1 引 言

乳腺钼靶X射线摄影检查具有较高的软组织密度及空间分辨率，是目前乳腺癌诊断最有效、最准确的手段[1]。同时，乳腺诊断X光机的质量控制问题逐渐引起重视，所以，建立乳腺钼靶X射线摄影检查系统检定的国家基准势在必行。自2005年起，世界各国计量组织先后建立了乳腺X射线基准。2005年，国际计量局(BIPM)开始乳腺X射线空气比释动能的绝对测量研究，2009年建立基准，并开展国际比对。美国国家标准技术研究院(NIST)、德国物理技术研究院(PTB)、日本计量院(NIMJ)等分别与BIPM进行了乳腺X射线基准的国际比对[2,3]。我国的乳腺X射线基准的建设由中国计量科学研究院(NIM)主导完成。本文对乳腺X射线基准的辐射源和使用的圆柱形自由空气电离室进行了介绍，使用基准自由空气电离室测量了建立的4个规范辐射质的半值层和同质系数，并将测量结果与BIPM进行了对比。

2 乳腺X射线基准

乳腺X射线基准的辐射装置用X光机作为辐射源，产生X射线通过光阑进行限束，在参考平面获得满足空气比释动能量值复现和传递的均匀野，参考IEC61267推荐的辐射质规范[4]，使用合适的过滤器对辐射质进行调整建立标准辐射场。

乳腺X射线基准示意图见图1，主要包括：X射线光机、光管调节系统、快门、光阑、过滤器、校准平台、控制器、激光定位、电离室等。

  

图1 乳腺X射线基准示意图

2.1 钼靶X射线光机

乳腺X射线基准装置使用的辐射源是钼靶X射线光机，主要由光管和高压发生器组成，管电压和管电流调节精度分别为0.1 kV和0.1 mA。附加过滤为31.06 μm、纯度优于99.99%的钼片。支撑平台采用光学平台，抗振性能优良，持久不易变形，平台表面有标准孔距M6螺纹阵列，易于功能的扩展。限束光阑采用钨合金材料(W 97%，Ni-Fe 7%)，光阑孔直径为8 mm；快门采用铅作为屏蔽材料，快门闭合后，辐射束穿透率小于0.01%。光机参数见表1。

 

表1 钼靶X射线光机物理参数

  

项目性能指标项目性能指标靶材料钼(Mo)施加高压100kV焦点尺寸3mm功率840W阳极角24°灯丝电流4 4A发射角40°×40°阳极电流35mA固有过滤1mmBe湿度小于95%附加过滤2mmAl；4mmPb使用环境-10～70℃

2.2 圆柱形自由空气电离室

根据空气比释动能定义，X射线在质量为dm的空气中释放出来的全部次级电子的初始动能总和dEtr除以dm，即为空气比释动能。因此，空气比释动能是由在待测点产生的全部次级电子的动能定义的。根据X射线与空气相互作用机制，通过光电效应与康普顿散射光子能量转化为次级电子的动能。而次级电子使空气电离，利用电离室收集电离电荷，可以得到空气比释动能。严格地说，需要充分利用每一个次级电子的整个射程，测量电离所得的所有带电粒子。钼靶X射线所产生的次级电子在空气中的射程可以有几厘米。假设空气有效体积周围是受到同样照射的足够的空气，在测量过程中有效体积就能得到严格补偿。参照BIPM和NIST自由空气电离室参考数据[5,6]设计的圆柱形自由空气电离室见图2。

式中，F为输出电压V所对应烟支重量，V为检测源中有烟支时的输出电压，V0为无烟支时检测源的输出电压，K为比例系数[6]。

  

图2 圆柱形自由空气电离室原理图

我国粗钢产量已连续多年位居世界首位，钢渣是炼钢过程中的副产物，其产量约为粗钢产量的12%～14%，目前我国钢渣年产量已高达1亿t，但利用率较低，不仅造成资源浪费，而且占用土地，另外，《中华人民共和国环境保护税法》于2018年1月1日起施行，钢渣属于固体废物税目(税额25元/t)，解决钢渣处置，提高钢渣利用率已经成为现阶段固废处置的重点关注方向。

(2)收集区移动的定位精度和重复性：优于0.01 mm；

电离室屏蔽箱体前壁使用两层屏蔽材料：内层为3 mm的硬铝，外层是10 mm的不锈钢，中心开孔直径36 mm；外侧为3 mm硬铝和3 mm不锈钢屏蔽体。后壁同样使用了3 mm硬铝和3 mm不锈钢，中心开孔直径20 mm。

(1)光阑孔、高压极中心轴与射束轴同轴性：优于0.1 mm；

(3)采用活塞对称运动形式，以保证收集区中心不变，收集区移动时两端面的平行性、与高压极中心轴的垂直性：优于0.01 mm；

(4)光阑定义面与高压极中心轴的垂直性：优于0.01 mm；

(5)收集极中心轴与高压极中心轴距离25 mm；

(6)收集区中心到光阑后沿距离尽量小；

(7)屏蔽箱体整体高低俯仰可调节，调节范围：±10 mm；

在所有的相关因素中，P>0.05，没有有统计学意义。结果表明：性别、年级、专业类型、每月生活费和家庭年收入这些因素均不会对大学生是否使用借贷平台产生显著影响。

根据国际上钼靶X射线空气比释动能基准的研究状况和测量不确定度水平，NIM国家基准电离室设计参数如下：

大多数非洲有竹林的国家竹材加工利用历史短暂，基本处于起步阶段。埃塞竹材加工利用虽与先进国家相比较为落后，但历史悠久。而且20世纪70年代中国竹手工业专家就曾到埃塞培训，培训出了一批当地竹子师傅，这些人陆续培训了许多当地的竹子手工业者。特别是在2005—2006年中国开始举办埃塞竹材加工培训班之后，竹家具生产发展较快。目前，埃塞手工竹匠约500多人，几家竹子工厂工人约200多人。

重力位场成像是将勘测区域下半空间剖分成均匀网格，然后根据归一化相关函数(扫面函数)计算每一网格节点的相关系数，实现重力异常成像，成像结果表征了地下异常地质体的分布形态和质量剩余(盈余或缺失)情况[27-33]。

通过实验我们发现，基于金属-有机配位聚合物的合成受金属离子和有机配体的影响非常大，金属离子的空轨道越多，配位模式增加，配位环境更加复杂；有机配体的种类、配位能力、配位模式也是千变万化，对配位聚合物结构的形成都产生至关重要的影响。另外，晶体对其生长的环境(温度、酸度、浓度等)要求比较苛刻，更由于其空间伸展性、可塑性较好，在新颖奇特的结构设计、合成及性质研究方面的探索潜力还很大，我们课题组将继续不懈努力，进一步深入挖掘，通过合理设计，争取在新型配位聚合物的定向合成方面有新的突破，对其各方面性质作更深层次的研究。

3 半值层测量

3.1 半值层和同质系数

X射线辐射质主要由X射线管的电压和总过滤决定，也与球管阳极靶角有一定关系。总过滤包括固有过滤和附加过滤。固有过滤包括X射线管壁、冷却油、X射线管的窗等。为调整X射线辐射质而附加的不同材料过滤片称为附加过滤。选定的一些辐射质条件称为规范辐射质。附加过滤不同程度的吸收X射线钼靶部分，使能谱变窄，输出量降低。根据X射线通过物质的衰减规律，对于单能X射线，衰减规律满足：

I=I0e-μx

(1)

式中：I为X射线经过衰减片后测得的电离电流值；I0为无衰减片时测得的电离电流； μ为衰减系数； x为衰减片厚度。

(8)高压极内径和收集极外径尺寸误差：优于0.01 mm。

辐射质是指射线能量，表征射线贯穿物体的能力。早期X射线光管的管电压被认为是表征X射线辐射束质的参数，在一定程度上反映了X射线的质，但是不同类型的光机即使管电压相同，其发射的X射线也是不一样的，所以以此描述X射线辐射质并不准确。现在通常用半值层来表征X射线辐射质。半值层(HVL)是使X射线束在某一点的空气比释动能率(或照射量率)减少一半时所需要过滤片的厚度，此厚度称为第一半值层(HVL1st)，第二半值层(HVL2nd)是指空气比释动能率(或照射量率)减少到初始值1/4时所需过滤片的厚度与第一半值层厚度的差。并称[HVL1st / HVL2nd]为同质系数。

d1/4=HVL1st+HVL2nd

2.4 敏感性分析 依次逐一剔除单个研究行敏感性分析，结果显示异质性未发生明显改变，合并效应量仍均具有统计学意义且森林图结构均未发生改变，表明本次研究结果稳健性好。

(2)

式中：h为同质系数；d1/4为空气比释动能率减小到初始值的1/4时所需过滤片的厚度。

3.2 半值层的实验测定

钼靶X射线参考辐射质的建立参照IEC61267推荐的规范参考辐射质：25，28，30，35 kV。X射线源焦斑到参考平面距离60 cm，在参考平面处的辐射均匀场直径为7 cm； 空气温度、气压和相对湿度修正到参考条件分别为:T=293.15 K，p=101.325 kPa和φ= 50%。采用纯度好于99.9%的铝片作为衰减片，将衰减片支架固定于距X射线管焦斑30 cm处，将电离室几何中心放置在离X射线焦斑60 cm处，实验装置见图1。

最上层是业务服务层,负责直接面对用户,采用交互式界面,将平台所有功能及海洋台风产品灵活、高效、友好地提供给用户使用,同时接收用户请求并快速返回数据。

根据文献[7，8]中的半值层测量方法，使用基准电离室测量电离电流，拟合出衰减曲线，得到第一和第二半值层。图3为乳腺X射线基准装置4个辐射质的衰减曲线。

  

图3 乳腺X射线基准装置4个辐射质的衰减曲线

根据乳腺X射线基准装置各辐射质半值层测量数据，按X射线衰减规律拟合得出各规范半值层，同时得出各规范的第二半值层、同质系数及有效能量。其中有效能量的定义为：具有一定能量范围的X射线的有效能量是具有相同HVL单能X射线的能量。由式(1)可知质量衰减系数为[9]：

 

(3)

式中:ρ为衰减片密度。

参考NIST公布的Al的质量衰减系数与能量的关系，将参考数据值进行多项式拟合插值，得到对应的关系曲线，见图4。根据实验测得的半值层结果可计算出质量衰减系数，进而得到各辐射质的有效能量，见表2。

 

表2 乳腺X射线基准半值层测量结果

  

辐射质规范管电压/kV管电流/mAHVL1st/mmHVL2nd/mm同质系数μ·ρ-1/cm2·g-1有效能量/keVMo⁃2525120 2740 3510 7819 36914 099Mo⁃282890 3060 4070 7528 39014 649Mo⁃303070 3240 4410 7357 92314 942Mo⁃353550 3640 5120 7117 05315 562

  

图4 质量衰减系数与能量的关系曲线

乳腺X射线基准所建立的4个辐射质Al半值层的厚度与BIPM基准对比见表3。由表3可知，相对偏差在1%左右，可以认为乳腺X射线国家基准的辐射质与BIPM同质。

 

表3 NIM与BIPM乳腺X射线基准半值层结果

  

Mo⁃25Mo⁃28Mo⁃30Mo⁃35BIPM0 2770 3100 3290 365NIM0 2740 3060 3240 364相对偏差/(%)1 11 31 50 3

4 结 论

本文介绍了中国计量科学研究院建立的乳腺钼靶X射线国家基准装置。基准主要由钼靶X射线光机和圆柱形自由空气电离室构成。采用曲线拟合法测量了基准4个规范辐射质的半值层和同质系数，并确定了各辐射质的有效能量。半值层测量结果与BIPM偏差约1%，本研究工作为国际比对提供了参考。

[参考文献]

[1] 王希龙, 邱文秀, 贾中明,等. 乳腺癌的诊断现状及最新进展[J]. 中国综合临床, 2012, 28(8): 787-788.

[2] Kessler C, Burns D T, O′Brien C M. Key comparison BIPM.RI(I)-K7 of the air-kerma standards of the NIST, USA and the BIPM in mammography X-rays[J]. Metrologia, 2011, 48: 06014.

[3] Kessler C, Burns D T, Tanaka T, et al. Key comparison BIPM.RI(I)-K7 of the air-kerma standards of the NMIJ, Japan and the BIPM in mammography X-rays[J]. Metrologia, 2010, 47: 06024.

[4] IEC 61267.Medical diagnostic X-ray equipment. Radiation conditions for use in the determination of characteristics[S]. 2005.

[5] Wyckoff H O, Attix F. Design of Free Air Ionization Chambers[M]. Washington D. C.: Government Printing Office, 1957.

[6] Burns D T, Büermann L. Free-air ionization chambers[J]. Metrologia, 2009, 46: S9-S23.

[7] ISO 4037-1. X and Gamma Reference Radiation for Calibrating Dose Meters and Dose Rate Meters and for Determining Their Response as a Function of Photon Energy-Part 1: Radiation Characteristics and Production Methods[S]. 1996.

[8] 国家质量技术监督局. GB/T 12162.1—2000 用于校准剂量仪和剂量率仪及确定其能量响应的X和γ参考辐射(第1部分):辐射特性及产生方法[S]. 2000.

[9] Wyckoff H O, Allisy A, Fränz H, et al. Radiation Quantities and Units: ICRU Report 33 [R]. Maryland:International Commission on Radiation Units & Measurements, 1980.