CN105597179B - 血液辐照仪、剂量监测系统及辐照剂量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种血液辐照仪，其包括一X射线源、多个用于放置血液或制品的容器及一辐照腔体，X射线源和多个容器均设置于辐照腔体内，多个容器共同构成斗状结构环绕X射线源间隔设置，且每一容器均面向X射线源，辐照腔体的内壁设有反射穿过血液或制品的入射X光子、并使至少部分反射X光子再次穿过血液或制品的内反射层。每个容器放置的血液或制品均可直接接受X光子的辐照，利用辐照腔体的内反射层，又可使容器放置的血液或制品接受反射X光子的辐照，由此可缩短单次辐照的时间，降低单次辐照的能耗，从而可最终降低设备的运营成本。本发明还提供剂量监测系统及辐照剂量测量方法，可有效准确地测量沉积在血液或制品中射线的辐射剂量。

Description

血液辐照仪、剂量监测系统及辐照剂量测量方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种单X射线源的血液辐照仪、剂量监测系统及辐照剂量测量方法。

背景技术

输血相关性移植物抗宿主病(TA-GVHD)是免疫缺损或免疫抑制的患者不能清除输入血液中具有免疫活性的淋巴细胞，使其在体内植活、增殖，将患者的组织器官识别为非己物质，并作为靶目标进行免疫攻击、破坏的一种致命性输血并发症。TA-GVHD临床表现缺乏特异性，极易漏诊和误诊。

有研究表明引起TA-GVHD的受体输入淋巴细胞数量应大于10⁷/kg，如若低于10⁵/kg则不会引起TA-GVHD。但有报道对免疫缺陷的儿童仅10⁴/kg淋巴细胞即引发TA-GVHD。总之输入供体的淋巴细胞数量越多其病情越严重，死亡率也就越高。

目前认为输血前对血制品进行照射，是预防TA-GVHD惟一有效的方法。其机制是：淋巴细胞对射线敏感，通过适当剂量的射线照射，可使免疫活性淋巴细胞灭活，丧失增殖能力。而对红细胞、血小板的功能及凝血因子活性影响不大。

血液辐照仪就是一种使用射线照射血液或制品，对淋巴细胞进行灭活，预防输血活动中TA-GVHD疾病(输血相关性移植物抗宿主病)的医疗设备。现有技术中，血液辐照仪的的X射线利用率普遍较低，且辐照时间较长，由此导致X射线血液辐照仪的运营成本较高，不利于推广应用。

同时，为了既保证对淋巴细胞有效灭活，又保证不对红细胞、血小板的功能及凝血因子活性造成大的影响，辐照剂量需要控制一个适当范围，一般在20～50Gy之间。因此，血液辐照仪中的剂量监测系统以及测量的准确性非常重要。

发明内容

基于此，本发明提供一种剂量监测系统及辐照剂量测量方法。

一种剂量监测系统，其包括第一探测器及第二探测器，所述第一探测器设置于所述容器朝向所述X射线源的表面侧，探测穿过血液或制品之前的入射X光子和穿过血液或制品后的反射X光子，所述第二探测器设置于所述容器背离所述X射线源的表面侧，探测穿过血液或制品之后的入射X光子和穿过血液或制品之前的反射X光子。

所述剂量监测系统利用第一探测器和第二探测器可以有效地测量沉积在血液或制品中射线的辐射剂量。

本发明一较佳实施方式中，还包括连接于所述第一探测器和所述第二探测器的数据采集处理模块，所述数据采集处理模块采集并处理所述第一探测器探测的剂量数据和所述第二探测器探测的剂量数据。

由此，所述剂量监测系统利用第一探测器、第二探测器及数据采集处理模块，可以有效准确地测量沉积在血液或制品中射线的辐射剂量。

一种辐照剂量测量方法，其包括如下步骤：

S101、利用第一探测器探测获得穿过血液或制品之前的入射X光子的剂量为D0、穿过血液或制品后的反射X光子的剂量为B1，利用所述第二探测器探测穿过血液或制品之后的入射X光子的剂量为D1、穿过血液或制品之前的反射X光子的剂量为B0；

S102、在所述第二探测器靠近内反射层的一侧放置重金属板，此时所述第二探测器的测量值是为D1；

S103、在所述第二探测器远离内反射层的一侧放置重金属板，此时所述第二探测器的测量值为B0；

S104、计算血液或制品中沉积的X光子的剂量(D0-D1)+(B0-B1)＝(A-B)+2(B0-B1)，其中A、B分别为所述第一探测器和所述第二探测器的测量值。

所述辐照剂量测量方法简单易行，可以有效准确地测量沉积在血液或制品中射线的辐射剂量。

本发明一较佳实施方式中，所述重金属板的面积正好覆盖所述第二探测器。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的血液辐照仪的示意图；

图2为图1所示血液辐照仪的内部结构示意图；

图3为图2所示血液辐照仪的内部结构中区域III-III的放大示意图；

图4为本发明第二实施例提供的剂量监测系统的示意图；

图5为图4所示剂量监测系统的工作示意图；

图6为本发明第三实施例提供的辐照剂量测量方法的流程图；

图7为图6所示辐照剂量测量方法中测量获得α的方法流程图；

图8为图7所示测量获得α的方法中的步骤S1031的示意图；

图9为图7所示测量获得α的方法中的步骤S1033的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明第一实施例提供一种血液辐照仪，其包括一个X射线源10、多个用于放置血液或制品的容器20及一个辐照腔体30，所述X射线源10和所述多个容器20均设置于所述辐照腔体30内，所述多个容器20共同构成斗状结构环绕所述X射线源10间隔设置，且每一个所述容器20均面向所述X射线源10，所述辐照腔体30的内壁设有反射穿过所述血液或制品的入射X光子、并使至少部分反射X光子再次穿过血液或制品的内反射层31。

所述血液辐照仪利用环绕所述X射线源10间隔设置构成斗状结构的多个容器20装载血液或制品，可以使血液或制品环绕X射线源10，充分利用X射线源10产生的X射线，提高利用效率。而同时利用所述辐照腔体30的内壁所设置的内反射层31，又可以进一步增强所述X射线源10的利用效率。

可以理解的是，所述X射线源10具有发射X射线的X射线管。

请参阅图2，本实施例中，每一个所述容器20均包括内层21和外层23，所述内层21和所述外层23相对设置，共同构成可调节相互之间的距离的、且只允许放置一袋血液或制品的夹层。由此，可以通过控制所述容器20的内层21和外层23之间的距离，控制血液或制品的厚度，降低内层21和外层23表面辐射剂量的非均匀性。

优选地，每一个所述容器20的表面法线和所述X射线源10中X射线管的轴线的夹角均为0～90度。由此，可以使所述容器20接受X射线辐照的表面朝向所述X射线源10，并可调节所述容器20接受X射线辐照的面积。

本实施例中，所述内反射层31由反射X光子的低原子序数材料制成，模拟计算表明，所述内反射层31对X光子的反射率可以达到20％左右，具体的数值与反射材料的成分、厚度等因素有关。

进一步地，所述辐照腔体30的外壁设有由高原子序数材料制成的屏蔽吸收层33，由此，可以减少外界对所述辐照腔体30内部的干扰。

请一并参阅图2至图3，所述血液辐照仪还包括驱动每一个所述容器20独立旋转的驱动器35，本实施例中，所述驱动器35驱动每一个所述容器20顺时针或逆时针旋转。具体地，所述驱动器35为旋转电机，其通过一个传动机构40驱动每一个所述容器20独立旋转，所述传动机构40包括一个主动带轮41、一条同步带42、一个从动带轮43、一个主动齿轮44和多个从动齿轮45，所述主动带轮41套设于所述旋转电机的主轴37，并通过所述同步带42和所述从动带轮43配合实现带传动，所述从动带轮43和所述主动齿轮44固定设置于同一转轴46，所述多个从动齿轮45和所述多个容器20一一对应地通过万向节50连接，且均和所述主动齿轮44相啮合。

所述驱动器35工作时，通过其主轴37带动所述主动带轮41转动；所述主动带轮41通过所述同步带42带动所述从动带轮43转动，并实现带传动；由于所述主动齿轮44和所述从动带轮43固定设置于转轴46，因此，所述从动带轮43的转动将带动所述主动齿轮44转动；所述主动齿轮44进一步带动与其啮合的所述多个从动齿轮45转动；每一所述从动齿轮45通过所述万向节50将动力传动至对应的所述容器20，并最终实现每一个所述容器20独立旋转。

本实施例中，所述驱动器35和所述主动齿轮44之间通过带传动的方式实现动力传递，可以理解的是，并不局限于此，所述驱动器35和所述主动齿轮44之间也可以通过链传动的方式或齿轮传动的方式实现动力传递。具体地，采用链传动时，相应地将主动带轮41和从动带轮43替换为链轮，并将所述同步带42替换为链条即可。而采用齿轮传动时，将主动带轮41替换为驱动齿轮并使其和所述主动齿轮44啮合即可，当然，驱动齿轮和所述主动齿轮44之间也可以通过中间齿轮实现动力传递。只要所述驱动器35能有效驱动每一个所述容器20独立旋转即可。

本实施例中，所述主动齿轮44和每一个所述从动齿轮45均为定轴转动，即所述主动齿轮44和每一个所述从动齿轮45的转轴均固定不动。

优选地，所述多个从动齿轮45环绕所述主动齿轮44间隔设置。具体地，所述多个从动齿轮45通过其转轴设置于一个梯形台60的侧面，所述梯形台60的中心和所述X射线源的轴线同轴。可以理解的是，所述从动齿轮45的数量可以根据实际需要进行设置，如五个、六个或其他数量均可。

本实施例中，所述万向节50的一端连接对应的所述从动齿轮45的转轴，另一端连接对应的所述容器20的转轴，所述从动齿轮45的转轴和对应的所述容器20的转轴之间具有一夹角。

本实施例中，所述血液辐照仪还包括一个承载板70，所述驱动器35的主轴37通过一个轴承39设置于所述承载板70。

进一步地，所述血液辐照仪还包括一个固定设置于所述承载板70的空心固定轴80，所述空心固定轴80远离所述承载板70的一端固定所述X射线源10的X射线管。所述从动带轮43的转轴(即所述主动齿轮44的转轴)通过一个轴承(图未标示)可旋转地套设于所述空心固定轴80。由此，可以有效的实现所述驱动器35和所述传动机构40的动力传递。

可以理解的是，所述血液辐照仪还包括为所述X射线源10及所述驱动器35提供电能的高压电源90、为所述血液辐照仪进行散热的散热装置92及控制系统94。本实施例中，所述控制系统94用于控制所述高压电源90及所述散热装置92。

所述血液辐照仪的基本工作过程如下：血液或制品放置在各个容器20的夹层内，各个容器20均有一面朝向X射线源10，X射线源10开始工作，正常曝光。照射一段时间后，各个容器20在驱动器35的驱动作用下，通过万向节旋转180度，使另外一面朝向X射线源10。然后交替进行，直到剂量监测装置94监测的辐射剂量值达到预定值，X射线源10关闭，辐照结束。

可以理解的是，血袋在容器20的作用下，正反面能够交替面向X射线源10，比如第1分钟，各个容器20的第一面朝向X射线源10；第2分钟，各个容器20的第二面朝向X射线源10；第3分钟，又是第一面朝向X射线源10……，循环交替，由此将使得血液或制品受到的辐照能够更加均匀。

由此，通过驱动器35驱动环绕X射线源10的每一个装载血液或制品的容器20独立旋转，可以有效地提高X射线源10发射的X射线的利用效率。同时，通过各个容器20的正反面交替变换朝向X射线源10，可以充分提高血液或制品辐照的均匀性。此外，通过控制每一个容器20正反面交替变换接受入射X射线和反射X射线的辐照，在保证辐照均匀性的条件下，可以进一步缩短单次辐照的时间，降低单次辐照的能耗(X射线管的工作能耗和散热系统的散热能耗)，最终降低设备的运营成本。

请参阅图4，本发明第二实施例提供一种用于所述血液辐照仪的剂量监测系统，其包括第一探测器100及第二探测器110，所述第一探测器100设置于容器20朝向X射线源10的表面侧，探测穿过血液或制品之前的入射X光子和穿过血液或制品后的反射X光子，所述第二探测器110设置于所述容器20背离所述X射线源10的表面侧，探测穿过血液或制品之后的入射X光子和穿过血液或制品之前的反射X光子。

进一步地，还包括连接于所述第一探测器100和所述第二探测器110的数据采集处理模块130，所述数据采集处理模块130采集并处理所述第一探测器100探测的剂量数据和所述第二探测器探测110的剂量数据。

请参阅图5，可以理解的是，从沉积在血液中X光子的来源方向可以将X光子分为两类，一类是入射方向，另外一类为反射方向。设入射方向X光子在进入血液之前的剂量为D0，穿过血液后为D1，则入射方向的X光子在血液中沉积的剂量为(D0-D1)。设反射方向X光子在进入血液之前的剂量为B0，穿过血液后为B1，则反射方向的X光子在血液中沉积的剂量为(B0-B1)。最终，沉积在血液中X光子的剂量为(D0-D1)+(B0-B1)。

本实施例中，所述第一探测器100测量的剂量值为D0+B1，所述第二探测器110测量的剂量值为D1+B0。如果将二者直接相减，即(D0+B1)-(D1+B0)，则与真实的剂量值(D0-D1)+(B0-B1)相差2(B0-B1)。因此，由于反射X光子的存在，血液中的剂量值不能直接用所述第一探测器100和所述第二探测器110的测量差值来表示，否则存在较大误差。

请参阅图6，本发明第三实施例提供一种辐照剂量测量方法，其包括如下步骤：

S101、利用第一探测器100和第二探测器110分别获得剂量A和剂量B。

S103、数据采集处理模块130采集所述剂量A和所述剂量B，按照如下计算公式计算血液或制品中沉积的剂量X＝(A-B)+2(B0-B1)，其中，B0＝αB/(1+α)，B0为穿过血液或制品之前的反射X光子的剂量，B1为穿过血液或制品后的反射X光子的剂量，α为系统稳定值。

由于反射X光子的比例主要与内反射层31的成分、厚度相关，因此，在所述血液辐照仪中，D1与B0的比例关系是稳定的，可以设为B0＝αD1。对于同样厚度的血液，X射线的衰减比例也是相等的，可以设为D1:D0＝B1:B0＝λ。其中，α在所述血液辐照仪中是一个稳定值，通过测量可以确定；而λ则随着放置血液厚度的改变而变化，是一个变化值，无法使用。

请参阅图7，本实施例中，采用如下步骤测量获得α：

S1031、在所述第二探测器110靠近内反射层31的一侧放置重金属板115，此时所述第二探测器的测量值是为D1。

如图8所示，所述重金属板115可以为铅板或钨合金板等，其通过吸收来避免被所述内反射层31反射的X光子(即反射X光子)进入所述第二探测器110，由此可以获得入射方向X光子穿过血液后的剂量D1。

S1033、在所述第二探测器110远离所述内反射层31的一侧放置重金属板115，此时所述第二探测器110的测量值为B0。

如图9所示，此时，所述重金属板115通过吸收来避免入射方向的X光子(即入射X光子)进入所述第二探测器110，由此可以获得穿过血液或制品之前的反射X光子的剂量B0。

S1035、计算α＝B0/D1。

获得α即为B0/D1，可以作为一个已知参数存入系统中。

在实际使用过程中，所述第一探测器100和所述第二探测器110的值为测量值，即A和B，它们和α皆为已知。

由此，利用所述血液辐照仪进行辐照的血液或制品中沉积的剂量的计算公式为：

(D0-D1)+(B0-B1)＝(D0+B1)-2B1-(D1+B0)+2B0＝(A-B)+2(B0-B1)

其中，B0＝αB/(1+α)；

优选地，所述重金属板115的面积正好覆盖所述第二探测器110，同时，放置时尽量贴近所述第二探测器110。

相对于现有技术，所述血液辐照仪通过驱动器35驱动环绕X射线源10的每一个装载血液或制品的容器20独立旋转，同时利用所述辐照腔体30内壁所设的反射穿过所述血液或制品的入射X光子、并使至少部分反射X光子再次穿过血液或制品的内反射层31，可以有效地提高X射线源10发射的X射线的利用效率，进而缩短单次辐照的时间，并最终降低了设备的运营成本。

同时，本发明提供的剂量监测系统及辐照剂量测量方法可以有效且准确地测量沉积在血液或制品中射线的辐射剂量。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种剂量监测系统，其特征在于，包括第一探测器及第二探测器，所述第一探测器设置于容器朝向X射线源的表面侧，探测穿过血液或制品之前的入射X光子和穿过血液或制品后的反射X光子，所述第二探测器设置于所述容器背离所述X射线源的表面侧，探测穿过血液或制品之后的入射X光子和穿过血液或制品之前的反射X光子。

2.如权利要求1所述的剂量监测系统，其特征在于，还包括连接于所述第一探测器和所述第二探测器的数据采集处理模块，所述数据采集处理模块采集并处理所述第一探测器探测的剂量数据和所述第二探测器探测的剂量数据。

3.一种辐照剂量测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S101、利用第一探测器和第二探测器分别获得剂量A和剂量B；

S103、数据采集处理模块采集所述剂量A和所述剂量B，按照如下计算公式计算血液或制品中沉积的剂量X＝(A-B)+2(B0-B1)，其中，B0＝αB/(1+α)，B0为穿过血液或制品之前的反射X光子的剂量，B1为穿过血液或制品后的反射X光子的剂量，α为系统稳定值。

4.如权利要求3所述的辐照剂量测量方法，其特征在于，步骤S103中，采用如下步骤测量获得α：

S1031、在所述第二探测器靠近内反射层的一侧放置重金属板，此时所述第二探测器的测量值是为D1；

S1033、在所述第二探测器远离所述内反射层的一侧放置重金属板，此时所述第二探测器的测量值为B0；

S1035、计算α＝B0/D1。

5.如权利要求4所述的辐照剂量测量方法，其特征在于，所述重金属板的面积正好覆盖所述第二探测器。