(接上篇）
5. 等效滤过的设计考虑
首先，等效滤过在75 kV条件下必须大于等于2.5 mm铝。其次，在平板探测器时代，由于平板探测器的DQE（探测量子效率）比影像增强器低，尤其是在低剂量情况下（例如拍摄腰椎侧位时），DQE更低，因此只能通过提高C形臂的输出剂量来补偿。然而，输出剂量受88 mGy/min的皮肤入射剂量限制。因此，只能在这个最大剂量限制下，提高射线穿过人体的效率，使平板探测器接收到的剂量尽量达到法规规定的上限（对于30 cm平板探测器，限值为0.5 μGy/s）。提高射线效率的唯一办法是增加射线中硬射线的比例。在高频X射线发生器中，由于kV纹波已经很低了，通过改善管电压纹波的方式不会起作用，只能通过增加球管的总滤过来提高射线穿过人体的效率。再次，西班牙法规规定，在80 kV条件下，皮肤入射剂量不得低于25 mGy/mAs，这一规定限制了总滤过不能无限制增加。对于其他国家，虽然没有这个限值，但增加总滤过后，必然要求提高球管的输出功率，而输出功率也不能无限制地提高。对于一台C形臂，受球管阳极功率、散热和供电的限制，最大输出功率是一定的。对于肥胖病人，当kV和mA达到最大值时，总滤过越大，穿过病人达到探测器表面的剂量就越低，图像质量会变差。因此，我们需要找到一个合适的总滤过值，既照顾了探测器入射剂量尽量高（普通病人图像尽量好），又不能让最大剂量超法规，还要在肥胖病人拍片时对射线的衰减尽量小。记得以前测试过，某一款C形臂在自动透视下，当总滤过达到7.3mm 铝后，病人皮肤表面的入射剂量约为25.5mGy/mAs（80kV），滤过再大的话，皮肤表面的入射剂量就会低于这个限值了，也就是总滤过不能大于7.3mm 铝。不同的机器这个值会不同，需要实际测定。
综上所述，我们的总滤过应在2.5mm至7.3mm铝之间。对于儿科应用，要求有可拆卸的附加0.1mm铜或3.75mm铝滤过。如果将滤过设计成可拆卸的，则需要增加很多额外的设计：a. 需要检测可拆卸铝滤过是否安装，并在显示器上指示滤过的状态。
b. 设备的剂量率、剂量和DAP需要在装上和拿掉滤过的条件下分别校准。
c. 平板探测器的均匀性校准可能也需要进行两遍。
最新的法规（GB9706.254-2020）规定，这个附加滤过可以是固定的。因此，将0.1mm的铜箔固定在机器内部是一个最佳选择。也就是说，配置2.5mm铝+0.1mm铜，或者是2.5mm铝+3.5mm铝，总共达到6.0mm铝即可。记得以前参与某型号的C臂设计时，经过大量反复测试，当时设计的5.3mm（2.5mm+2.8mm）铝滤过对图像质量来说是最佳的。然而，5.3mm铝滤过存在一个尴尬问题：由于附加滤过不到3.5mm，为了满足儿科应用，还需要增加一个3.5mm可拆卸铝滤过。我当时建议将总滤过改为6mm（2.5mm+3.5mm），这样在设计和调试上会更省事。算法团队经过大量评估，认为额外增加的0.7mm铝滤过会对肥胖病人的图像质量产生影响（在kV和mA达到最大值后）。我也参加了评审，确实发现肉眼可以看出图像质量的差异。最终，我们决定保持5.3mm铝滤过的设计。现在回想起来，当时我对滤过的了解还是太少，只是基于省事的角度提出增加0.7mm铝。其实还有更好的选择，这也是最近做仿真才发现的。如果将2.8mm铝改为0.1mm铜，即可满足儿科应用中增加0.1mm铜滤过的要求，同时也满足在kV和mA达到最大值后，进入探测器的剂量更高，图像质量比单纯的5.3mm铝滤过要更好。仿真如下：110kV，300mm水模型。图上可以看出，2.5mm铝+0.1mm铜对射线的衰减略弱于2.5mm+2.8mm铝。
为什么会这样呢？标准上说的是可以加0.1mm 铜或者3.5mm 铝啊。大家肯定认为0.1mm 铜等效于3.5mm铝的滤过效果，在这儿怎么不对了呢？请看第6节。
6. 等效铝滤过的测定
大家可能是这样理解的：在射线束中放入被测滤过A，得到一个剂量值V；移除被测滤过A，放入纯铝，调整纯铝厚度以得到相同的剂量值V，此时纯铝的厚度就是被测滤过A的等效滤过。我以前也是这样认为的，但这个测量方法是错误的。实际情况更为复杂，因为不同材料对X射线的衰减方式不同。简单替换和调整纯铝厚度来匹配剂量值，忽略了材料对不同能量光子的不同衰减效应。正确的等效滤过测量方法应考虑材料的具体衰减特性，并使用标准化的测量和计算方法，以确保结果的准确性。标准方法是在75kV下测量被测滤过A的半价层，测量方法见下图：（来自YYT 0062.1—2024）![]()
对于上图，大家需要仔细看，反复看，不要漏掉每一个文字，多看几遍就看懂了，实在看不懂就给我留言吧。测试等效滤过时，对射线源的要求是固有滤过不大于0.5mm 铝。
根据上图的测试方法，用TASMICS仿真。设置75kV下，设球管的玻璃等效滤过为0.5mm 铝，加上0.1mm的铜，得到半价层为3.3301mm；把滤过换为0.5mm+3.46mm，得到半价层为3.3304。因此0.1mm 铜等效3.46mm 铝滤过。和法规上说的0.1mm 铜等效3.5mm很近似了，误差只有1.1%。
也就是说，只有在75kV下，射线滤过为0.5mm时，0.1mm 铜等效滤过为3.5mm 铝，物理意义就是此时二者半价层相同。我们接着做两个仿真：
1. 设球管发出的射线数量为1000，穿过0.1mm 铜后，射线还剩238.423；
2. 设射线数量为1000，穿过3.5mm 铝后，射线还剩213.880。
也就是0.1mm铜对75kV下的射线衰减低于3.5mm 铝。如果把kV提高到110kV，管组件滤过提高到2.5mm，此时附加0.1mm铜只相当于3mm 铝的衰减。
6. 各厂家平板C形臂的总滤过比较
当前各厂家C臂的总滤过大约有如下几种：
A：5.35mm Al
B：3mmAl +0.1mm Cu
C：1.4mm Al +0.5mm Cu
D：4.1mmAl （包含0.1mm Cu）
对上面四种滤过的射线穿透300mm水模后的射线进行仿真，设置110kV，相同的输出功率，结果如下：
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设置110kV，射球管发出的射线剂量为1000，达到探测器的所有剂量对比如下：
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平板C形臂的滤过设计，选择B方案的厂家最多，方案D应该是射线管玻璃等效0.6mm铝滤过加上0.1mm 铜。如果要考虑儿科应用，选择A和D都需要加一个可拆卸的3.5mm铝滤过或0.1mm 铜滤过。
方案C的铜滤过太厚了，在肥胖病人成像时会出现剂量不足，导致图像质量下降。
7. 滤过材料的选择
设计好了滤过的方案后就要选择材料了。
首先看铜滤过，由于只有0.1mm厚，太薄了，很难单独固定，一般都是和铝滤过压在一起。材料可以是黄铜，具体牌号不同，里面的各种其他金属含量不同，如果其他金属材料的原子序数在铜（29）附近，如锌（30），那么对滤过效果影响不大，在正式使用前必须用YY/T 0062.1—2024的方法做一个等效滤过的测量。
再来看铝滤过，铝的材料牌号很多，选择材料的时候一定要注意铝合金牌号，纯铝最好，但是纯铝太软，不好加工，易变形，因此C形臂上用纯铝做滤过的很少。和铜滤过一样，要选择合金元素原子序数接近Al的，6061铝就是最好的选择。其成分如下：
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含量比较高的镁元素（12）原子序数和铝（13）接近，其他原子序数高的金属含量少，对滤过效果影响不大。
如果用错了，例如用成了硬铝，那可能就有点麻烦了。硬铝的成分如下：
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硬铝中的铜含量高达2.2%~4.9%，取铜含量4%，如果滤过片厚度5mm，那么铜含量转换为厚度高达0.064mm，相当于多了将近2mm的铝，等效滤过误差高达40%。并且铜含量变化范围大，生产一致性很难保证。所以，千万不要用硬铝作为滤过。在管套上，射线束穿过的地方也要避免使用硬铝。
在C形臂广泛使用平板探测器的今天，总滤过的设计至关重要。通过使用TASMICS软件，我们仿真了各种滤过组合的效果。特别是，本文澄清了等效铝滤过的测试方法必须按照YY/T 0062.1—2024标准进行测量。探讨了铝滤过的设计考虑，并指出6061铝是理想的滤过材料。希望C形臂设计工程师们能够深入理解滤过设计原理，在工作中少走弯路。同时也希望医院的工作人员在了解滤过的作用后，能够选购到满意的产品。（全文完）
