输出剂量率不变)情况下, 从短到长逐渐改变X射线机的曝光时间, 测量不同曝光时间仪器显示的X射线剂量率读数变化, 当该仪器的剂量率读数不随曝光时间的增加而变化时, 达到稳定最大读数所需要的最短时间(T100), 也就是仪器在该辐射水平的终值响应时间。

1.4 质量控制

为了每次曝光的X射线输出量有较好的稳定性, 使测试结果有可靠性, 本次研究所采用的医用诊断X射线机经多功能质量检测仪检测, 其输出量重复性及曝光时间指示偏离均控制在± 3%;为了屏蔽四周杂散射线对仪器的干扰, 本研究采用6 mmPb当量的专用方形准直器, 仪器放在准直器内, 使X-γ射线剂量检测仪探测器只受到主射线束的照射, 屏蔽四周杂散射线对仪器的干扰, 提高数据的准确性。

2 结果 2.1 不同辐射水平响应

在4种不同X射线剂量率(44.6、497.8、1596.5、2073.7 mSv/h)的辐射水平情况下, 当曝光时间为100 ms时, AT1123型Χ-γ射线剂量检测仪测量读数均达到终值的93%以上; 当曝光时间为250 ms时, 该剂量检测仪测量读数均达到终值。见表 1。

2.2 高剂量率辐射响应

AT1123型Χ-γ射线剂量检测仪对高剂量率(2073.7 mSv/h)辐射的响应最好, 曝光时间为50 ms, 测量读数为终值的97.2%;曝光时间为100 ms, 测量读数达到终值的99.7%, 已接近终值。

2.3 曝光时间响应趋势

AT1123型Χ-γ射线剂量检测仪, 在测量X射线剂量率时, 无论是高剂量还是低剂量辐射水平, 曝光时间在50 ms以内, 仪器读数随着曝光时间的增加而迅速上升。曝光时间大于100ms, 仪器读数已基本趋于稳定。见图 1。

3 讨论

辐射剂量检测仪响应时间是表征仪器测量速度的快慢, 通常定义为从被测量发生阶跃变化的瞬时起, 到仪器的显示值与最终值(最大读数)相差为额定相对误差时的一段时间, 通常采用T90, 也就是从终值的10%到90%所用的时间^[3]。当X射线出束时间小于仪器读数响应时间时, 仪器读数应进行修正, 仪器读数响应时间修正系数k可由式k=1/[1-(b/a)^-t/τ]进行计算(b:一个很大百分值、a:一个很小百分值、t:剂量率测量时出束时间、τ:读数响应时间, 由仪器厂家给出, 通常仪器厂家给出的响应时间τ为10%上升到90%所需时间)。本实验是研究AT1123型X-γ射线剂量检测仪在4种X射线剂量率的辐射水平剂量率读数达到稳定最大读数(终值)所需最短时间的测定方法, 即终值响应时间(T₁₀₀), 当X射线机的出束时间大于等于辐射剂量检测仪的T₁₀₀, 所测量的剂量率读数可不需进行响应时间的修正, 减少测量误差。

我国目前在开展辐射监测工作中使用的检测仪器大多数属于电离室型剂量或剂量率检测仪^[4], 电离室探测器是最基本的探测器, 对测量γ射线和曝光时间比较长的X射线, 它具有测量能量范围宽、能量响应好等优点, 在国际和国家X或γ辐射照射量的基准就是一种精心设计与制作的"自由空气电离室"^[5]。但大多数防护级电离室剂量仪测量剂量率的响应时间为几秒~十几秒, 例如:美国451P型电离室巡测仪, 按说明书在量程0~5 μSv/h时, 从终值的10%到90%所用的时间(响应时间)为5 s, 50~500 μSv/h时, 为1.8 s。由于医用诊断X射线机正常工作摄影时间绝大多数在0.05~0.50 s, 往往由于仪器本身的响应时间不在此曝光时间段内, 而导致测量值与真实值之间有很大的误差, 曝光时间越短, 仪器的测量读数与真值偏离越大, 要测量到比较准确的剂量率数值, 应尽量延长曝光时间, 但容易损坏医用诊断X射线机球管, 现场测量时常采用小电流和X射线机功率允许的较长时间曝光, 但这种检测方法不能真实体现出实际工作中的高电流曝光时对机房外的泄漏水平, 在实际监测操作时曝光时间也很难延长到电离室型防护仪的仪器响应时间。部分医用诊断X射线摄影机的操作界面上, 只有电流与时间的乘积, 即mAs, 不能分别调整曝光电流和时间, 并且这类型的医用诊断X射线机曝光时间都很短, 通常在几十毫秒, 部分电离室型剂量检测仪在此时间段无法响应, 检测出的数据通过曝光时间修正剂量率的计算方法仍存在较大误差。

本研究所用的AT1123型X-γ射线剂量检测仪, 探测器为带重金属的塑料闪烁体, 采用短期辐射的剂量速率测量模式("Tvar"模式), 在4种不同剂量率的X射线辐射水平(覆盖了日常放射防护检测工作中可能存在的剂量率范围)情况下, 曝光时间100 ms, AT1123型X-γ射线剂量检测仪能显示93%以上终值, 曝光时间为250 ms, 可以完全显示终值。因此, AT1123型X-γ射线剂量检测仪在监测医用诊断X射线摄影机房的放射防护, 从响应时间角度来说是完全胜任的, 在250 ms以上的曝光时间, 剂量率读数是可以不需要进行响应时间修正。如果在允许误差10%以内, 则曝光时间可以缩短至100 ms。

本次研究使用的X射线源采用医用诊断X射线摄影机, 因医用诊断X射线摄影机曝光时间调节档位问题, 无法对曝光时间进行更加细化分级研究, 因此, 该AT1123型X-γ射线剂量检测仪真正的终值响应时间(T₁₀₀)是在200~250 ms之间。250 ms的曝光时间对于医用诊断X射线摄影机正常工作来说, 是完全没问题的, 使用该AT1123型X-γ射线剂量检测仪检测医用诊断X射线摄影机房的放射防护时, 可以把曝光时间调节到250 ms, 读数不需要进行响应时间修正, 并且能提高放射防护检测的准确性。