CN1092797C

CN1092797C - 剂量场分布成象测量方法及装置

Info

Publication number: CN1092797C
Application number: CN 96122138
Authority: CN
Inventors: 阴泽杰
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 2002-10-16
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: CN1182882A

Abstract

本发明提供了一种剂量场分布成象测量方法及装置。该测量方法是将核辐射场中的闪烁体阵列在每一旋转位置上产生的光信号转变成电信号，然后再转变成数字信号送入计算机进行成象处理。该装置由闪烁体探测器阵列，传感器(CCD)，数据采集电路，旋转装置和计算机构成。本发明能够对核辐照剂量场的空间分布形态进行直接实时成象测量；可立即直接给出剂量场空间分布图，强度等位线和其它多项重要辐照参数；并将剂量场测量的空间分辨能力提高到亚毫米级。本发明对核物理研究，核技术应用，特别是在核医学辐照装置的剂量场测量方面都具有实用价值。

Description

剂量场分布成象测量方法及装置

本发明涉及核辐射探测领域。

目前，国内外对核辐射剂量场的强度分布及空间形态的测量，主要有感光胶片法，热释光剂量片法，丙胺酸剂量计和电离室剂量率计。使用感光胶片对剂量场的强度分布进行测量，要经过暗盒曝光、暗室冲洗，并要求有高精度的黑度读出仪，无法现场读出。热释光剂量片的一致性差，标定和读出繁琐，只能做单个点的测量，测量点直径大于4mm。丙胺酸剂量计必须使用电子顺磁共振谱仪读出，测量点大于直径1.4毫米×8毫米。电离室剂量率计只能进行定点测量，测量点直径大于4mm。这些测量方法和装置都不能进行剂量场的强度分布及空间形态的实时成象测量。

本发明的目的在于提供一种能够对核辐射剂量场的强度分布及空间形态进行实时成象测量的剂量场分布成象测量方法及装置。

本发明采用以下方式实现。

本发明方法包括使闪烁体探测器阵列在核辐射场中旋转，并将阵列中每个闪烁体在每一个旋转位置上所产生的闪烁光信号转变成电信号，然后将电信号转变成数字信号送入计算机，计算机对数字信号进行滤波反投影的成象处理和图象输出。本发明装置包括在核辐射下能够产生光信号的闪烁体探测器阵列，将光信号转变成电信号的传感器(CCD)，将电信号转变成数字信号并送到计算机处理的数据采集电路，对数据采集电路提供的数字信号进行成象处理并控制旋转装置动作的计算机，以及能够使闪烁体探测器阵列旋转的旋转装置。本发明的旋转装置由步进电机、转动轴、设置在转动轴上的法兰盘、以及控制驱动单元构成。

本发明的闪烁体探测器阵列由并列的闪烁体条构成，闪烁体条是各种核闪烁体材料或塑料闪烁光纤。本发明采用光纤来连接闪烁体探测器阵列和传感器(CCD)，或直接将闪烁体探测器阵列与光敏传感器相耦合。

本发明能够对核辐照剂量场的空间分布形态进行方便直观的直接实时成象测量；可立即直接给出剂量场空间分布图、强度等位线和其他多项重要辐照参数；可使剂量场测量的空间分辨能力提高到亚毫米级。本发明对核物理研究、核技术应用、特别是对核医学辐照如γ射线手术刀这样对射线有一定汇聚要求的辐照源的射线汇聚束斑空间形状和强度分布的实时成象测量，具有实用价值。

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

附图一，本发明闪烁体探测器阵列结构及测量方法示意图。

附图二，本发明系统电路框图。

附图三，本发明软件流程图。

附图四，摄像头(CCD)与光导光纤端平面的耦合结构图。

附图五，数据采集电路框图。

附图六，步进电机控制和驱动单元电路框图。

附图七，实时成象测量图象(照片)。

参见附图一，将做成细条形的核闪烁体或塑料闪烁光纤截成同样长度，然后并列排成一排粘在铝板上，构成一个平面结构的闪烁体探测器阵列。也可以将闪烁体条粘成上下层结构。将每一条光导光纤的一端与闪烁体条对接，另一端排成一个方阵，其端面构成一个小平面与传感器(CCD)相连接，使探测器中的每一闪烁体条所产生的光信号导出并耦合到光敏传感器(CCD)上。闪烁体探测器阵列安装在旋转装置的法兰盘上，探测器阵列平面的中心法线与转动轴的轴线重合。当步进电机带动转动轴旋转时，闪烁体探测器阵列也以自身平面的法线为轴作步进式旋转。

附图四为摄像头(CCD)与光导光纤端平面的藕合结构图。传感器(CCD)采用台湾敏通1881型面阵摄像头(CCD)。将光导光纤的端面排列成一个平面并处理平滑，然后将摄像头(CCD)聚焦在该端平面上，并用机械方法固定起来。摄像头(CCD)由12V直流电源供电，12V电源插头插入JK电源插孔。JP₁为视频信号输出端，输出信号为1V峰值的包括同步信号和视频信号在内的全电视信号。该信号由75Ω电缆线直接接入数据采集单元的视频信号输入插口JP₂。

附图五为数据采集电路框图。由JP₂输入的视频信号一路经放大器放大到5V峰值并进入A/D转换芯片AD1674转换为数字信号，通过PC机的扩展插槽进入计算机。另一路经过同步分离电路得到行、场同步信号，再通过选通门进入计算机。在要采集一帧视频信号数据时，计算机先查询到场同步信号，然后启动A/D转换电路，连续将一帧视频信号转换成数字信号并送入计算机。计算机从每帧信号中识别出每一条光导光纤所产生的光点的光强值，每帧信号中对应于H条光导光纤(每条光导光纤对应一条闪烁体探测器阵列中的一个闪烁体条)有H个光点。这样，计算机从每帧信号中可得到H个光点强度数值并构成一个数组。电路中的地址译码器由GAL芯片完成。

附图六为步进电机控制单元和功率驱动单元电路框图。其中可预置计数器用CD4516芯片，地址译码器用GAL芯片，步进电机选用小型三相步进电机，VDD为24V步进电机驱动电压，V_CC为5V步进电机保持电压，整个电路做成一个PC机扩展卡，插在PC机的扩展插槽内。要使步进电机转动一个角度，PC机先向可预置计数器CD4516中写入一个数，这时计数器中的数为非零，输出信号K把计数控制门打开，振荡器产生的方波脉冲经分频器分频后通过控制门使计数器CD4516作减法计数，直到减为零。这时CD4516的输出信号K又把控制门关闭。这一串减计数脉冲同时也送到脉冲分配器转换为三相六拍步进电机驱动控制信号，经过三极管功率驱动电路，使步进电机转动一个与计算机写入计数器CD4516的数值相对应的角度，同时也带动闪烁体探测器阵列转动一个对应的角度。

工作时，将闪烁体探测器阵列放置在待测的核辐射场中，使射线的辐射范围尽可能的垂直射在闪烁体探测器阵列上。也可以作倾斜入射测量。起动步进电机使闪烁体探测器阵列以一定的园心角作步进旋转，共旋转180度。如每次转动角度为Q，则转动180度要转动N＝180/Q次。在闪烁体探测器的每一个旋转位置上都进行一次数据采集，或进行M次数据采集并取平均，以减少噪声对信号的影响。这样，在计算机控制下，控制器阵列每旋转一步计算机采集到一个数组。计算机共采集到N组数据。计算机对所采集到的N个数组进行成象处理，得到闪烁体探测器所处测量平面上核辐照剂量场的实时空间分布图象。

实施例。

我们用直径为1MM的塑料闪烁光纤实际制作了一个6CM×6CM的闪烁体探测器阵列，在计算机的控制下构成了一个实时成象测量系统。将一块5CM厚的铅砖的中间挖出一个三角形的空洞，还在三角形的一条边的旁边钻了几个小孔，并将该铅砖平放在医用钴60辐射源的下方，使γ射线穿过铅砖上所开的孔洞垂直照射在闪烁体探测器阵列上。利用上述测量方法，得到了该辐射场的与铅砖上所挖的三角形孔洞形状一样的实时成象测量图象。

Claims

1.一种剂量场分布成象测量方法，其特征在于使闪烁体阵列在核辐射场中旋转，将阵列中每个闪烁体在每一旋转位置上所产生的闪烁光信号转变成电信号，将电信号转变成数字信号并送入计算机，计算机对数字信号进行成象处理和图象输出。

2.一种剂量场分布成象测量装置，包括对数据采集电路提供的数字信号进行成象处理并控制旋转装置动作的计算机，其特征在于还包括在核辐射下能产生光信号的闪烁体探测器阵列，将光信号转变成电信号的传感器(CCD)，将电信号转变成数字信号并送到计算机处理的数据采集电路，以及能够使闪烁体探测器阵列旋转的旋转装置，所说旋转装置由步进电机、转动轴、设置在转动轴上的法兰盘，以及控制驱动单元构成。

3.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于所说闪烁体探测器阵列由并列的闪烁体条构成。

4.如权利要求3所述的测量装置，其特征在于所说闪烁体条是核闪烁体或塑料闪烁光纤。

5.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于采用光纤来连接闪烁体探测器阵列和传感器(CCD)，或直接将闪烁体探测器阵列与光敏传感器(CCD)相耦合。