乳腺X射线摄影是目前妇女乳腺疾病检查的“金标准”，而乳腺又是射线敏感组织，妇女在接受X射线检查的同时也会面临辐射致癌的风险^[1]。为保证临床检查质量，控制乳腺受照剂量，实现辐射防护最优化，对乳腺X射线摄影设备的质量控制检测显得十分必要。目前质量控制检测工作中大多采用非介入式半导体剂量仪进行设备管电压、输出剂量、乳腺平均剂量等指标的检测^[2-4]，相应标准中均对剂量仪的校准和溯源做了明确要求^[4]，以保证上述指标检测的准确性。中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所“国际原子能机构(IAEA)/世界卫生组织(WHO)次级标准剂量学实验室”于2004年在IAEA和德国联邦物理技术研究院(PTB)专家的援助下，建立了一套乳腺低能X射线剂量仪校准系统。乳腺校准系统X射线线质应比临床用乳腺X射线机更加精准，必须严格符合相关标准要求^[5]，这是进行量值传递的基础。本实验旨在通过对低能X射线校准系统中RQR-M线质测定、线质优化等相关研究，使本校准实验室RQR-M线质更加接近标称值，保证校准系统的稳定性和可靠性。

校准装置包括高压发生器主控装置、X射线球管、高速快门、光阑、监督电离室、标准剂量仪和kV计、激光准直器、测量工作台、监控摄像头等^[6-7]，构成示意图见图 1。其中标准剂量仪为德国PTW公司的UNIDOS型静电计和美国Radcal公司的10×5-6 M型电离室，标准kV计为美国Radcal公司生产的4082型乳腺kV计。标准仪器每1~2年送往德国PTB一级标准实验室校准，目前有效校准证书编号为6.25-15/19 K。

F.30 μm Mo；S.快门；D.光阑；M.监督电离室；A.半值层测量装置；R.参考平面 图 1 校准装置构成示意图 Figure 1 Schematic diagram of the calibration system

半值层测量选用尺寸33 mm×33 mm，纯度99.99%的铝片，单片厚度分别为0.501、0.100、0.104、0.106、0.200和0.490 mm，厚度误差在5 μm以内，可组合为多种厚度。

使用标准kV计在德国PTB的校准条件下，分别设定25、28、30和35 kV，连续曝光30 s，计算10个读数的平均值和标准差，使用PTB给出的校准因子修正后，得到X射线校准系统实际管电压测定值。

通过微调系统管电压设定值，使管电压测定值尽可能接近RQR-M线质管电压标称值，得到25~35 kV的设定值和测定值。

首先，在没有铝片时，测定各管电压下的空气比释动能，然后添加铝片，分别得到添加铝片后空气比释动能略小和略大于无铝片空气比释动能1/2时的铝片厚度(分别以d1和d2表示)，按《医用X射线诊断设备质量控制检测规范》(WS 76-2020)^[4]中公式(1)计算HVL₁。管电压设定值调整后，对标称25~35 kV之间每间隔1 kV进行第一半值层(HVL₁)测定，方法同上。

选择30 kV，以[0.318，0.369]mm厚度组合的铝片测定的HVL₁为标准值，分别与18组铝片组合测定的HVL₁进行比较，分析偏差大小：①0.318 mm铝片厚度不变，0.369 mm铝片开始依次递增至0.596 mm。②0.369 mm铝片不变，0.318 mm铝片开始依次递减至0.051 mm。③0.318 mm铝片开始依次递减和0.369 mm铝片开始依次递增的铝片组合。

测量结果如表 1所示，在系统当前4个管电压设定值下，系统实际管电压值均略高于设定值，以25 kV管电压设定值下偏差最大，为0.55 kV。当前管电压设定值下HVL₁也均略高于标称值，但满足与标称值偏差±0.02 mm Al以内的要求(IEC 61267-2005)^[5]。结果显示校准系统当前X射线线质经多年运行虽有偏差，但仍在标准要求的范围之内。

表 1(Table 1)

表 1 系统当前管电压与HVL1测定值 Table 1 Current tube voltage and HVL1 measurements of the system 管电压设定值(kV) 管电压测定值(kV) 偏差(kV) HVL 1测定值(mm Al) HVL 1标称值(mm Al) 偏差(mm Al) 25 25.55±0.07 0.55 0.291 0.28 0.011 28 28.34±0.02 0.34 0.317 0.31 0.007 30 30.33±0.03 0.33 0.340 0.33 0.010 35 35.30±0.06 0.30 0.372 0.36 0.012   注：HVL 1.第一半值层

表 1 系统当前管电压与HVL1测定值 Table 1 Current tube voltage and HVL1 measurements of the system

通过微调管电压设定值，使系统实际管电压测定值尽可能接近标称值，结果如表 2所示，经过多次实验及重复测量，将原管电压设定值调低约0.4~0.6 kV后，系统实际管电压测定值与标称值偏差均在0.1 kV以内；调整后系统HVL₁测定值与IEC规定的RQR-M线质标称值偏差较原来大幅降低，除标称35 kV以外的偏差均接近0；此外，图 2显示管电压设定值调整后25~35 kV范围内，每间隔1 kV的实际管电压值与HVL₁测量值呈线性关系(R²=0.98)，也提示本实验测量结果的准确性。

表 2(Table 2)

表 2 管电压设定值调整后系统管电压与HVL1测定值 Table 2 Tube voltage and HVL1 measurement after adjusting set values of tube voltage 管电压设定值(kV) 偏差(%) 管电压测定值(kV) 偏差(kV) HVL 1测定值(mm Al) HVL 1标称值(mm Al) 偏差(mmAl) 24.5 -2.0 25.04±0.07 0.04 0.280 0.28 0.000 27.5 -2.0 28.02±0.03 0.02 0.313 0.31 0.003 29.4 -2.4 29.96±0.07 -0.04 0.333 0.33 0.003 34.6 -1.6 34.99±0.06 -0.01 0.370 0.36 0.010

表 2 管电压设定值调整后系统管电压与HVL1测定值 Table 2 Tube voltage and HVL1 measurement after adjusting set values of tube voltage

图 2 管电压设定值调整后系统实际管电压值与HVL1测定值的关系 Figure 2 The relationship between the actual tube voltage and the HVL1 after adjusting the set values of tube voltage

HVL₁的准确测量是判断校准系统线质是否准确的前提，也是以上工作的基础。因此，本研究对不同厚度铝片组合对HVL₁测定值的影响进行测量研究，结果见表 3，4。由表 3可见，铝片d1保持0.318 mm不变，d2由0.369 mm开始依次递增至0.596 mm，或d2保持0.369 mm不变，d1由0.318 mm依次递减至0.051 mm后，HVL₁测定值与参考值的偏差均 <0.005 mm Al，有的甚至接近0。表 4可见，d1和d2厚度与参考HVL₁值的偏差均在0.1 mm内时，HVL₁测定值的偏差均在0.01 mm Al以内，测定结果仍然相对准确，但d1和d2厚度与参考HVL₁的偏差超过0.1 mm时，HVL₁测定值的偏差大部分超过0.01 mm Al，有的甚至接近0.02 mm Al，由测量本身带来的偏差已经达到了IEC 61267-2005^[5]规定的某一线质下HVL₁最大波动范围0.02 mm Al，测量结果不准确。提示在使用铝片法开展校准系统的半值层测量时，应注意对铝片厚度和间隔的选择。

表 3(Table 3)

表 3 不同厚度铝片组合对HVL1测定值的影响(d1或d2不变) Table 3 Effects of different aluminum sheet thickness on theresults of HVL1 measurements (d1 or d2 unchanged) 铝片厚度d1(mm) 铝片厚度d2(mm) d1, d2偏差(mm) HVL1测定值(mm Al) 偏差(mm Al) 0.318 0.420 -0.012，0.090 0.332 1 0.000 3 0.318 0.490 -0.012，0.160 0.330 8 -0.001 0 0.318 0.596 -0.012，0.266 0.331 7 -0.000 1 0.263 0.369 -0.067，0.039 0.332 9 0.001 1 0.208 0.369 -0.122，0.039 0.333 3 0.001 5 0.157 0.369 -0.173，0.039 0.334 3 0.002 5 0.106 0.369 -0.224，0.039 0.335 0 0.003 2 0.104 0.369 -0.226，0.039 0.335 7 0.003 9 0.051 0.369 -0.279，0.039 0.336 0 0.004 2   注：以上测定值与[0.318，0.369]厚度铝片组合测定的HVL1参考值进行比较，计算偏差; HVL1.第一半值层

表 3 不同厚度铝片组合对HVL1测定值的影响(d1或d2不变) Table 3 Effects of different aluminum sheet thickness on theresults of HVL1 measurements (d1 or d2 unchanged)

表 4(Table 4)

表 4 不同厚度铝片组合对HVL1测定值的影响(d1和d2均改变) Table 4 Effects of different thickness of aluminum sheet thickness on the results of HVL1 measurements (d1 and d2 both changed) 铝片厚度d1(mm) 铝片厚度d2(mm) d1，d2偏差(mm) HVL1测定值(mm Al) 偏差(mm Al) 0.263 0.420 -0.067，0.090 0.334 2 0.002 4 0.251 0.420 -0.079，0.090 0.337 0 0.005 2 0.208 0.420 -0.122，0.090 0.335 4 0.003 6 0.208 0.500 -0.122，0.170 0.342 9 0.011 1 0.157 0.500 -0.173，0.170 0.347 6 0.015 8 0.157 0.596 -0.173，0.266 0.339 2 0.007 4 0.106 0.596 -0.224，0.266 0.342 6 0.010 8 0.104 0.596 -0.226，0.266 0.345 8 0.014 0 0.051 0.596 -0.279，0.266 0.348 2 0.016 4   注：以上测定值与[0.318, 0.369]厚度铝片组合测定的HVL1参考值进行比较，计算偏差; LVL1第一半值层

表 4 不同厚度铝片组合对HVL1测定值的影响(d1和d2均改变) Table 4 Effects of different thickness of aluminum sheet thickness on the results of HVL1 measurements (d1 and d2 both changed)

乳腺X射线检查是当前乳腺疾病诊断的主要手段之一，有调查表明1次检查的患者乳腺平均剂量为1~2 mGy^[8]，而乳腺是辐射敏感器官，因此对临床乳腺X射线设备进行定期质量控制检测，控制患者乳腺平均剂量和保持良好的图像质量十分重要。临床乳腺摄影设备质控检测包括精确测量辐射输出量、管电压、半值层和平均乳腺剂量等指标。特别是我国卫生行业标准《医用X射线诊断设备质量控制检测规范》(WS 76-2020)^[4]中对乳腺机管电压偏离的要求在±1 kV以内，而目前对乳腺机质控检测常用的一些非介入式kV计的偏差就可能已接近或超过1 kV^[9-10]，因此对其进行校准显得尤为重要；此外，与患者相关的乳腺平均剂量的测量和计算依赖于精确的空气比释动能和半值层等指标。因此，对目前常用的非介入式乳腺低能X射线剂量仪进行校准和量值传递非常重要。

乳腺低能X射线剂量仪校准装置线质的准确性是进行校准和量值传递的基础，而线质主要由管电压和总滤过决定^[11-12]。因此，本研究首先对校准系统管电压准确性进行测量。发现管电压测定值比设定值高约0.5 kV，代表乳腺RQR-M线质的HVL₁测定值的比标称值高约0.01 mm Al，可能是X射线管长期使用导致阳极粗糙度增加所致^[5]，但HVL₁偏离值在IEC 61267-2005^[5]规定的±0.02 mm Al的要求之内。考虑到作为量值传递的乳腺校准系统的线质精度要求比临床乳腺机更高，应对校准系统管电压和线质进行优化，使其更加接近标称值。

首先，本研究以步进0.1~0.2 kV对管电压设定值进行微调，发现设定值大约降低0.5 kV(与标称值的偏差均在5%以内，符合YY/T 0481-2004^[13]规定)后，系统实际管电压测定值与标称值十分接近，偏差均在0.1 kV以内。然后，测定该管电压设定值下的HVL₁，结果发现HVL₁测定值与标称值偏差较原来大幅降低，特别是除35 kV以外的偏差均接近0，该HVL₁测定值也与郭思明等^[11]和刘莹等^[12]的测定结果相近。提示使用非介入式kV计，按照与PTB一级实验室相同的校准条件，特别是在相同过滤(0.03 mm Mo)、X射线管至kV计参考点距离相同的情况下，进行系统管电压调整，经线质测定后验证是合理可行的。IAEA TRS 457-2007^[14]中也指出在没有分压器设备下也可以使用非介入式kV计进行管电压调整，但设备应符合相应要求，经前期实验，本实验室所用标准kV计的最大误差、重复性、长期稳定性、最大不确定度等指标满足IAEA TRS 457-2007^[14]和IEC 61676-2009^[15]标准中对乳腺校准实验室用标准kV计的性能要求。

按IEC 61267-2005^[5]中对RQR-M线质的定义，HVL₁是代表RQR-M线质的唯一指标，HVL₁的准确测量也是以上工作的基础。因此，本实验对所用不同厚度的铝片对HVL₁测定结果的影响进行了研究。虽然WS 76-2020^[4]标准中规定了HVL₁测定时“d1、d2的厚度与计算得到的半值层厚度之差不得超过0.2 mm Al”，但该要求是针对临床用乳腺机，对于校准设备HVL₁测定应更加精确。本实验发现d1或d2其中之一与标准HVL₁值非常接近时，HVL₁测定值即相对准确。d1和d2厚度与标称值偏差均在0.1 mm内时，测定结果仍然保持相对准确，但当偏差超过0.1 mm时，由测量本身带来的偏差已经达到了IEC 61267-2005^[5]规定的某一线质下HVL₁最大波动范围0.02 mm Al，导致测量结果不准确。因此，对于低能X射线校准系统，在HVL₁测定时，应使d1或d2尽量接近(如偏差在±0.05 mm内)HVL₁标称值，如条件有限，则至少应使其中之一尽量接近标称值，或d1与d2与标称值偏差均在0.1 mm内，以保证测量结果的准确。

综上，本研究对乳腺剂量仪校准系统常用的RQR-M线质进行了测定，在此基础上通过使用非介入式kV计微调管电压，使系统线质更加接近标称值，优化了本校准系统线质。此外，为更精确地测定X射线校准系统的线质，测量中所用铝片厚度与标称HVL₁偏差不宜>0.1 mm Al。本研究提示，低能X射线校准系统经过长期运行可能会产生系统性的偏移，通过定期检测及时发现问题，并通过调试保证校准系统的准确性，满足国际相关要求，对校准实验室是非常重要的。

利益冲突  无

作者贡献声明  赵锡鹏负责课题设计、开展实验和数据整理分析；岳保荣、徐辉负责课题方案和实验数据的审核与指导