【摘要】：隨著現(xiàn)代放射醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用,放射診斷檢查人數(shù)在逐年增加。放射診斷設(shè)備利用X射線對疾病進(jìn)行診斷為公眾帶來方便的同時,也對人體產(chǎn)生了額外的電離輻射,如何有效確保公眾就醫(yī)安全一直是計(jì)量部門、衛(wèi)生部門、輻射防護(hù)等機(jī)構(gòu)關(guān)心的問題。通過國家有關(guān)規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)的制定給出了嚴(yán)格的質(zhì)量控制流程和相關(guān)檢測參數(shù)的技術(shù)指標(biāo),為醫(yī)院診斷設(shè)備的QA和QC體系建立奠定了基礎(chǔ),其中涉及醫(yī)用診斷X光機(jī)質(zhì)量控制的參數(shù)主要包括管電流(mA)、曝光時間(ms)、管電壓(kV)、半值層(HVL)、空氣比釋動能(Air Kerma)等關(guān)鍵物理量。隨著放射診斷技術(shù)的不斷發(fā)展,檢測方法已發(fā)生改變,原有標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程部分已失效,如GB 11755.2-89《醫(yī)用診斷X射線機(jī)管電流測試方法》,迫使新的規(guī)范需盡快制定�；谝陨显�,本文在國家科技支撐計(jì)劃課題《醫(yī)用X診斷設(shè)備計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)及溯源體系研究》項(xiàng)目的支撐下,開展管電流、管電壓等參數(shù)的溯源以及新的測試方法研究具有重要意義。本文采用電磁感應(yīng)探測器結(jié)合高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),對不同光機(jī)類型的管電流信號進(jìn)行非介入測試,運(yùn)用小波等算法完成信號的特征分析,在國內(nèi)首先開展管電流和曝光時間準(zhǔn)確計(jì)算方法,其在標(biāo)準(zhǔn)電流源條件下測試其重復(fù)性優(yōu)于0.5%,誤差優(yōu)于±1%,在實(shí)際X光機(jī)高壓電纜上測試其誤差小于±2%,并通過PTW劑量儀完成mA測量值與劑量的線性驗(yàn)證工作。管電壓作為醫(yī)用診斷X光機(jī)質(zhì)量控制的主要參數(shù),在ISO 16526-2011最新國際標(biāo)準(zhǔn)中推薦了三種方法,包括介入式電阻分壓法、通道比值法以及能譜方法,其中后兩種為非介入檢測方法。介入電阻分壓法可解決非介入管電壓測量儀器的量值溯源問題,多用在國家計(jì)量部門的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室,通道比值法在國外已有專利且較為成熟,其核心原理是管電壓與不同厚度過濾材料的兩通道探測器比值相關(guān),可通過查表的方式完成管電壓的測量。醫(yī)用診斷X光機(jī)輻射場能譜測量主要涉及探測器技術(shù)、數(shù)字能譜測量技術(shù)以及解譜方法等關(guān)鍵技術(shù),國內(nèi)尚無在醫(yī)用診斷X光機(jī)質(zhì)量控制中采用能譜法完成相關(guān)物理量參數(shù)的快速求解,故開展此方法的非介入測試技術(shù)研究具有重要意義�；谟�(jì)量檢測機(jī)構(gòu)使用檢測儀器應(yīng)具有通用性、簡便性的考慮,能譜法還需考慮儀器大小、價格、操作簡單等因素,本文選擇有效探測面積為小于1mm2的Si-PIN探測器,結(jié)合自行研制的超低功耗、高信噪比電荷靈敏放大器,在241Am同位素條件下測試其能量分辨率為4%,在常溫條件下即可完成X光機(jī)能譜數(shù)據(jù)的測量。本文對醫(yī)用診斷X光機(jī)工作原理以及X射線產(chǎn)生的相關(guān)理論進(jìn)行介紹,重點(diǎn)分析了各關(guān)鍵物理量與能注量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,并對mAs、kV、附件過濾、陽極靶角度以及管電壓波動對譜分布的影響進(jìn)行了比較研究。通過對醫(yī)用診斷X光機(jī)原始光譜獲取方法的概括,利用計(jì)算機(jī)開展半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ�、�?jīng)驗(yàn)數(shù)值模型和Geant4蒙卡仿真計(jì)算,半經(jīng)驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭饕婕癎P、BM、TBC等數(shù)學(xué)模型,在參照PTB、NIST和ISO 4037標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的輻射場條件下,對各模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行能量譜、第一半值層(HLV1/2)、第二半值層(HVL1/4)、同質(zhì)系數(shù)、K線質(zhì)、有效能量、衰減曲線等圖形和參數(shù)的比較,驗(yàn)證醫(yī)用診斷X光機(jī)相關(guān)參數(shù)計(jì)算方法的正確性,為后續(xù)醫(yī)用診斷X光機(jī)關(guān)鍵參數(shù)快速求解奠定基礎(chǔ)。為了便于對Si-PIN半導(dǎo)體探測器信號進(jìn)行幅度分析,成功研制了一套數(shù)字能譜測量系統(tǒng)。根據(jù)電荷靈敏放大器輸出信號特征,開展核信號的數(shù)字cusp成型技術(shù)、可變權(quán)重的convex和concave成型技術(shù)以及梯形成型技術(shù)研究,利用matlab的Simulink工具箱進(jìn)行算法模型仿真,完成在Xilinx的FPGA平臺上的相關(guān)移植工作。系統(tǒng)整體采用模塊化設(shè)計(jì),并對各數(shù)字成型方法的硬件資源占用量以及成型效果進(jìn)行了測試,為后續(xù)醫(yī)用診斷X光機(jī)能譜測量奠定基礎(chǔ)。醫(yī)用診斷X光機(jī)采用能譜方法完成關(guān)鍵物理量的非介入測量,涉及的關(guān)鍵技術(shù)之一是儀器譜解譜方法研究。通過Geant4蒙卡仿真軟件構(gòu)建Si-PIN探測器模型,在15-150keV范圍內(nèi)間隔1keV模擬形成能量響應(yīng)矩陣,重點(diǎn)對SVD方法、Tikhonov方法、Gold方法及其相應(yīng)改進(jìn)方法、maximum likelihood(ML)方法、maximum a posteriori(MAP)等數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行分析,其中MSNV和MAP方法在連續(xù)譜中的應(yīng)用尚屬首次,圖形比較上述方法在100keV單能和150kV連續(xù)譜條件下的解譜效果差異,找出較適合用于連續(xù)譜解譜的方法。為了拓展醫(yī)用診斷X光機(jī)解譜方法,在國內(nèi)率先開展人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法在診斷X光機(jī)連續(xù)譜解譜中的應(yīng)用研究。通過對上述解譜方法的分析比對,考慮其解譜效果、解算時間以及計(jì)算機(jī)資源耗費(fèi)等情況,將Gold改進(jìn)方法、MSNV與MAP等方法成功應(yīng)用于后續(xù)80kV、100kV和120kV解譜中,利用解譜數(shù)據(jù)完成醫(yī)用診斷X光機(jī)管電壓、半值層、同質(zhì)系數(shù)、平均有效能量、空氣比釋動能等關(guān)鍵物理量的快速求解,與國外儀器unfors的測試結(jié)果進(jìn)行比對,劑量率相差小于2%。
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【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH774

【參考文獻(xiàn)】

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1 黃平;方方;楊勇;劉志宏;;小波算法在非介入式醫(yī)用X光機(jī)管電流信號處理中的應(yīng)用研究[J];核電子學(xué)與探測技術(shù);2011年11期

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本文編號：2328013