CN107132566B

CN107132566B - 用于实时辐射剂量测量的有源剂量计系统

Info

Publication number: CN107132566B
Application number: CN201710108276.5A
Authority: CN
Inventors: G·H·纳尔逊; P·E·比森; A·J·莱恩
Original assignee: Thermo Eberline LLC
Current assignee: Thermo Eberline LLC
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2020-11-06
Anticipated expiration: 2037-02-27
Also published as: EP3220166A3; CN107132566A; US20170248703A1; EP3637151A1; EP3220166A2; EP3220166B1; US10365378B2

Abstract

本发明描述一种用于实时检测和传达辐射剂量的有源剂量计系统的一实施例，其包括：外围检测器，其经配置以佩戴在用户的肢端或头端区域上，所述外围检测器包含用以检测电离辐射的辐射传感器、用以确定所述电离辐射的水平的处理器，以及用以发送包括所述电离辐射的所检测水平的发射的无线装置，其中所述电离辐射水平的所述确定和所述发射实时发生；以及极接近于所述用户定位的接收器，其接收所述发射且包括告知所述用户所述电离辐射的所检测水平的接口。

Description

用于实时辐射剂量测量的有源剂量计系统

相关申请案的交叉引用

本申请案主张2016年2月29日申请的美国临时专利申请案第62/301,005号的权益。本申请案的内容以其全文引用的方式并入。

技术领域

本发明涉及有源辐射剂量计和其使用方法。

背景技术

辐射剂量计通常是指测量电离辐射的暴露量的装置并且对存在常规辐射暴露的特定行业中的工人起着至关重要的作用。对这些工人来说重要的是监测随时间推移的累计剂量，以确保其暴露量不超出安全水平值。存在多种类型的可用辐射剂量计，所述辐射剂量计分成两个通用类别。第一类别被称作“无源”剂量计，其对电离辐射具有敏感性且记录累计辐射剂量值(有时被称作“有效剂量”值或“等效剂量”值，其以“西沃特(sievert)”(例如，Sv)为单位进行测量)。无源剂量计的典型实施例不具有主动将剂量值传达给用户的能力。第二类别的剂量计被称作“有源”剂量计，其将剂量值的交流报告提供给用户。另外，有源剂量计的多种实施例通常包含告警功能，所述功能为用户提供已达到门限剂量值的听觉和/或视觉指示。

针对电离辐射的有源放射量测定法传统上聚焦于对被称作“个人剂量当量”的要素的测量。如本文所使用的术语“个人剂量当量”通常是指一定量的电离辐射，其表示国际辐射单位与测量委员会(ICRU)针对身体上一指定点下深度(d)处的组织中的剂量当量所建议的暴露量安全阈值。个人剂量当量的实例包含约H_p(10)的深部剂量当量安全阈值(例如，针对胸部暴露)和约H_p(0.07)的浅表剂量当量安全阈值(例如，针对皮肤暴露)。相关技术的所属领域技术人员了解，单独地监测肢端(手指、手、手腕)和眼睛剂量的剂量当量值为有利的，对于作为职业的一部分而可能常规地暴露的人员(例如，在介入性放射学和心脏病学以及核动力行业领域中工作的人员)来说，所述剂量当量值可包含约H_p(3)的安全阈值。

无源放射量测定装置，例如热释光剂量计(TLD)或被称作“集成式剂量计”的剂量计，已经用于监测辐射的肢端暴露量。集成式剂量计的一些实施例可能够将读数传达给用户，然而，此类装置不会在其接收可能有害辐射暴露时将实时通知提供给用户。确切地说，集成式剂量计装置的实施例提供在经延长时间段内出现的单次累计暴露读数，其中提供所述暴露读数时通常太晚而无法在实际暴露于电离辐射的时段期间采取行动。真正的有源放射量测定法提供优于无源放射量测定法的显著益处，原因在于当用户进入构成短期或长期危险的辐射场时，可“实时地”告知用户，且为用户提供离开危险位置的机会。如本文所使用的术语“实时”通常是指以与事件展开相同的速度且有时与事件展开同时地对事件进行报告、描绘或做出反应，而非延迟报告或行动。

传统的有源剂量计体积太大(例如，超过2.5cm宽、40cc体积和50gm)而导致无法佩戴在除用户躯干外的任何地方。举例来说，传统的体积庞大且沉重的有源剂量计可分散用户注意力，增加用户疲劳，且限制用户的移动自由。传统有源剂量计的所有这些方面妨碍用户有效执行其职位所要求的任务的能力。

因此，应了解，高度合乎需要的是具有轻便且小型的有源放射量测定装置，其可舒适地佩戴在肢端上或附近，所述肢端包含手指、手、手腕、腿、脚踝、脚、大脑、子宫(例如，用于测量胚胎暴露量)和眼睛。

发明内容

本文关于说明性、非限制性实施方案来描述解决这些和其它需求的系统、方法和产品。各种替代方案、修改和等效物是可能的。

另外，在一些实施例中，所述外围检测器与所述接收器通信，所述接收器自身为包括用户接口的全身剂量计或另一件个人保护性设备(PPE)。告知所述用户可包括通知(与特定阈值有关的视觉、听觉或触觉警示)且可包括量化(与所检测水平成比例的视觉、听觉或触觉表示)。

上述实施例和实施方案彼此不一定为包含性的或排它性的，且无论其是否与同一或不同实施例或实施方案结合呈现，所述实施例和实施方案都可以不冲突的和其它可能的任何方式进行组合。一个实施例或实施方案的描述不意图就其它实施例和/或实施方案来说为限制性的。另外，在替代实施方案中，在本说明书中其它地方描述的任何一或多个功能、步骤、操作或技术可与本发明内容中描述的任何一或多个功能、步骤、操作或技术组合。因此，上述实施例和实施方案为说明性的而非限制性的。

附图说明

从结合附图进行的以下详细描述中将更清楚地理解以上以及其他特征。在图式中，相同的参考标号指示相同的结构、元件或方法步骤，且参考标号的最左边数字指示参考元件第一次出现的图的编号(例如，元件110第一次出现在图1中)。然而，所有这些惯例既定是典型的或说明性的，而非限制性的。

图1为用户可佩戴的外围检测器以及接收器的一个实施例的简化图形表示；以及

图2为图1的外围检测器的一个实施例的简化图形表示，所述外围检测器包括辐射传感器和佩戴传感器。

图3为图2的辐射传感器的一个实施例的简化图形表示，所述辐射传感器包括检测器、放大器、信号处理功能和一或多个事件计数器。

在整个图式的若干视图中，相同的参考标号指代对应的部分。

具体实施方式

如下文将更详细地描述，所描述发明的实施例包含有源剂量计系统，其被配置成可佩戴在用户的肢端或头端区域上的外围检测器，所述外围检测器将实时通信提供到位于极接近所述用户处的接收器装置。另外，一些实施例包含包括辐射传感器和佩戴传感器的可佩戴外围检测器，所述佩戴传感器经配置以检测来自用户的指示所述外围检测器正佩戴在用户身体上的一多个信号。

图1提供极接近于用户101的肢端或头端区域佩戴的外围检测器110的简化说明性实例。肢端可为手指、手、手腕、手臂、脚踝、腿或身体中可能需要单独监测辐射剂量的任何其它区域。举例来说，外围监测功能可同样适用于已声明怀孕工人的补充性胚胎暴露监测。图1还说明接收器130，所述接收器从外围检测器110接收一或多个无线通信且基于所接收通信为用户101提供关于外围检测器110所检测到的辐射剂量的实时信息。在所描述实施例中，接收器130极接近于用户101定位，且可包含例如用户101佩戴的一件个人保护性设备(例如，全身剂量计或另一检测器)的一装置，所述装置包括处理器、数据存储元件和用户接口，例如显示器(例如，图形用户接口(GUI)或其它类型的接口)和/或用于听觉通信(例如，警示消息或告警)的扬声器接口。举例来说，全身剂量计中的处理器可合并外围检测器110所检测到的电离辐射水平与全身剂量计所检测到的电离辐射水平。在本实例中，来自外围检测器和全身剂量计的经合并电离辐射水平可被配置成用户剂量记录中的多个剂量变量，所述用户剂量记录存储于全身剂量计中(至少持续一过渡期)且被传达到集中式数据储存库。

可替代地，接收器130可包含智能手机、平板计算机或其它通用的具有无线功能的装置。另外，接收器130可包含可佩戴装置，例如确切地说意图将通知提供给佩戴者的戒指或手环。此类可佩戴装置可包括告知用户辐射事件的接口。如本文中关于接收器130与用户101之间的空间关系所使用的术语“极接近”通常是指用户101可明确地识别来自接收器130的信号且据此作出响应的位置范围内的位置。举例来说，可接受范围可取决于接收器130所提供的信号或信号组合(例如，听觉信号、视觉信号或机械(例如，振动)信号)的类型和/或强度。另外，接收器130的一些或所有实施例可包含处理器或微处理器以及数据存储元件。

在所描述发明的一些实施例中，外围检测器110和/或接收器130可额外提供电子访问控制和/或跟踪能力，以在用户101处于特定位置(例如，需要安全性权限的位置)时给予许可和/或进行跟踪。举例来说，外围检测器110和/或接收器130可包含某一形式的所谓的射频识别(RFID)或安全性装置可辨识的其它合适技术，所述安全性装置控制对进入受到限制和/或跟踪的位置的进入。在本实例中，外围检测器110和/或接收器130中的RFID元件将用户101识别到安全性装置，且将在已授予适当权限时允许用户101进入所述位置。另外，外围检测器110和/或接收器130可记录识别用户101何时处于所述位置的数据。

另外在一些实施例中，外围检测器110和/或接收器130可经配置以在被用户101使用或未使用时与中心基站接合。中心基站的实施例可为外围检测器110和/或接收器130提供充电能力以及网络连接，所述网络连接为外围检测器110和/或接收器130提供经由网络将数据(例如，经由无线或直接连接)发射到其它计算装置和/或接收信息(例如，软件更新、检测参数、安全识别符等)的能力。另外，中心基站的一些或所有实施例可包含处理器或微处理器以及可在稳定网络连接不可用时尤其有用的数据存储元件。

图2提供外围检测器110的说明性实例，所述检测器在物理上小型且轻量，使得用户101可在较长时间段内舒适地佩戴且允许完全自由的移动。在一些实施例中，物理上小型性质使得外围检测器110能够被用户101谨慎地佩戴，且在一些情况下不易被辨识为辐射剂量计装置。举例来说，在一些实施例中，外围检测器110经设计以在由用户101佩戴时不显眼，使得其能够用于隐蔽应用中。

外围检测器110的实施例可包含舒适地拟合贴近需要辐射测量的肢端或头端区域的可佩戴设计。可佩戴设计的实例包含例如戒指、项链、吊坠、手镯、耳机、眼镜或极贴近肢端或头端区域的其它类型可佩戴装饰品的设计。类似地，可佩戴设计的其它实例可包含例如手套、帽子、鞋子或其它类型衣服设计的衣服设计。在本实例中，外围检测器110的壳体或封装元件可由任何合适的轻量材料构造，所述材料例如橡胶、天然纤维、塑料、聚合物、金属、玻璃或其它合适材料或材料组合。

如图2中所说明，所描述发明的实施例包含辐射传感器215，其产生与用户101的肢端和/或头端区域处所经历的辐射205的剂量暴露量成正比的信号。在所描述实施例中，辐射205可包含电离辐射，例如X射线、γ射线、β粒子和中子。图2还说明佩戴传感器225，其检测佩戴信号207且产生指示外围检测器110正由用户101佩戴，且在一些实施例中佩戴于距需要辐射剂量测量的肢端或头端区域恰当距离处的信号(例如，以指示外围检测器110用作辐射传感器)。举例来说，佩戴信号207可包含一或多个生物学指标，例如温度(例如，在佩戴时大体上对应体温的温度)、身体分泌物(例如，汗水)、电活动(例如，神经肌肉活动)、组织密度(例如，经由红外光学检测)或其它可测量指标。在本实例中，佩戴信号207还可包含可通过元件检测的基于活动的信号，所述元件例如加速度计(例如，在由用户101佩戴时检测肢端的运动)或压力继电器(例如，检测用户101佩戴外围检测器110(例如，手环)所需要的压力)。

在相同或替代实施例中，佩戴信号207还可包含基于精确位置的信息，例如可包含所谓的“接收信号强度指示”(RSSI)技术的信息。RSSI为一种用于电信行业中的技术，所述技术通常包含测量所接收无线电信号中存在的功率，所述功率可以分贝(dB)每毫瓦分贝(dBm)为单位进行表达。举例来说，RSSI测量值包含0(零)到120db的范围，且测量值越接近于零，信号越强。在所描述实施例中，RSSI可用于使用佩戴信号207的相对强度的测量值来精确地识别外围检测器110相对于用户101所携带或佩戴的(例如，可包含接收器130的)一或多个其它装置的位置。

举例来说，外围检测器110可包含可佩戴眼镜样式，所述可佩戴眼镜样式使用RSSI或重力加速度来精确地识别所述眼镜正被佩戴且位于用户101的眼睛上方，而非被推到头顶、从口袋悬挂下来或用户101的身体上并非电离辐射暴露检测的既定位置的一些其它位置。换句话说，来自一或多个其它装置的佩戴信号207的强度可通过佩戴传感器225检测且通过处理器245处理，以基于佩戴信号207的所测量强度和所检测强度与相对于发出佩戴信号207的一或多个装置的身体上位置的已知相关性来识别外围检测器110在用户101身体上的特定位置。应了解，外围检测器110可包含各种可佩戴样式，且因此当前所描述实例不应为限制性的。

替代地，接收器130可使用外围检测器110的无线装置255发出的信号，以使用RSSI技术来计算用户101的身体上的特定位置。举例来说，如果外围检测器110在用户101身体上的位置与接收器130所检测到的经测量功率之间的相关性为已知的，那么可容易地计算出外围检测器110在用户101身体上的特定位置。

重要的是，辐射传感器215和佩戴传感器225两者具有低功率需求。在本文中所描述的实施例中，外围检测器110的小型性质可限制可存储于电源210中的电量。另外，可能需要外围检测器110在较长时间段内进行操作，在此情况下随时间推移的极有效电力使用为有利的。因此，高度合乎需要的是外围检测器110的所有组件在操作期间消耗尽可能少的功率。

如图2中所说明，辐射传感器215和佩戴传感器225两者与处理器245通信。在所描述实施例中，处理器245可包含任何类型的合适处理器/微处理器、控制器/微控制器或相关技术中已知的其它类型信息处理装置或其组合。另外，处理器245的实施例可包含各种已知存储器存储装置中的任一者，所述存储器存储装置可包含存储于其上的一或多个库文件。另外，存储器存储装置可具有存储于其中的控制逻辑(计算机软件程序，包含程序代码)，所述控制逻辑在由处理器245执行时使得处理器245执行本文中所描述的功能。

如图3中所说明，辐射传感器215的实施例通常包括检测器310、放大器320、信号处理器330和一或多个事件计数器340。检测器310可包含半导体晶体、PiN二极管、MOSFET(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管)、具有光电倍增管的闪烁晶体或相关技术中已知的其它类型辐射传感器。在其它实施例中，处理器245包含这些组件中的一些，例如扩增和信号处理器，其将对应于辐射检测器310所检测到的辐射205的水平的模拟信号转换为数字信号。类似地，在一些实施例中，扩增和信号处理器将对应于佩戴传感器225所检测到的佩戴信号207的模拟信号转换为数字信号。另外，一些实施例还可包含记录来自传感器215和/或225的细节的一或多个事件计数器340，所述细节例如所检测到的辐射剂量事件的数目和在一些实施方案中所检测事件是否在外围检测器110极接近于所关注肢端或头端区域时出现。

另外，处理器245的一些实施例使来自辐射传感器215的数据与来自佩戴传感器225的数据相关，以产生对用户101的实际辐射暴露量的精确评估。另外，处理器245还可使来自辐射传感器215的数据和/或来自佩戴传感器225的数据与相关联于如上文所描述的安全访问的数据相关，以便使用户101所接收的辐射暴露量与特定位置相关。在所描述实施例中的一些或全部中，接收器130的处理器245和/或处理元件可集成在一段时间内接收的数据以供存储和稍后报告(例如，经由接收器130或通过中心基站报告到如上文所描述的一或多个计算装置)。举例来说，处理器245可针对用户101在一特定位置处花费的整个时期报告用户101所经历的辐射暴露量。

举例来说，对于用户101的辐射暴露量的计算，处理器245可仅包含来自辐射传感器215的在佩戴传感器225指示用户101正佩戴外围检测器110时的时间期间所俘获的测量值。换句话说，如果用户101在其可能接收辐射暴露的移动期间未佩戴所述装置，那么有可能通过佩戴传感器225和接收器130两者检测不符合项，从而有可能限制对辐射源的接近或使用以防止无监测暴露。相反地，在辐射暴露时如果外围检测器110未佩戴或未正确地佩戴(例如，处于用户101身体上的正确位置)，那么即使辐射传感器215可记录可基于安全指标报告的辐射暴露水平，也可能不会认为所述事件对于用户101的辐射暴露量的计算具有显著意义。

相关技术中的所属领域技术人员应了解，上文所描述的元件或功能中的一些或全部可利用各种硬件或软件/固件配置或其组合。举例来说，处理器245可包含一或多个软件元件，所述软件元件提供对于上文所描述特征以及其它特征的处理能力，例如产生信息的通信封包以供经由无线装置255发射。另外，在当前所描述实例中，放大器320和信号处理器330可包含提供上文所描述特征的一或多个硬件元件和/或软件元件或两者的任何组合。

图2进一步说明无线装置255的一实施例，其可包含无线电元件和无线天线。无线装置255可经由相关技术中的所属领域技术人员已知的任何无线技术与接收器130通信且可至少部分地取决于各种指标。所述指标可包含(但不限于)发射范围、数据安全、功率需求、无线电和/或天线的物理维度、单向或双向通信或其它指标。举例来说，可使用通常所谓的“蓝牙”技术来实现直接装置到装置通信，所述蓝牙技术已成为使用短波长UHF无线电波近距离交换数据的标准。替代地，无线装置255可经由媒介与接收器130通信。使用中间装置的通信媒介的一些实例包含经由无线路由器装置进行通信的所谓的Wi-Fi和利用电信提供商所支持的蜂窝通信点的基于蜂窝通信。在本实例中，无线装置255可使用与接收器130的基于文本通信(还被称作“短消息业务”(SMS))或本领域中已知的其它通信协议。

此外，处理器245和无线装置255两者具有低功率需求。举例来说，处理器245可利用所谓的“固态”组件，其通常具有低功率利用特性。类似地，无线装置255可利用相关技术中的所属领域技术人员已知的所谓的“低功率”或“超低功率”无线发射器。

另外，如图2中所说明，当前所描述发明的实施例包含电源210，其为小型的且满足外围检测器110在各种环境条件(例如，热、冷等)中在较长时期内使用的功率需求。另外，在一些实施例中，电源210可容易地进行更换，或替代地可持续地置入外围检测器110的结构中。在所描述实施例中，电源210可包含使用基于NiMH或Li的化学物质的可再充电电池。类似地，电源210可包含可更换的一次电池，其可为或可不为可再充电的，例如标准碱性电池或所谓的“高值电容器”或“双电层电容器”。电源210还可包含这些元件的组合，例如一次电池加电容器或一次电池加可再充电电池，或相关技术中的所属领域技术人员已知的其它组合。

在本文中所描述的实施例中，外围检测器110与接收器130规则通信以为用户101提供关于辐射暴露量的实时信息。如本文所使用的术语“规则通信”是指基本上持续通信或以较短间隔周期通信，例如以约每1秒到10秒的周期发送信息。在一些实施例中，规则通信仅在用户101佩戴外围检测器110时(例如，如由佩戴传感器225所检测)发生。在所描述实施例中，辐射传感器215和经由无线装置255的通信可被置于待用模式或完全关闭，以在用户101未佩戴或携带外围检测器110的时间期间节约电力。

已描述各种实施例和实施方案，对于相关领域的技术人员来说应显而易见的是，仅借助于实例呈现的前述内容仅为说明性的且并非限制性的。将功能分布在所说明实施例的各种功能元件中的许多其它方案是可能的。任何元件的功能可在替代实施例中以不同方式执行。

Claims

1.一种用于实时检测和传达辐射剂量的有源剂量计系统，其包括：

外围检测器，其经配置以佩戴在用户的肢端或头端区域上，所述外围检测器包括辐射传感器、处理器以及无线装置，其中：

该辐射传感器经配置以检测电离辐射；

该处理器经配置以确定所述电离辐射的水平；且

该无线装置经配置以发送包括所述电离辐射的所检测水平的发射；

其中所述电离辐射的水平的所述确定和所述发射实时发生；以及

用户佩戴的全身剂量计，其极接近于所述用户定位并且经配置以接收包括来自所述外围检测器的检测到的电离辐射的水平的发射，其中所述全身剂量计合并来自外围检测器的所检测到的电离辐射的水平和所述全身剂量计所实施检测到的电离辐射的水平并包括告知所述用户合并的所检测的电离辐射的水平的接口。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述辐射传感器包括半导体晶体。

3.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述辐射传感器包括PiN二极管。

4.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述辐射传感器包括MOSFET。

5.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述外围检测器包括小型电源。

6.根据权利要求5所述的系统，其中：

所述小型电源包括可再充电电池。

7.根据权利要求6所述的系统，其中：

所述可再充电电池包括NiMH电池。

8.根据权利要求6所述的系统，其中：

所述可再充电电池包括Li电池。

9.根据权利要求5所述的系统，其中：

所述小型电源包括高值电容器。

10.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述外围检测器被配置为戒指。

11.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述外围检测器被配置为手环。

12.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述外围检测器被配置为一副眼镜。

13.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述全身剂量计定位在所述用户可明确地识别来自所述接口的信号的范围内。

14.根据权利要求13所述的系统，其中：

所述全身剂量计为智能手机或平板计算机。

15.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：

佩戴传感器，其经配置以在所述用户佩戴所述外围检测器时进行检测。

16.根据权利要求15所述的系统，其中：

所述佩戴传感器经配置以检测温度。

17.根据权利要求15所述的系统，其中：

所述佩戴传感器经配置以检测电活动。

18.根据权利要求15所述的系统，其中：

所述佩戴传感器经配置以检测身体分泌物。

19.根据权利要求15所述的系统，其中：

所述佩戴传感器包括加速度计。

20.根据权利要求15所述的系统，其中：

所述佩戴传感器经配置以检测所述外围检测器在所述用户上的特定位置。

21.根据权利要求20所述的系统，其中：

所述佩戴传感器利用RSSI技术。

22.根据权利要求15所述的系统，其中：

所述佩戴传感器包括压力继电器。

23.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述肢端为手指或手腕。

24.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述肢端为手。

25.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述肢端为脚、脚踝或腿。

26.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述头端区域包括眼睛。

27.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：

中心基站，其经配置以与所述外围检测器和所述全身剂量计接合。

28.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述外围检测器或所述全身剂量计包括访问控制元件，所述元件使得所述用户能够进入场所。

29.根据权利要求28所述的系统，其中：

所述电离辐射的所检测水平与所述场所相关。

30.根据权利要求29所述的系统，其中：

所述场所处的所述电离辐射的所检测水平在一时间段内被集成。

31.根据权利要求30所述的系统，其中：

所述时间段与所述用户在所述场所中花费的时段相关。

32.根据权利要求13所述的系统，其中：

来自外围检测器和全身剂量计的电离辐射的水平的合并值经存储为所述用户的剂量记录中的多个剂量变量。

33.根据权利要求13所述的系统，其中：

所述全身剂量计包括具有告知所述用户辐射事件的接口的可佩戴装置。

34.根据权利要求33所述的系统，其中：

所述可佩戴装置包括戒指。

35.根据权利要求33所述的系统，其中：

所述可佩戴装置包括手环。

36.根据权利要求33所述的系统，其中：

所述可佩戴装置包括手表。

37.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述外围检测器不容易被辨识为辐射剂量计装置。