RU2664840C1 - Детектор ионизирующих излучений - Google Patents
Детектор ионизирующих излучений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2664840C1 RU2664840C1 RU2017108768A RU2017108768A RU2664840C1 RU 2664840 C1 RU2664840 C1 RU 2664840C1 RU 2017108768 A RU2017108768 A RU 2017108768A RU 2017108768 A RU2017108768 A RU 2017108768A RU 2664840 C1 RU2664840 C1 RU 2664840C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- component
- tissue
- television camera
- ccd
- equivalent phantom
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области практической дозиметрии с использованием для лечения протонов и тяжелых ионов и может быть применено для лучевой терапии при определении поглощенной дозы от радиотерапевтического пучка протонов в тканеэквивалентном фантоме для медицинских целей. Детектор ионизирующих излучений содержит тканеэквивалентный фантом, пятикомпонентную линзовую оптическую систему с высокой светосилой, черно-белую телевизионную камеру с возможностью объединения сигналов группы пикселей ПЗС матрицы и дополнительным суммированием кадров до выходного устройства матрицы ПЗС и компьютер со специализированным аппаратным и программным обеспечением. Технический результат – упрощение оптической системы с сохранением качества оптического изображения, а также улучшение режимов работы телевизионной камеры. 2 ил., 1 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области практической дозиметрии с использованием для лечения протонов и тяжелых ионов и может быть применено для лучевой терапии при определении поглощенной дозы от радиотерапевтического пучка протонов в тканеэквивалентном фантоме для медицинских целей.
Известен детектор - ионный монитор, предназначенный для измерений поперечного сечения пучка ускоренных протонов в широком диапазоне энергий (П. Рейнгардт-Никулин, Ю. Калинин, С. Латушкин и др. «Ионный монитор поперечного сечения протонного пучка промежуточных энергий линейного ускорителя ИЯИ РАН» // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Ядерно-физические исследования». 2008, №3, (49), с. 55-59), содержащий ионизационный датчик в вакуумном боксе, высоковольтные источники питания, электронно-оптический преобразователь с двумя микроканальными пластинами, черно-белую телевизионную камеру с возможностью объединения сигналов группы пикселей ПЗС матрицы, с термоэлектрическим охлаждением ПЗС матрицы и компьютер со специализированным аппаратным и программным обеспечением, использующий режим накопления видеоинформации и обработку полученных изображений.
Недостатком этого детектора-ионного монитора является возможность повреждения телевизионной камеры и электронных узлов потоками вторичных γ-квантов и нейтронов.
Наиболее близким по технической сущности является детектор-ионизационный монитор, предназначенный для измерений поперечного сечения протонного пучка (П. Рейнгардт-Никулин, И. Васильев, С. Гаврилов и др. «Развитие ионизационного монитора поперечного сечения протонного пучка линейного ускорителя ИЯИ РАН» // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Ядерно-физические исследования». 2010, №2, (53), с. 39-43), содержащий ионизационный датчик в вакуумном боксе, высоковольтные источники питания, электронно-оптический преобразователь с люминофором, зеркально-линзовый тракт, состоящий из пяти линз и трех зеркал, позволяющий вывести излучение люминофора на расстояние, черно-белую телевизионную камеру с возможностью объединения сигналов группы пикселей ПЗС матрицы, с термоэлектрическим охлаждением ПЗС матрицы, оптоволоконную линию связи и компьютер со специализированным аппаратным и программным обеспечением, использующий режим суммирования последовательности кадров и обработку полученных изображений.
Недостатком этого детектора-ионизационного монитора является использование сложных и дорогих электронно-оптических преобразователей с наличием высоковольтного напряжения, сложная зеркально-линзовая оптическая система из пяти линз и трех зеркал, а также осуществление режима суммирования последовательности кадров внешним компьютером со специализированным программным обеспечением.
Задачей настоящего изобретения является уменьшение количества оптических компонентов и упрощение оптической системы с сохранением качества оптического изображения, а также улучшение режимов работы телевизионной камеры.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в детекторе ионизирующих излучений, содержащем тканеэквивалентный фантом, оптическую систему, черно-белую телевизионную камеру с возможностью объединения сигналов группы пикселей ПЗС матрицы и компьютер со специализированным аппаратным и программным обеспечением, в отличие от известного оптическая система выполнена линзовой пятикомпонентной, содержащей первый компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, второй компонент, выполненный в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, третий компонент, выполненный в виде двояковыпуклой линзы, четвертый компонент, выполненный в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, пятый компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, а телевизионная камера имеет возможность осуществлять дополнительное суммирование кадров до выходного устройства матрицы ПЗС, при этом выполняются следующие соотношения:
где X - расстояние от объектива телевизионной камеры до оси радиотерапевтического пучка протонов в тканеэквивалентном фантоме;
Y - длина тканеэквивалентного фантома;
n1, 2, 3, 4, 5 - показатели преломления материалов 1-й, 2-й, 3-й, 4-й и 5-й линз соответственно;
A - знаменатель относительного отверстия оптики сопряжения;
EЭН - освещенность в тканеэквивалентном фантоме, создаваемая свечением области энерговыделения;
EПЗС - минимальная рабочая освещенность матричного телевизионного ПЗС фотоприемника при отношении сигнал/шум, равном 10, знаменателе относительного отверстия, равном 1, при объединении nп пикселей в один и суммировании nк кадров в один.
Схема устройства детектора ионизирующих излучений показана на фиг. 1.
Детектор ионизирующих излучений содержит светозащищенный кожух 1, телевизионную камеру 2, оптическую систему 3, тканеэквивалентный фантом 4, входное окно 5, источник 6 пучка протонов 9, соединительные кабели 7, компьютер со специализированным аппаратным и программным обеспечением 8.
Оптическая система и телевизионная камера показаны на фиг. 2.
Оптическая система содержит первый компонент 11, выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, второй компонент 12, выполненный в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, третий компонент 13, выполненный в виде двояковыпуклой линзы, четвертый компонент 14, выполненный в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, пятый компонент 15, выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету. Телевизионная камера содержит матрицу ПЗС 16 и электронный узел 17.
Конструктивные параметры варианта исполнения оптической системы приведены в таблице 1.
Параметры такого варианта исполнения оптической системы для оптического канала спектрального диапазона (0,6÷1,0) мкм:
- расчетная длина волны - 0,7 мкм;
- фокусное расстояние - 4,29 мм;
- линейное поле зрения - 6,0 мм;
- относительное отверстие - 1:1
- параксиальное увеличение - -0,0162
Принцип действия детектора ионизирующих излучений заключается в следующем.
Светозащитный кожух 1 защищает тканеэквивалентный фантом 4 и телевизионную камеру 2 с оптической системой 3 от постороннего света. Оптическая система 3 позволяет разместить телевизионную камеру 2 на требуемом расстоянии X от тканеэквивалентного фантома 4, при этом выполняется следующее соотношение:
X=(0,5÷5,0)⋅Y
В варианте конструкции расстояние X составляет (250÷300) мм, величина Y составляет (280÷320) мм.
Оптическая система 3 выполнена линзовой пятикомпонентной, первый компонент 11 которой, выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, развивает угловое поле зрения. Второй компонент 12, выполненный в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету в комбинации с третьим компонентом 13, выполненным в виде двояковыпуклой линзы, и четвертым компонентом 14, выполненным в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, формируют необходимую оптическую силу и осуществляют коррекцию монохроматических поперечных аберраций оптической системы 3. Пятый компонент 15, выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, осуществляет коррекцию хроматических аберраций, астигматизма и кривизны поля зрения, при этом выполняется следующее соотношение:
n5≥n1≥n4≥n2=n3
В варианте оптической системы величины показателей преломления линз составляют: n5=2,556, n1=1,792, n4=1,651, n2=1,651, n3=1,651.
Радиотерапевтический пучок протонов 9 направляется источником 6 в тканеэквивалентный фантом 4 вдоль его оси через входное окно кожуха 5.
Слабое свечение 10, возникающее в тканеэквивалентном фантоме 4 в области энерговыделения, характеризуется длиной L с начальной координатой от входного окна тканеэквивалентного фантома 4 до пика Брэгга с резким спадом интенсивности (Институт ТиЭФ, Н.В. Марков «Дозиметрия импульсных пучков тяжелых ионов для радиобиологических исследований на ускорительном комплексе ИТЭФ-ТВН», Диссертация на соискание ученой степени к.ф.м.н. НИЦ «Курчатовский Институт». М., 2014 г.).
Оптическая система 3 формирует изображение области энерговыделения длиной L на матрице ПЗС 16 телевизионной камеры 2. Телевизионная камера 2 содержит электронный узел 17, осуществляющий формирование управляющих напряжений на матрице ПЗС 16 по алгоритму, объединяющему сигналы группы пикселей ПЗС матрицы и дополнительно суммирующему кадры телевизионной камеры до того, как сигналы попадают в выходное устройство матрицы ПЗС, т.е. до того, как к ним присоединяется шум считывания. Таким образом, сложение сигналов осуществляется без сложения шума, а шум добавляется в выходном устройстве ПЗС один раз на каждую сумму сигналов. В результате n-кратное сложение приводит к n-кратному росту отношения сигнал/шум, а не к √n, как это осуществляется при суммировании сигналов с помощью специализированного программного обеспечения. Дополнительный прирост чувствительности телевизионной камеры 2 обеспечивает высокая светосила оптической системы 3, знаменатель относительного отверстия которой выбирается из следующего соотношения:
Требуемая светосила оптической системы определяется, исходя из следующих исходных данных:
- освещенность в тканеэквивалентном фантоме, создаваемая свечением области энерговыделения EЭН=(1,6÷2,4)⋅10-4 лк;
- минимальная рабочая освещенность матричного телевизионного ПЗС фотоприемника при отношении сигнал/шум, равном 10, знаменателе относительного отверстия, равном 1, при объединении 16 пикселей (4×4) в один и суммировании 16 кадров в один, EПЗС=3⋅10-5 лк.
Подставляя значения, получаем, что светосила оптической системы 1:А должна быть в пределах от 1:0,5 до 1:2,3. Расчетная величина светосилы предлагаемого варианта исполнения составляет 1:1.
При выполнении соотношений детектор ионизирующих излучений обеспечивает требуемое качество оптического изображения и высокую светосилу оптической системы для наблюдения слабосветящихся областей, а также безопасное расстояние между электронными узлами телевизионной камеры и тканеэквивалентным фантомом.
Компьютер 8 со специализированным аппаратным и программным обеспечением располагается на удалении от кожуха 1, соединяется с телевизионной камерой 2 кабельными жгутами 7 и осуществляет измерение величины изображения 10 длины L области свечения от радиотерапевтического пучка протонов от входа в тканеэквивалентный фантом 4 до пика Брэгга, рассчитывая величину поглощенной дозы по зависимости пробег-энергия с отображением результата на мониторе оператора.
Для телевизионной камеры задаемся критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитываем:
- толщину защитного стекла фотоприемника, равную 0,7 мм;
- спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности фотоприемника и светопропускания объектива - 1,0 на длине волны 0,6 мкм, 0,9 на длине волны 0,7 мкм, 0,7 на длине волны 0,8 мкм, 0,35 на длине волны 0,9 мкм и 0,1 на длине волны 1,0 мкм;
- пространственную частоту ~20 лин/мм как частоту Найквиста для ПЗС фотоприемника с размером чувствительного элемента, равным 6,4 мкм, при сложении 16-ти элементов (4×4 элемента) в один.
Для получения гарантированного качества изображения принимаем максимальную частоту для оценки качества равной 30 лин/мм и получаем следующие расчетные значения качественных характеристик детектора ионизирующих излучений:
- для точки на оси | КПКМ=80,9% |
КПКС=80,9% | |
- для точки поля 1,5 мм от центра | |
изображения | КПКМ=56,7% |
КПКС=77,0% | |
- для точки поля 2,4 мм от центра | |
изображения | КПКМ=60,1% |
КПКС=62,8% |
Как видно из расчетов, детектор ионизирующих излучений обеспечивает отличное качество изображения для телевизионной камеры спектрального диапазона (0,6÷1,0) мкм с размером пикселя 6,4 мкм, использующей режим сложения 16-ти пикселей (4×4 пикселя - объединение 4-х пикселей по каждой из координат) в один.
Claims (10)
- Детектор ионизирующих излучений, содержащий тканеэквивалентный фантом, оптическую систему, черно-белую телевизионную камеру с возможностью объединения сигналов группы пикселей ПЗС матрицы и компьютер со специализированным аппаратным и программным обеспечением, отличающийся тем, что оптическая система выполнена линзовой пятикомпонентной, содержащей первый компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, второй компонент, выполненный в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, третий компонент, выполненный в виде двояковыпуклой линзы, четвертый компонент, выполненный в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, пятый компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, а телевизионная камера имеет возможность осуществлять дополнительное суммирование кадров до выходного устройства матрицы ПЗС, при этом выполняются следующие соотношения:
- X=(0,5÷5,0)⋅Y;
- n5≥n1≥n4≥n2=n3;
- где X - расстояние от объектива телевизионной камеры до оси радиотерапевтического пучка протонов в тканеэквивалентном фантоме;
- Y- длина тканеэквивалентного фантома;
- n1,2,3,4,5 - показатели преломления материалов 1-й, 2-й, 3-й, 4-й и 5-й линз соответственно;
- А - знаменатель относительного отверстия оптики сопряжения;
- ЕЭН - освещенность в тканеэквивалентном фантоме, создаваемая свечением области энерговыделения;
- ЕПЗС - минимальная рабочая освещенность матричного телевизионного ПЗС фотоприемника при отношении сигнал/шум, равном 10, знаменателе относительного отверстия, равном 1, при объединении nп пикселей в один и суммировании nк кадров в один.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017108768A RU2664840C1 (ru) | 2017-03-16 | 2017-03-16 | Детектор ионизирующих излучений |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017108768A RU2664840C1 (ru) | 2017-03-16 | 2017-03-16 | Детектор ионизирующих излучений |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2664840C1 true RU2664840C1 (ru) | 2018-08-23 |
Family
ID=63286752
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017108768A RU2664840C1 (ru) | 2017-03-16 | 2017-03-16 | Детектор ионизирующих излучений |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2664840C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2747365C1 (ru) * | 2020-11-06 | 2021-05-04 | Виктор Валентинович Сиксин | Способ контроля параметров пучка в процессе протонной терапии и устройство для его осуществления |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995026513A1 (en) * | 1994-03-28 | 1995-10-05 | Keithley Instruments Inc. | Radiation dose mapping systems and methods |
RU76465U1 (ru) * | 2008-05-06 | 2008-09-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Исследовательский Центр "Сниип" (Фгуп Ниц "Сниип") | Устройство для измерения дозы ионизирующих излучений |
-
2017
- 2017-03-16 RU RU2017108768A patent/RU2664840C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995026513A1 (en) * | 1994-03-28 | 1995-10-05 | Keithley Instruments Inc. | Radiation dose mapping systems and methods |
RU76465U1 (ru) * | 2008-05-06 | 2008-09-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Исследовательский Центр "Сниип" (Фгуп Ниц "Сниип") | Устройство для измерения дозы ионизирующих излучений |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
П. Рейнгардт-Никулин и др. "Развитие ионизационного монитора поперечного сечения протонного пучка линейного ускорителя ИЛИ РАН". Вопросы атомной науки и техники. Серия "Ядерно-физические исследования". 2010, N 2, (53), стр. 39-43. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2747365C1 (ru) * | 2020-11-06 | 2021-05-04 | Виктор Валентинович Сиксин | Способ контроля параметров пучка в процессе протонной терапии и устройство для его осуществления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108888286B (zh) | Pet探测器、pet探测器的设置方法及探测方法 | |
Schwiening | The barrel DIRC detector for the P¯ ANDA experiment at FAIR | |
US20190227288A1 (en) | Method for fluorescence intensity normalization | |
RU2308116C1 (ru) | Электронно-оптический преобразователь и способ получения видеоизображения | |
RU2664840C1 (ru) | Детектор ионизирующих излучений | |
Asakura et al. | X-ray imaging polarimetry with a 2.5-μm pixel CMOS sensor for visible light at room temperature | |
Sasaki et al. | Design of UHECR telescope with 1arcmin resolution and 50° field of view | |
Lacroix et al. | Simulation of the precision limits of plastic scintillation detectors using optimal component selection | |
WO2018131257A1 (ja) | 光源装置、光源制御方法および画像取得システム | |
RU2419113C1 (ru) | Оптическая система с вынесенной апертурной диафрагмой для среднего ик диапазона спектра | |
RU2570055C1 (ru) | Инфракрасный зеркально-линзовый объектив | |
RU2606699C1 (ru) | Двухканальная оптико-электронная система | |
Dhoska et al. | Improvement of the detection efficiency calibration and homogeneity measurement of Si-SPAD detectors | |
RU179244U1 (ru) | Телевизионный детектор ионизирующих излучений | |
Mitchell et al. | Quantitative high dynamic range beam profiling for fluorescence microscopy | |
US10760954B2 (en) | Quantum resolution imaging | |
RU2385476C1 (ru) | Проекционный светосильный телецентрический объектив | |
RU2672703C1 (ru) | Двухканальная зеркально-линзовая система | |
Marini et al. | The imaging fast ion D-alpha diagnostic (IFIDA) on DIII-D | |
US2902604A (en) | Scintillation converter | |
Morton et al. | Factors affecting the spectral resolution of scintillation detectors | |
US20200214541A1 (en) | Endoscopic imaging | |
Fatadin et al. | Accurate magnified near-field measurement of optical waveguides using a calibrated CCD camera | |
US20110114844A1 (en) | Gamma camera system | |
GÜL et al. | Improved analytical modulation transfer function for image intensified charge coupled devices |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200317 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20201211 |