CN102590848A - 一种便携式肺计数装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便携式的肺计数装置。该装置由小型支撑装置、探测器、数字多道分析器、高压电源、低压电源、通信接口、肺计数分析软件组成。其中，探测器采用了NaI(Tl)探测器，使得本发明的肺计数装置体积小，重量轻，探测效率高，便于携带与操作。肺计数分析软件可以进行本底扣除，待积有效剂量计算。可以用于在核与辐射突发事件现场定量检测人员吸入肺部的γ放射性核素活度，并给出待积有效剂量，为现场医学诊治提供可靠数据依据。

Description

一种便携式肺计数装置
技术领域
本发明涉及一种便携式肺计数装置。
背景技术
某些放射性核素如镅、钚被人吸入后，会在肺内停留数周数月甚至数年，并且不容易从尿液中检测到，固常采用计数器对准肺部直接测量放射性核素发出的γ射线的方法来估算这些核素在肺部的沉积，据此可估算摄入量和剂量。
目前，公知的肺计数方法需要在一个由底本底钢作屏蔽的检测室里进行，探测器多采用高纯锗探测器。测量时，要求被测者躺在椅子上，并将探测器探头对准人体肺部进行γ辐射测量，测量时间一般为30分钟左右。测量完成后，通过分析谱线获取测量结果，并进行显示和打印出来。
由于这种肺计数方法以低本底环境为前提，需要构建低本底测量室，同时采用了必须在低温条件下工作的高纯锗探测器，还需要使用液氮制冷。这些限制条件使得该方法仅能在固定场所开展测量工作，并且由于计数时间长，不能快速检测出人体肺中的辐射剂量。上述技术问题使得这种肺计数方法在核与辐射突发事件发生时，不能在现场快速地筛查人员受污染程度。这时，一种可方便移动、并可定量检测人员吸入肺部的γ放射性核素活度，并给出待积有效剂量，为现场医学诊治提供可靠数据依据的便携式测量设备显得非常重要。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种便携式肺计数装置，该装置由小型支撑装置、探测器、数字多道分析器、高压电源、低压电源、通信接口、肺计数分析软件组成。本发明采用了一体化设计，将探测器、数字多道分析器、高压电源、低压电源、通信接口集成为一体。
小型支撑装置由可伸缩支架和铅屏蔽体组成。可伸缩支架由探头座、伸缩式支撑杆和折叠式支撑三脚组成。探头座用于固定肺计数器的探头，并能360度水平转动；伸缩式支撑杆连接探头座，可以调节高度；折叠式支撑三脚共有三个脚，用来固定支撑杆，折叠式支撑三脚可折叠收拢，便于携带；铅屏蔽体罩在探头外围，起屏蔽作用。
本发明采用了NaI(Tl)探测器探测γ射线，与高压电源、锂电池、数字多道分析器和通信接口一起集成在探头部分。NaI(Tl)探测器具有体积小，重量轻，无需液氮制冷，探测效率高，便于携带与操作等优点，这些优点可以实现核与辐射事故的现场测量。
数字多道分析器主要包括电源模块、主放大器、可编程增益放大器、ADC采样电路、FPGA数字信号处理模块和通信接口。电源模块分为高压模块和低压模块，高压模块给探测器的光电倍增管供电，低压模块给前置放大器、主放大器、可编程增益放大器、ADC采样电路、FPGA数字信号处理模块和通信接口供电。
其中，数字多道采用FPGA通过可编程增益放大器控制高速ADC把脉冲信号转换为数字信号并对其进行低通数字滤波、基线恢复、脉冲成形、脉冲幅度分析，并获得多道能谱，然后将能谱通过通信接口传输给上位机的肺计数分析软件进行分析处理。
肺计数分析软件把测到的能谱进行显示，计算出待积有效剂量，并能对探测器进行能量刻度和效率刻度。本发明由于采用了便携式设计，不需要低本底测量室，因此该软件还提供了本底扣除功能，可以在现场测量时将环境的本底扣除，扣除本底后可以有效降低本底辐射对测量结果的影响，使测量结果更接近真实值。
本发明解决当前肺计数方法的技术问题所采用的技术方案是：采用NaI(Tl)探测器，利用了NaI(Tl)探测器体积小，重量轻，无需液氮制冷，探测效率高，便于携带与操作等优点，同时，结合小型灵活的数字多道，方便的通信接口，上位机中的肺计数分析软件扣除本底、分析计算得出待积有效剂量、显示结果的功能，实现了肺计数器在核与辐射事故的现场测量。
附图说明
图1是本发明的硬件结构示意图；
图2为本发明中数字化γ能谱获取系统系统框图；
图3为本发明中数字多道分析器结构框图；
图4为本发明中肺计数器分析软件算法流程图；
图5为本发明中肺计数分析软件的软件框图；
图6为本发明的电源模块示意图；
图7为本发明的通信接口电路示意图；
图8为本发明的小型支撑装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更详细的说明。
参阅图1，一种便携式肺计数装置，该装置的硬件由小型支撑装置、探测器、数字多道分析器、通信接口组成。数字化γ能谱获取系统由NaI(Tl)探测器、前置放大器、主放大器、数字多道分析器、电源组成。探测器、前置放大器、主放大器、数字多道分析器、通信接口依次相连。
参阅图2，探测器实现γ辐射信号到电脉冲信号的转换。其中，NaI(Tl)探测器由NaI(Tl)闪烁晶体、光导、光电倍增管组成，实现现γ辐射信号到电脉冲信号的转换。高压电源模块与NaI(Tl)探测器相连，低压电源模块与前置放大器、主放大器、数字多道分析器、通信接口电路连接。
参阅图3，数字多道分析器包括高速ADC芯片、FPGA数字信号处理模块、时钟源一、时钟源二。其中FPGA通过可编程增益放大器控制高速ADC芯片将模拟脉冲信号转换为数字信号，并在FPGA中建立缓存一、低通数字滤波、基线恢复、脉冲成形、缓存二、脉冲幅度分析，最终获得多道能谱。
参阅图4，肺计数分析软件的算法流程如下：首先选定核素，在核素数据库中查找到该核素的特征能量，根据能量刻度，以特征能量在能谱中找到对应的峰位，并找出该能量峰的半高宽和对应的感兴趣区计算出计数率，根据效率刻度算出当前活度A，再由半衰期和衰变时间算出初始活度A0，根据A和A0算出待积有效剂量。
参阅图5，肺计数分析软件的参数设置可以进行通信接口、能量刻度、核素输入和效率刻度参数设置。能量刻度即是对肺计数器的能量进行刻度；效率刻度就是对肺计数器的计数效率进行刻度；寻峰就是根据能量刻度以特征能量在能谱中找到对应的峰位；峰面积计算就是计算能量峰的面积；待积有效剂量计算就是根据A和A0算出待积有效剂量；核素数据库就是各种核素的半衰期、生物半排期、有效半排期、特征能量、分支比、肺吸收类别、肠转移因子、对应活度中值空气动力学直径的数据库。
参阅图6，肺计数器的高压电源和低压电源由锂电池通过高压模块电路转换输出0-1000V正高压；通过低压电源模块转换输出+12V、-12V、+5V、+3.3V、+1.5V各种低高电源。
参阅图7，肺计数器与上位机的通信接口可配置为USB、以太网、Wifi、蓝牙四种通信模式，便于在多种环境下使用。
参阅图8，该小型支撑装置由支撑座、伸缩式支撑杆和折叠式支撑三脚组成。支撑座可以做360度水平转动，伸缩式支撑杆可以调节高度，折叠式支撑三脚可以折叠收拢，便于携带。

Claims (5)

1.便携式肺计数装置，其特征在于：该装置由小型支撑装置、探测器、数字多道分析器、高压电源模块、低压电源模块、通信接口、肺计数分析软件组成：
该装置采用NaI(Tl)探测器探测γ射线，其中探测器、数字多道分析器、高压电源、低压电源、通信接口集成一体；
小型支撑装置由可伸缩支架和铅屏蔽体组成；
数字多道分析器包括主放大器、可编程增益放大器、ADC采样电路、数字信号处理模块和通信接口；
电源模块包括高压模块和低压模块，高压模块给探测器的光电倍增管供电，低压模块给前置放大器、主放大器、可编程增益放大器、ADC采样电路、FPGA数字信号处理模块和通信接口供电；
肺计数分析软件可进行能谱显示、能量刻度、效率刻度、本底扣除以及待积有效剂量计算。
2.根据权利要求书1所述的便携式肺计数装置，其特征在于：所述NaI(Tl)探测器由NaI(Tl)闪烁体、光导、光电倍增管和前置放大器组成，可实现γ辐射信号到电脉冲信号的转换。
3.根据权利要求书1所述的便携式肺计数装置，其特征在于：所述小型支撑装置由可伸缩支架和铅屏蔽体组成；可伸缩支架由探头座、伸缩式支撑杆和折叠式支撑三脚组成；
探头座用于固定肺计数器的探头，并能360水平转动；伸缩式支撑杆连接探头座，可以调节高度；折叠式支撑三脚共有三个脚，用来固定支撑杆，折叠式支撑三脚可折叠收拢，便于携带；铅屏蔽体罩在探头外围，起屏蔽作用。
4.根据权利要求1所述的便携式肺计数装置，其特征在于：所述数字化多道分析器采用FPGA控制高速ADC将模拟信号转换为数字信号，并进行低通数字滤波、基线恢复、脉冲成形、脉冲幅度分析，并获得多道能谱，然后将能谱通过通信接口传输给上位机的肺计数分析软件进行分析处理。
5.根据权利要求1所述的便携式肺计数装置，其特征在于：所述肺计数分析软件的算法流程如下：首先选定核素，在核素数据库中查找到该核素的特征能量，根据能量刻度，以特征能量在能谱中找到对应的峰位，并找出该能量峰的半高宽和对应的感兴趣区计算出计数率，根据效率刻度算出当前活度A，再由半衰期和衰变时间算出初始活度A0，根据A和A0算出待积有效剂量；所述肺计数分析软件提供了本底扣除功能，可以在现场测量时将环境的本底扣除，扣除本底后可以有效降低本底辐射对测量结果的影响，使测量结果更接近真实值。
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