CN104207794B - 一种测量乳腺钼靶x射线多参数的传感器阵列及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及X射线参数测量仪，具体涉及一种测量乳腺钼靶X射线多参数的传感器阵列及其测量方法，包括电路板(1)和过滤盖(2)，在电路板(1)上设有由三个SI‑PIN二极管组成的探测器阵列(3)，在所述三个SI‑PIN二极管的表面加有稀土层，所述过滤盖(2)上位置与电路板(1)上探测器阵列相适应处设有三个过滤孔(4)，所述三个过滤孔(4)的厚度相互不等，所述电路板(1)上有三个SI‑PIN的信号引出端口。本发明解决现有技术中针对乳腺钼靶X射线装置无法通过一次曝光测量管电压、半值层、剂量和曝光时间的问题，且本发明的测量方法操作简单，准确度高，安全性好，以及测量成本低。

Description

一种测量乳腺钼靶X射线多参数的传感器阵列及其测量方法

技术领域

本发明涉及X射线参数测量仪，具体涉及一种测量乳腺钼靶X射线多参数的传感器阵列及其测量方法。

背景技术

为提升乳腺钼靶X射线装置的品质，让受检者尽可能少的接受X射线照射，需定期对乳腺钼靶X射线装置的质量进行检验。在检验项目中，管电压、半值层、剂量以及曝光时间是乳腺钼靶X射线装置的重要指标参数，这四大参数的精确度、稳定性基本反映了X射线装置的性能。目前这四大参数都为单参数测量，所用测量传感器各不相同，使用方法复杂，推广难度大。

管电压是决定X射线的质，也就是X射线的硬度，乳腺钼靶X射线装置管电压越高所发出的X射线穿透能力就越强。介入式测量是测量管电压的经典方法，该方法将乳腺钼靶X射线装置的管球电压经分压器分压后接入示波器中测量，通过观察示波器显示数值得到乳腺钼靶的管球电压。但由于这是一种介入式测量方法，需将测量仪器接入医用诊断X射线电路系统中，由于X射线的激发需强电压加于发射管之上，如果操作不当，易产人身安全事故，所以该方法不适合应用在常规检测工作中。此外，测量管电压还有能谱法和胶片光密度法，能谱法是将能产生某种特征辐射的箔材料置于X射线束下照射，用多道分析器可测量出最大能量峰，通过分析该峰值可推算出对应的管电压；胶片光密度法较为复杂，使用测量设备主要由过滤器、X射线胶片和增感屏等组成，首先X射线胶片接受增感屏的光辐射，然后通过冲洗胶片可得到光密度值，最后根据光密度-管电压校准曲线计算出管球电压。能谱法需要专业的能谱分析设备，该套设备采购费用高，适合用在初级标准标定上；胶片光密度法成本较低，需要冲洗和测量光密度，人为观测光密度容易产生误差，而且整个测量需要很长时间，工作效率不高，同样不适合在日常的检测工作中开展。

曝光时间同样是乳腺钼靶X射线装置一项很重要的参数，它的准确与否关系到医学成像效果和受检者人身安全，常用的曝光时间测量是使用毫安秒表法，测量时将毫安秒表串入到测量回路中，通过读取毫安秒表的显示数值可得到曝光时间。

剂量的大小与受检者所受辐射量有密切关系，同时剂量准确与否也是医疗X射线装置性能好坏的重要标志，剂量的测量方法较多，市场上常用电离室剂量仪来测量。

X射线在人体内穿透能力与射线半值层有直接关系，用半值层可以有效反映射线能量，目前半值层测量多用半值层测量仪和标准铝片吸收法，标准铝片吸收法是通过测量叠加不同厚度铝片时得到的剂量来间接推算半值层大小。

目前，管电压、曝光时间、剂量及半值层都用独立探测器测量，不存有一次曝光可测量四个参数的探测器，测量电路复杂，需配备多种测量设备，而且测量设备所用的传感器外形、尺寸、型号各异，不具有统一性和可扩展性，使用不便，不利于快速开展测量工作。

本专利申请获国家重大科学仪器设备开发专项“新型电离辐射检测仪器和关键部件开发及应用”(项目编号：2013YQ090811)资金资助。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量乳腺钼靶X射线多参数的传感器阵列及其测量方法，解决现有技术中对无法针对乳腺钼靶X射线装置无法通过一次曝光测量管电压、半值层、剂量和曝光时间的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种测量乳腺钼靶X射线多参数的传感器阵列，包括电路板和过滤盖，在电路板上设有由三个SI-PIN二极管组成的探测器阵列，在所述三个SI-PIN二极管的表面加有稀土层，所述过滤盖上位置与电路板上探测器阵列相适应处设有三个过滤孔，所述三个过滤孔的厚度相互不等，所述电路板上有三个SI-PIN的信号引出端口。

更进一步的技术方案是，所述三个过滤孔均是边长5mm的方形孔。该孔除了起到阶梯过滤的作用外，还可起到准直效果。为了集中探测器的探测性能，特设计了边长为5mm的狭小孔，以便于减小杂散信号的影响，此外通过准直处理，可以降低相邻SI-PIN半导体探测器信号干扰，使得各探测器可独立工作。

更进一步的技术方案是，所述三个过滤孔中，一号至三号过滤孔的厚度分别为2.5mm、3mm和0mm。

一种乳腺钼靶X射线多参数的测量方法，X射线多参数包括管电压、剂量及剂量率、曝光时间和半值层，包括以下步骤：

将X射线同时照射在三个具有不同厚度的过滤孔上，过滤孔的后方设置有由三个SI-PIN二极管组成的探测器阵列，三个SI-PIN二极管和三个过滤孔一一对应，所述三个SI-PIN二极管接收到经过过滤孔过滤的X射线后，再经过AD转换器，形成三个电信号，分别为一号电信号、二号电信号和三号电信号；利用三个电信号经过计算得出管电压、剂量及剂量率、曝光时间和半值层：

管电压的计算：

获取X射线经过滤片后的形成的一号电信号和二号电信号，分别为剂量值D1和剂量值D2，结合衰减系数μ得到剂量比，将剂量比对照至剂量比值与管电压对应的数值关系表，根据所述剂量比值与管电压对应数值关系表：

即查出相应的管电压值；

半值层：

定义μ_x、μ_y为X射线衰减系数，取一号电信号、二号电信号和三号电信号，分别为经过过滤孔后的X射线强度值D₁、D₂和D₃，由X射线强度值D₂和D₃得出衰减函数μ_x1，将X射线强度值D₁除以D₃可得到一个比例值μ_y1，采用PTW剂量计测量乳腺钼靶X射线机曝光时在固定管电压的半值层H_vl1，形成一个由μ_x1，μ_y1，H_vl1形成的刻度组(μ_x1，μ_y1，H_vl1)，改变X射线机的管球电压形成另一个有刻度组，最后形成半值层刻度系数表：

根据半值层刻度系数表，即可得到半值层；

剂量测量的算法：

定义S_vk为剂量修正因子，直接根据剂量刻度因子修正表：

即可得出剂量修正因S_vk和剂量率；

曝光时间测量算法：

当半导体有信号输出时用比较器的比较电压与该信号值进行对比，当信号量大于约定有效电压值时比较器将输出高电平，单片机通过识别这个高电平信号的有无从而启停定时器，进而可测量出医用诊断X射线机的曝光时间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：解决现有技术中针对乳腺钼靶X射线装置无法通过一次曝光测量管电压、半值层、剂量和曝光时间的问题，且本发明的测量方法操作简单，准确度高，安全性好，以及测量成本低。

附图说明

图1为本发明一种测量乳腺钼靶X射线多参数的传感器阵列一个实施例的结构分解图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明一种测量乳腺钼靶X射线多参数的传感器阵列的一个实施例：一种测量乳腺钼靶X射线多参数的传感器阵列，包括电路板1和过滤盖2，在电路板1上设有由三个SI-PIN二极管组成的探测器阵列3，在所述三个SI-PIN二极管的表面加有稀土层，所述过滤盖2上位置与电路板1上探测器阵列相适应处设有三个过滤孔4，所述三个过滤孔4的厚度相互不等，所述电路板1上有三个SI-PIN的信号引出端口。

根据本发明一种测量乳腺钼靶X射线多参数的传感器阵列的一个优选实施例，所述三个过滤孔4均是边长5mm的方形孔。该孔除了起到阶梯过滤的作用外，还可起到准直效果。为了集中探测器的探测性能，特设计了边长为5mm的狭小孔，以便于减小杂散信号的影响，此外通过准直处理，可以降低相邻SI-PIN半导体探测器信号干扰，使得各探测器可独立工作。

根据本发明一种测量乳腺钼靶X射线多参数的传感器阵列的另一个实施例，所述三个过滤孔中，一号至三号过滤孔的厚度分别为2.5mm、3mm和0mm。

本发明还示出了一种乳腺钼靶X射线多参数的测量方法：一种乳腺钼靶X射线多参数的测量方法，X射线多参数包括管电压、剂量及剂量率、曝光时间和半值层，包括以下步骤：

将X射线同时照射在三个具有不同厚度的过滤孔上，过滤孔的后方设置有由三个SI-PIN二极管组成的探测器阵列，三个SI-PIN二极管和三个过滤孔一一对应，所述三个SI-PIN二极管接收到经过过滤孔过滤的X射线后，再经过AD转换器，形成三个电信号，分别为一号电信号、二号电信号和三号电信号；利用三个电信号经过计算得出管电压、剂量及剂量率、曝光时间和半值层：

管电压的计算：

获取X射线经过滤片后的形成的一号电信号和二号电信号，分别为剂量值D1和剂量值D2，结合衰减系数μ得到剂量比，将剂量比对照至剂量比值与管电压对应的数值关系表，根据所述剂量比值与管电压对应数值关系表：

即查出相应的管电压值；

半值层：

定义μ_x、μ_y为X射线衰减系数，取一号电信号、二号电信号和三号电信号，分别为经过过滤孔后的X射线强度值D₁、D₂和D₃，由X射线强度值D₂和D₃得出衰减函数μ_x1，将X射线强度值D₁除以D₃可得到一个比例值μ_y1，采用PTW剂量计测量乳腺钼靶X射线机曝光时在固定管电压的半值层H_vl1，形成一个由μ_x1，μ_y1，H_vl1形成的刻度组(μ_x1，μ_y1，H_vl1)，改变X射线机的管球电压形成另一个有刻度组，最后形成半值层刻度系数表：

根据半值层刻度系数表，即可得到半值层；

剂量测量的算法：

定义S_vk为剂量修正因子，直接根据剂量刻度因子修正表：

即可得出剂量修正因S_vk和剂量率；

曝光时间测量算法：

当半导体有信号输出时用比较器的比较电压与该信号值进行对比，当信号量大于约定有效电压值时比较器将输出高电平，单片机通过识别这个高电平信号的有无从而启停定时器，进而可测量出医用诊断X射线机的曝光时间。

根据本发明一种乳腺钼靶X射线多参数的测量方法的一个优选实施例，所述半值层刻度系数表获取方法是：

取一号电信号、二号电信号和三号电信号，分别为经过过滤孔后的X射线强度值D₁、D₂和D₃，由X射线强度值D₂和D₃得出衰减函数，μ_x1将X射线强度值D₁除以D₃可得到一个比例值μ_y1，采用PTW剂量计测量乳腺钼靶X射线机曝光时在固定管电压的半值层H_vl1，形成一个由μ_x1，μ_y1，H_vl1形成的刻度组(μ_x1，μ_y1，H_vl1)，改变X射线机的管球电压形成另一个有刻度组，最后形成成半值层刻度系数表：

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (1)

1.一种乳腺钼靶X射线多参数的测量方法，X射线多参数包括管电压、剂量及剂量率、曝光时间和半值层，其特征在于包括以下步骤：

将X射线同时照射在三个具有不同厚度的过滤孔上，过滤孔的后方设置有由三个SI-PIN二极管组成的探测器阵列，三个SI-PIN二极管和三个过滤孔一一对应，所述三个SI-PIN二极管接收到经过过滤孔过滤的X射线后，所形成的信号再经过AD转换器，形成三个电信号，分别为一号电信号、二号电信号和三号电信号；利用三个电信号经过计算得出管电压、剂量及剂量率、曝光时间和半值层：

管电压的计算：

获取X射线经过滤孔后的形成的一号电信号和二号电信号，分别为剂量值D1和剂量值D2，结合衰减系数μ得到剂量比，将剂量比对照至剂量比值与管电压对应的数值关系表，根据所述剂量比值与管电压对应数值关系表：

即查出相应的管电压值；

半值层：

定义μ_x、μ_y为X射线衰减系数，取一号电信号、二号电信号和三号电信号，分别为经过过滤孔后的X射线强度值D₁、D₂和D₃，由X射线强度值D₂和D₃得出衰减函数μ_x1，将X射线强度值D₁除以D₃可得到一个比例值μ_y1，采用PTW剂量计测量乳腺钼靶X射线机曝光时在固定管电压的半值层H_vl1，形成一个由μ_x1，μ_y1，H_vl1形成的刻度组(μ_x1，μ_y1，H_vl1)，改变X射线机的管球电压形成另一个刻度组，最后形成半值层刻度系数表：

根据半值层刻度系数表，即可得到半值层；

剂量测量的算法：

定义S_vk为剂量修正因子，直接根据剂量刻度因子修正表

即可得出剂量修正因子S_vk和剂量率；

曝光时间测量算法：

当半导体有信号输出时用比较器的比较电压与该信号值进行对比，当信号量大于约定有效电压值时比较器将输出高电平，单片机通过识别这个高电平信号的有无从而启停定时器，进而可测量出医用诊断X射线机的曝光时间。