CN112843359A - 一种基于电子加速器x射线的血液辐照仪及辐照方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪及辐照方法，血液辐照仪包括电子加速器系统、均整系统、剂量监视系统、辐照仓、控制系统、辐照状态提示器，电子加速器系统连接均整系统，均整系统连接剂量监视系统，剂量监视系统连接辐照仓，控制系统连接电子加速器系统、剂量监视系统以及辐照状态提示器，该方法是指该仪器的辐照方法，该发明可以弥补现有同位素血液辐照仪能量较低、安全性较差的缺点，同时也能克服基于X射线管血液辐照仪稳定性差的缺点。

Description

一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪及辐照方法

技术领域

本发明属于血液辐照技术领域，具体涉及一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪及辐照方法。

背景技术

在医院，很多的疾病都需要对患者进行输血治疗，输血的本质就是血液细胞移植过程，但是输血时体血小板或新鲜血液中都混有淋巴细胞，当这种异体的含有大量免疫活性淋巴细胞的血液或血液成分输入到免疫低下患者体内时，便可以引起“输血相关性移植物抗宿主病”的发生，输血相关性移植物抗宿主病(TA-GVHD)是指血液制品中含有免疫能力的异体淋巴细胞(主要是T淋巴细胞)，将其输入有严重免疫缺陷的受血者体内以后，在受体内迁移、增殖，进而引起严重攻击和破坏宿主体内细胞和组织的免疫反应。本病是一种罕见的严重的输血不良反应，据报道该病的发病率仅为0.01％～0.1％，但是病情严重且死亡率高达90％以上。这是近年来认识到的严重危及患者生命安全的并发症之一，辐照血是预防该并发症的主要手段。为了有效的防止输血相关性移植物抗宿主病的发生，中国国家卫生健康委员会于2018年发布了《全血和成分血使用》的推荐性标准，其中规定了全血和成分血的适应证、输注剂量和使用方法，并于2019年进行了更新，英国《辐照血液使用指南》制定了较为详细的辐照血液的应用范围，指出X射线和γ射线具有等同的血液辐照效果，均可安全应用于临床，美国血库协会制定了必须接受辐照血的标准，日本的TA-GVHD发生率相对较高，因此日本对所有红细胞、血小板与血浆等血液制品均建议采用辐照处理。

目前市场上的血液辐照仪主要分为两类：X射线血液辐照仪和同位素γ射线血液辐照仪。γ射线血液辐照仪主要采用的是放射性同位素¹³⁷Cs和⁶⁰Co进行辐照，放射性同位素作为放射性核素，属于一类放射源，使用和存放都要受到严格的安全管理和规定。目前市面上的X射线血液辐照仪均是采用的X射线管，例如珠海丽珠的开放式线型X射线管，射线能量只有160keV，采用柱状结构，技术成熟度低。因此，必要提出一种安全性高、经济性好、稳定可靠血液辐照方式。

发明人在实际使用过程中发现，这些现有技术至少存在以下技术问题：

1.放射性同位素随时都在发生衰变，产生γ射线，一旦发生泄露和丢失，将对环境和受辐照人员造成严重影响，甚至造成死亡。¹³⁷Cs和⁶⁰Co几乎全靠进口，价格十分昂贵，要在发展中国家普及十分困难，因此，发展一种自主可控、安全、稳定性高的血液辐照仪十分重要。

2.现有的开放式线型X射线管，射线能量只有160keV，采用柱状结构，技术成熟度低，照射时间较长，如果采用高流强来减小照射时间，会导致开放式X射线管的温度升高(平均管功率在2500w以上)，从而导致剂量率的变化及影响辐射场均匀性，影响辐照效果。

发明内容

为克服上述存在之不足，本发明的发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出了一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其可以弥补现有同位素血液辐照仪能量较低、安全性较差的缺点，同时也能克服基于X射线管血液辐照仪稳定性差的缺点。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其包括电子加速器系统、均整系统、剂量监视系统、辐照仓、控制系统、辐照状态提示器，电子加速器系统连接均整系统，均整系统连接剂量监视系统，剂量监视系统连接辐照仓，控制系统连接电子加速器系统、剂量监视系统以及辐照状态提示器。

根据本发明所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其进一步的优选技术方案是：所述电子加速器系统包括：电子枪、电子加速段、靶系统、冷却系统，电子枪连接电子加速段，电子加速段连接靶系统，冷却系统连接电子加速段与靶系统。

根据本发明所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其进一步的优选技术方案是：所述电子加速段包括加速通道、微波功率源和束流导引聚焦系统，加速通道一端连接电子枪，微波功率源与束流导引聚焦系统均连接加速通道。

根据本发明所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其进一步的优选技术方案是：所述加速通道为抽真空的金属管道。

根据本发明所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其进一步的优选技术方案是：所述微波功率源为磁控管，或者激励源与速调管的结合。

根据本发明所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其进一步的优选技术方案是：所述束流导引聚焦系统是圆形加速器的主导磁场或四极透镜场。

根据本发明所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其进一步的优选技术方案是：所述电子枪产生的电子能量在20KeV以下，电子加速段加速后的电子能量为1MeV-6MeV之间。

根据本发明所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其进一步的优选技术方案是：靶系统是由钨、钽、金、铜中的一种或几种构成的金属薄片。

根据本发明所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其进一步的优选技术方案是：所述冷却系统采用冷却液循环的方式对靶系统和电子加速段的各个部件进行冷却。

根据本发明所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其进一步的优选技术方案是：均整系统由多个铜片堆叠构成，形成中间厚、两边薄的圆锥状结构。

基于上述辐照仪本发明还提供了一种基于电子加速器X射线的血液辐照方法，其包括以下步骤：

S1、将血液制品放置于辐照仓；

S2、设定照射剂量阈值；

S3、电子加速器系统产生轫致辐射X射线；

S4、控制系统通过剂量监视系统持续监测实时辐照剂量及累计辐照剂量，从而判断电子加速器系统是否正常出束，正常出束则辐照状态提示器显示正常，进入下一步；异常则控制系统控制电子加速器系统停止出束，辐照状态提示器报警，系统停止工作；

S5、均整系统对X射线进行均整；

S6、均整后的X射线对血液制品进行辐照；

S7、剂量监测系统检测实时辐照剂量及累计辐照剂量，并将数据输送到控制系统，控制系统根据剂量监测系统传输的数据对辐照剂量进行监控；

S8、控制系统监测到血液制品达到预设的照射剂量阈值，停止辐照。

相比现有技术，本发明的技术方案具有如下优点：

1、安全性高：基于电子加速器X射线的血液辐照仪能够在使用时打开，不用时关闭，所以不存在放射源丢失等安全问题。

2、自主可控：与同位素辐照仪相比，放射性同位素¹³⁷Cs和⁶⁰Co几乎全靠进口，价格昂贵，因此会受到国外限制，难以在发展中国家普及，而基于电子加速器产生X射线不会受到此类限制。

3、稳定性好：电子加速器产生的X射线能量可以较为便利的高于X射线管，能够克服现有同位素血液辐照仪的安全性低，辐照时间长的缺点，同时能够弥补现有的X射线管稳定性差的不足，不会发生开放式X射线管的温度升高导致剂量率的变化及影响辐射场均匀性的情况，稳定性强，不影响辐照效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪的系统结构图。

图2是本发明一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪的电子加速器系统的结构框图。

图3是本发明一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪的电子加速段结构框图。

图4是本发明一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪的均整系统的结构示意图。

图5是本发明一种基于电子加速器X射线的血液辐照方法的系统流程图。

具体实施方式

为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

实施例：

如图1所示，一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其包括电子加速器系统、均整系统、剂量监视系统、辐照仓、控制系统、辐照状态提示器，电子加速器系统连接均整系统，均整系统连接剂量监视系统，剂量监视系统连接辐照仓，控制系统连接电子加速器系统、剂量监视系统以及辐照状态提示器。

各个系统或部件的功能如下：电子加速器系统用于产生X射线；均整系统用于对电子加速器系统产生的X射线进行均整，提高辐照角度范围内的剂量率均匀性；剂量监视系统用于实时监测辐照剂量及累计辐照剂量，由电离室或其他可以实现实时剂量率监测的设备构成；辐照仓用于放置待照射的血液制品；剂量监视系统用于持续监测实时辐照剂量率及累计辐照剂量并将结果输送到控制系统；控制系统根据剂量监视系统的数据对电子加速器系统工作状态、辐照的剂量进行实时监测，并根据对应的状态控制辐照状态显示器进行显示。

如图2所示，电子加速器系统包括：电子枪、电子加速段、靶系统、冷却系统，电子枪连接电子加速段，电子加速段连接靶系统，冷却系统连接电子加速段与靶系统。

如图3所示，电子加速段包括加速通道、微波功率源和束流导引聚焦系统，加速通道一端连接电子枪，微波功率源与束流导引聚焦系统均连接加速通道，加速通道为抽真空的金属管道，用于运输电子；微波功率源为磁控管，或者激励源与速调管的结合，用于在加速通道中提供特定频率的微波，从而实现对电子的加速。激励源与速调管的结合产生微波功率源属于现有技术，在此不再详细说明，当然其他的微波功率源在满足使用需求的前提下也可以采用；束流导引聚焦系统是圆形加速器的主导磁场或四极透镜场，其原理是是用一定形态的电磁场来引导并约束加速通道中的电子，使之沿着预定的轨道受加速电场的加速。

电子枪产生的电子能量在20KeV以下，电子加速段加速后的电子能量为1MeV-6MeV之间，电子获得更高的能量可以得到更高能量的X射线。

靶系统是由钨、钽、金、铜中的一种或几种构成的金属薄片，用于接收电子加速段传来的1MeV-6MeV的电子束流，并与电子相互作用产生轫致辐射X射线。

本实施例中的冷却系统采用是冷却液循环的方式对靶系统和电子加速段的各个部件进行冷却，但是本发明并不仅限于前述的冷却方式，比如也可以采用风冷等其他方式进行冷却。

如图4所示，均整系统由多个铜片堆叠构成，形成中间厚、两边薄的圆锥状结构，均整系统用于对电子加速器系统产生的X射线提高辐照角度范围内的剂量率均匀性。在无均整系统的情况下，电子加速器的X射线中心剂量最高，向两边呈对称分布逐渐减少。均整系统的目的是让使用范围内的X射线剂量尽可能的均匀分布。理想情况下均整片应随着射线能量的分布而呈现外部表面连续光滑，即中间厚、边沿薄的形状。本发明中只是对均整系统提出了一种较为适宜的形式，其他的符合要求的均整系统也可采用。

如图5所示，一种基于电子加速器X射线的血液辐照方法，其包括以下步骤：

S1、将血液制品放置于辐照仓；

S2、设定照射剂量阈值；

S3、电子加速器系统产生轫致辐射X射线；

S4、控制系统通过剂量监视系统持续监测实时辐照剂量及累计辐照剂量，从而判断电子加速器系统是否正常出束，正常出束则辐照状态提示器显示正常，进入下一步；异常则控制系统控制电子加速器系统停止出束，辐照状态提示器报警，系统停止工作；

S5、均整系统对X射线进行均整；

S6、均整后的X射线对血液制品进行辐照；

S7、剂量监测系统检测实时辐照剂量及累计辐照剂量，并将数据输送到控制系统，控制系统根据剂量监测系统传输的数据对辐照剂量进行监控；

S8、控制系统监测到血液制品达到预设的照射剂量阈值，停止辐照。

本发明的控制系统的作用是根据剂量监视系统的数据对电子加速器系统工作状态、对辐照的剂量进行实时监测，保证达到照射的阈值后及时停止整个仪器的工作，当出现异常的辐照剂量时，需要及时的停止电子加速器系统的工作避免持续产生X射线。只要能够实现判断与监测功能的芯片均可实现。

本发明提供的基于电子加速器X射线的血液辐照仪及辐照方法，不仅能够弥补现有同位素血液辐照仪的不足，同时也能克服基于X射线管血液辐照仪稳定性差的缺点，具体是通过采用电子加速器系统产生轫致辐射X射线，X射线经过均整系统均整后用于血液辐照。

本发明提出的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪具有以下特点：

结构简单：本系统仅只有电子加速器系统、均整系统、剂量监视系统、辐照仓、控制系统、辐照状态显示系统，再加上安全方面的屏蔽系统、门禁系统即可构成完整设备，屏蔽系统用于屏蔽X射线对外界环境的辐射，门禁系统用于对设备进行监督管理。

安全性高：与同位素辐照仪相比，放射性同位素会不断的发生衰变，存在固有的不安全性，而基于电子加速器X射线的血液辐照仪能够在使用时打开，不用时关闭，所以不存在安全问题。

自主可控：与同位素辐照仪相比，放射性同位素¹³⁷Cs和⁶⁰Co几乎全靠进口，价格昂贵，因此会受到国外限制，难以在发展中国家普及。

降低辐照时间且稳定性好：与X射线管血液辐照仪相比，X射线管射线能量只有160keV，采用柱状结构，技术成熟度低，照射时间较长，采用高强度的X射线可以有效减小照射时间，但是会导致开放式X射线管的温度升高(平均管功率在2500w以上)，从而导致剂量率的变化及辐射场均匀性，稳定性差，影响辐照效果；但是基于电子加速器的血液辐照仪产生的X射线流强高，解决辐照时间长的缺点的同时能够弥补现有的X射线管稳定性差的不足。

相较于S波段和C波段直线加速器，X波段加速器各个部件及整机系统具有体积小、重量轻、加速梯度及击穿场更强等优势。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其特征在于，其包括电子加速器系统、均整系统、剂量监视系统、辐照仓、控制系统、辐照状态提示器，电子加速器系统连接均整系统，均整系统连接剂量监视系统，剂量监视系统连接辐照仓，控制系统连接电子加速器系统、剂量监视系统以及辐照状态提示器。

2.根据权利要求1所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其特征在于，所述电子加速器系统包括：电子枪、电子加速段、靶系统、冷却系统，电子枪连接电子加速段，电子加速段连接靶系统，冷却系统连接电子加速段与靶系统。

3.根据权利要求2所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其特征在于，所述电子加速段包括加速通道、微波功率源和束流导引聚焦系统，加速通道一端连接电子枪，微波功率源与束流导引聚焦系统均连接加速通道。

4.根据权利要求3所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其特征在于，所述加速通道为抽真空的金属管道。

5.根据权利要求3所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其特征在于，所述微波功率源为磁控管，或者激励源与速调管的结合。

6.根据权利要求3所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其特征在于，所述束流导引聚焦系统是圆形加速器的主导磁场或四极透镜场。

7.根据权利要求2所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其特征在于，所述电子枪产生的电子能量在20KeV以下，电子加速段加速后的电子能量为1MeV-6MeV之间。

8.根据权利要求2所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其特征在于，靶系统是由钨、钽、金、铜中的一种或几种构成的金属薄片。

9.根据权利要求2所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其特征在于，所述冷却系统采用冷却液循环的方式对靶系统和电子加速段的各个部件进行冷却。

10.根据权利要求1所述的一种基于电子加速器X射线的血液辐照仪，其特征在于，均整系统由多个铜片堆叠构成，形成中间厚、两边薄的圆锥状结构。

11.一种基于电子加速器X射线的血液辐照方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、将血液制品放置于辐照仓；

S2、设定照射剂量阈值；

S3、电子加速器系统产生轫致辐射X射线；

S4、控制系统通过剂量监视系统持续监测实时辐照剂量及累计辐照剂量，从而判断电子加速器系统是否正常出束，正常出束则辐照状态提示器显示正常，进入下一步；异常则控制系统控制电子加速器系统停止出束，辐照状态提示器报警，系统停止工作；

S5、均整系统对X射线进行均整；

S6、均整后的X射线对血液制品进行辐照；

S7、剂量监测系统检测实时辐照剂量及累计辐照剂量，并将数据输送到控制系统，控制系统根据剂量监测系统传输的数据对辐照剂量进行监控；

S8、控制系统监测到血液制品达到预设的照射剂量阈值，停止辐照。

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