一种剂量当量率及放射性活度的监测终端

1.本实用新型涉及核医学技术领域，更具体的说是涉及一种剂量当量率及放射性活度的监测终端。


背景技术：

2.利用大剂量
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i去除和治疗甲状腺瘤(dtc)手术后的残留组织及转移灶已在临床治疗方面取得广泛使用。患者在服用放射性
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i后会在体内形成较强的辐射场，使患者成为一个活体移动放射源，并且会对周围接触的环境和人群构成辐射伤害。因此，大部分患者都在医院特殊病房内接受隔离住院治疗，以保证患者密切接触者(如：医护人员和家属)的健康安全。对于治疗的患者，如满足国家规定的体内的放射性活度降至低于400mbq或周围1m处国家规定的公众限制2.5μsv/h以下，并进行个体化吸收剂量计算，患者才可解除隔离。同时电离辐射防护与辐射源安全基本标准(gb18871
‑
2002)明确规定公众照射剂量约束限值0.1msv/a～0.3msv/a(100μsv/a～300μsv/a)的范围之内。
3.目前，针对甲状腺癌
131
i治疗的患者体表放射性活度监测的系统相对较少。患者的主治医师一般会根据
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i在人体内代谢的经验公式计算出患者出院的大概时间，但是由于每名患者对
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i的吸收和代谢能力不同，而且在临床治疗过程中一些主治医师为了取得更好的治疗效果，往往会适当提高患者基本治疗剂量，这就可能导致患者在出院时体内有可能还残存一定剂量的放射性，并且对周围接触的人群构成辐射伤害。
4.因此，为了切实保证与患者密切接触者的健康安全，并指导医护人员和患者家属做好个人防护，如何提供一种适用于甲状腺癌
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i治疗患者剂量当量率及放射性活度的监测终端是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种剂量当量率及放射性活度的监测终端，有效解决了现有技术中无法对患者体表放射性活度进行监测的问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种剂量当量率及放射性活度的监测终端，与上位机无线连接，包括：探测单元和控制单元；所述探测单元与所述控制单元双向电连接；
8.所述探测单元包括双路探测器和分析定标器；
9.所述双路探测器包括：光电倍增管和nai晶体，所述光电倍增管的两侧均设置有所述nai晶体；
10.其中，所述光电倍增管用于接收γ射线穿透两侧nai晶体时产生的光信号，并将所述光信号进行光电转换获取电信号；
11.所述分析定标器用于对所述光电倍增管获取到的电信号进行符合计数与比较分析；
12.所述控制单元包括控制芯片，所述控制芯片根据所述分析定标器产生的电信号计
算剂量当量率和放射性活度的值。
13.优选的，所述探测单元还包括：分压器和放大电路；
14.所述分压器与所述光电倍增管电连接，所述分压器用于为所述光电倍增管供电；
15.所述放大电路分别与所述分析定标器和所述控制单元电连接；所述放大电路用于对所述电信号进行放大，并将放大后的电信号发送至所述控制单元。
16.优选的，所述控制单元还包括模数转换电路、存储器和无线通信模块；所述模数转换电路、所述存储器和所述无线通信模块均与所述控制芯片电连接；
17.所述模数转换电路用于接收所述探测单元探测到的电信号并将电信号转换为所述数字信号；
18.所述控制芯片用于接收所述模数转换电路转换的所述数字信号，对所述数字信号进行数据处理并计算后得到所述剂量当量率和所述放射性活度的值；
19.所述存储器用于缓存所采集到的历史数据；
20.所述无线通信模块用于与所述上位机之间数据的传输。
21.优选的，还包括监控报警单元，所述监控报警单元包括红外传感器、摄像头、声光报警器；所述红外传感器、所述摄像头和所述声光报警器均与所述控制芯片电连接；
22.所述红外传感器，用于检测探测范围内是否存在待测人体，若存在待测人体则通过所述控制芯片开始所述剂量当量率和所述放射性活度的监测；
23.所述摄像头用于在所述红外传感器检测到所述待测人体后对所述待测人体进行人像采集，并将所采集到的人像数据信息发送至上位机；
24.所述声光报警器用于获取所述控制芯片所发送的报警信息，发出蜂鸣声并控制所述报警器内的报警灯闪烁；其中，所述控制芯片判断所监测到的所述剂量当量率和所述放射性活度的值是否超过阈值，若超过阈值则向所述声光报警器发送报警信息。
25.优选的，还包括显示单元，所述显示单元与控制单元电连接；
26.所述显示单元用于接收所述控制芯片计算得到所述剂量当量率和所述放射性活度的值，并进行显示。
27.优选的，还包括供电单元，所述供电单元包括电源开关、220v电源、锂电池和充电模块；
28.所述电源开关分别与所述控制芯片、所述220v电源、所述锂电池和所述充电模块电连接，用于控制监测终端电源的通断；
29.所述220v电源和锂电池分别用于为监测终端进行供电，所述充电模块用于向所述锂电池进行充电。
30.一种剂量当量率及放射性活度的测量方法，具体包括以下步骤：
31.s1.通过nai晶体获取待测放射源放射的γ射线的剂量当量率
32.s2.根据剂量当量率计算得到放射性活度a的值：放射性活度a与照射率之间的关系为：
[0033][0034]
式中：γ为γ照射率常数，r为待测放射源与探测器间的距离；
[0035]
根据剂量当量率与吸收剂量率以及照射率之间的关系获取放射性活度a与剂量当量率之间的关系，得到放射性活度a的值：
[0036][0037]
优选的，s1的具体步骤包括：待测放射源产生的γ射线穿透nai晶体产生光信号，并将所述光信号进行光电转换获取电信号；对所述电信号进行放大，将放大后的电信号转换为数字信号。
[0038]
优选的，s2的具体内容包括：
[0039]
吸收剂量率与照射率存在如下关系：
[0040][0041]
吸收剂量率与剂量当量率存在如下关系：
[0042][0043]
其中：n为所有其他修正因素的乘积，icrp指定n＝1；q为品质因数，在外照射中取q＝1，公式(3)进一步简化为：
[0044][0045]
因此放射性活度a为：
[0046][0047]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种剂量当量率及放射性活度的监测终端，该监测终端采用双路探测器，通过双路探测器的符合计数可消除本底干扰，能够有效监测待测放射源(即患者)产生的剂量当量率，并通过控制芯片根据所监测到的剂量当量率计算放射性活度，有效解决了现有技术中缺乏对患者体表放射性活性进行直接监测和计算的问题，提高了体表放射性活度监测的工作效率，并能够更加准确地获取放射性活度的值，避免了患者出院后对他人造成二次伤害的情况发生，提高了安全性；且本实用新型所公开的该放射性活度的监测方法，计算过程简单，实用性强。
附图说明
[0048]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0049]
图1附图为本实用新型提供的一种剂量当量率及放射性活度的监测终端的实体结构示意图；
[0050]
图2附图为本实用新型提供的一种剂量当量率及放射性活度的监测终端的框架结构示意图；
[0051]
图3附图为本实用新型提供的一种剂量当量率及放射性活度的监测终端的工作流程图；
[0052]
监控报警单元a1、红外传感器a11、声光报警器a13、控制单元a2、模数转换电路a21、控制芯片a22、存储器a23、无线模块a24、探测单元a3、nai晶体a31、光电倍增管a32、放大电路a33、分析定标器a34、分压器a35、供电单元a4、电源开关a41、220v电源a42、锂电池a43、充电模块a44、显示单元a5、底座a6。
具体实施方式
[0053]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0054]
本实用新型实施例公开了一种剂量当量率及放射性活度的监测终端，与上位机无线连接，且在本实施例中，如图1所示，该监测终端采用正方形立柱式结构设计，底座a6为圆盘形，并从上到下依次由监控报警单元a1、控制单元a2、探测单元a3和供电单元a4等部分模块构成，显示单元a5安装在控制单元a2的外侧，框架关系如图2所示。
[0055]
对于探测单元a3和控制单元a2：
[0056]
探测单元a3与控制单元a2双向电连接；探测单元a3包括双路探测器和分析定标器a34；
[0057]
双路探测器包括：光电倍增管a32和nai晶体a31，光电倍增管a32的两侧均设置有nai晶体a31；
[0058]
其中，光电倍增管a32用于接收γ射线穿透两侧nai晶体a31时产生的光信号，并将光信号进行光电转换获取电信号；
[0059]
分析定标器a34用于对光电倍增管a32获取到的电信号进行符合计数与比较分析；
[0060]
控制单元a2包括控制芯片a22，控制芯片a22根据分析定标器a34产生的电信号计算剂量当量率和放射性活度的值。
[0061]
为了进一步实施上述技术方案，探测单元a3还可以包括：分压器a35和放大电路a33；
[0062]
分压器a35与光电倍增管a32电连接，分压器a35用于为光电倍增管a32供电；
[0063]
放大电路a33分别与分析定标器a34和控制单元电连接；放大电路a33用于对电信号进行放大，并将放大后的电信号发送至控制单元。
[0064]
为了进一步实施上述技术方案，控制单元还包括模数转换电路a21、存储器a23和无线通信模块；模数转换电路a21、存储器a23和无线通信模块均与控制芯片a22电连接；
[0065]
模数转换电路a21用于接收探测单元a3探测到的电信号并将电信号转换为数字信号；
[0066]
控制芯片a22用于接收模数转换电路a21转换的数字信号，对数字信号进行数据处理并计算后得到剂量当量率和放射性活度的值；
[0067]
存储器a23用于缓存所采集到的历史数据；
[0068]
无线通信模块用于与上位机之间数据的传输。
[0069]
为了进一步实施上述技术方案，显示单元a5与控制单元a2电连接；
[0070]
显示单元a5用于接收控制芯片a22计算得到剂量当量率和放射性活度的值，并进
行显示。
[0071]
需要进一步说明的是：
[0072]
控制单元a2位于监控报警单元a1的下方，是监测终端控制和数据存储的核心，显示单元a5包括在外部正前方为一块5英寸纵向排布的led显示屏，显示的内容如图3所示，分两上下两行显示剂量当量率和放射性活度的数值及状态指示，其中状态指示条从左到右依次划分安全区(绿色块标识)、预警区(黄色块标识)和危险区(红色块标识)三个区域，不同色块间采用颜色梯度进行过度，状态指示条的显示区间为[0～最大量程]，黑色倒三角为状态指示条的数据指示器，形象地展示当前数值所处的剂量水平或活度水平。在控制单元a2内部，控制芯片a22是监测终端的数据采集、数据处理和传输以及任务调度的控制中枢，并负责与其他单元模块进行指令和信号的传递；存储器a23主要作为监测终端的数据存储模块，存放临时的采集数据和部分历史数据，并采用先进先出的队列方式组织和管理数据，即新进入的数据采用滚动覆盖的方式覆盖掉较早存储的数据；无线模块a24可通过wifi网络将数据打包发送给上位机进行处理。
[0073]
探测单元a3位于监测终端中部位置，内置双路nai晶体a31，光电倍增管a32位于两个nai晶体a31的中间，接收γ射线穿透两侧nai晶体a31时产生的光信号，并通过光电转换，双路模拟电信号通过分析定标器a34进行运算处理，获得上下两路的标准脉冲信号，并通过符合计算与比较分析，对天然本底信号进行过滤排除，当判断获得高于本底的数据信号后，发送给数据处理单元进行后续的处理。双路信号符合计数就是将探测器顶端的入射粒子产生的脉冲作为门脉冲，另一端作为信号脉冲，两个脉冲只有在符合电路的分辨时间内到达才被记录，本底信号和无关事件的信号因为在时间上是随机分布的，因此不满足符合条件而不被记录，即通过双路探测器的符合计数法可消除本底的干扰。放大电路a33主要将熟路探测器的微弱脉冲信号进行运放处理。模数转换电路a21实现模拟数据(电压值)与数字信号(剂量计数)之间的数据转换。
[0074]
为了进一步实施上述技术方案，监控报警单元a1包括红外传感器a11、摄像头、声光报警器a13；红外传感器a11、摄像头和声光报警器a13均与控制芯片a22电连接；
[0075]
红外传感器a11，用于检测探测范围内是否存在待测人体，若存在待测人体则通过控制芯片a22开始剂量当量率和放射性活度的监测；
[0076]
摄像头用于在红外传感器a11检测到待测人体后对待测人体进行人像采集，并将所采集到的人像数据信息发送至上位机；
[0077]
声光报警器a13用于获取控制芯片a22所发送的报警信息，发出蜂鸣声并控制报警器内的报警灯闪烁；其中，控制芯片a22判断所监测到的剂量当量率和放射性活度的值是否超过阈值，若超过阈值则向声光报警器a13发送报警信息。
[0078]
需要进一步说明的是：
[0079]
监控报警单元a1位于监测终端顶部，正前方设置了红外传感器a11和摄像头a12，内部为带有蜂鸣和红蓝灯变换闪烁功能的声光报警器a13。红外探测器可检测到前方是否有人体存在，并唤醒或启动监测终端对进入探测范围(1m处)的人员剂量当量率(以下简称剂量率)和放射性活度(以下简称活度)进行测量；摄像头可以对患者的图像进行采集，以便对患者身份的核实和生成检测报告；声光报警器a13在监测数值超过设定的阈值时触发报警，发出蜂鸣声并交替点亮红蓝色报警灯。
[0080]
为了进一步实施上述技术方案，供电单元a4包括电源开关a41、220v电源a42、锂电池a43和充电模块a44；
[0081]
电源开关a41分别与控制芯片a22、220v电源a42、锂电池a43和充电模块a44电连接，用于控制监测终端电源的通断；
[0082]
220v电源a42和锂电池a43分别用于为监测终端进行供电，充电模块a44用于向锂电池a43进行充电。
[0083]
需要进一步说明的是：
[0084]
供电单元a4位于监测终端底部，由电源开关a41、220v电源a42、锂电池a43、充电模块a44构成。供电单元a4是监测终端整体电力供应的模块，支持220v及内置锂电池a43双重供电，同时在接入220v电源a42时可以通过充电模块a44对锂电池a43进行充电，保证监测终端的长效稳定运行。
[0085]
该监测终端的工作原理为：
[0086]
首先，将该监测终端的220v电源a42插入220v电源插座中，可同时对内置锂电池a43进行充电，如果内置锂电池a43电量饱和自动关闭充电模块a44；也可在内置锂电池a43电量充足的情况下直接采用内置锂电池a43单独供电；将电源开关a41打开，电源开关a41的外圈指示灯会变为绿色，证明供电单元a4正常工作，如果外圈指示灯显示为红色则证明供电单元a4存在故障需要检修，电源开关a41未开启时外圈指示灯为熄灭状态。
[0087]
监测终端的控制芯片a22会在通电后启动，控制各单元模块开始工作，如：点亮显示屏并初始化屏显内容、启动探测单元a3各模块功能并进行运行参数的初试化设定、启动声光报警单元的红外传感器a11模块。
[0088]
当红外传感器a11模块探测到有人体进入探测范围时，启动摄像头先对人员面部进行抓拍，并将图像存入存储器a23，同时激活探测模块，双路nai晶体a31接收患者所释放的γ射线的光子，通过光电倍增管a32的光电转换功能将光子转换为电子，并通过信号放大后进行分析定标符合计数后，再通过模数转换电路a21转换为可以识别的数据，数据的采集、加工处理和存储由控制芯片a22进行综合管理，采集后的数据临时性存储到存储器a23当中并由控制芯片a22推送至显示屏进行剂量当量率和放射性活度的显示，如果采集的数据超过报警限值，则由控制芯片a22向声光报警单元发送报警指令，声光报警单元接收到指令后发出蜂鸣声并触发红蓝色报警灯的交替闪烁，待数据降至报警阈值以下时，监测终端自动解除声光报警；如果红外传感器a11未探测到有人体，则监测终端处于低功耗休眠状态。
[0089]
最后，所有采集的数据由控制芯片a22统一从存储器a23调取，按照进行约定的数据格式对数据进行封包处理，数据的推送频率按照数据时效约定时间和数据的总量进行设定，一般采取每半秒由无线模块a24发送一次，如果发送不成功则尝试重新与上位机建立连接并再次发送，超过三次失败后，间隔一段时间(如3分钟后)再进行发送。
[0090]
本实施例还公开了一种剂量当量率及放射性活度的测量方法，具体包括以下步骤：
[0091]
s1.通过nai晶体a31获取待测放射源放射的γ射线的剂量当量率
[0092]
s2.根据剂量当量率计算得到放射性活度a的值：放射性活度a与照射率之间
的关系为：
[0093][0094]
式中：γ为γ照射率常数，r为待测放射源与探测器间的距离；
[0095]
根据剂量当量率与吸收剂量率以及照射率之间的关系获取放射性活度a与剂量当量率之间的关系，得到放射性活度a的值：
[0096][0097]
为了进一步实施上述技术方案，s1的具体步骤包括：待测放射源产生的γ射线穿透nai晶体a31产生光信号，并将光信号进行光电转换获取电信号；对电信号进行放大，将放大后的电信号转换为数字信号。
[0098]
为了进一步实施上述技术方案，s2的具体内容包括：
[0099]
吸收剂量率与照射率存在如下关系：
[0100][0101]
吸收剂量率与剂量当量率存在如下关系：
[0102][0103]
其中：n为所有其他修正因素的乘积，icrp指定n＝1；q为品质因数，在外照射中取q＝1，公式(3)进一步简化为：
[0104][0105]
因此放射性活度a为：
[0106][0107]
需要进一步说明的是：
[0108]
由于
131
i一般积聚在人体的甲状腺周围，因此在一定距离范围可以将接受
131
i治疗甲状腺癌的患者视为点源，点源的照射率计算公式为公式(1)；
[0109]
一般情况下，患者的剂量当量率可以直接通过测量获得，但是放射性活度不易于测量，因此可以通过公式(1)
‑
(4)的逆向推导获得放射性活度a。如果按照患者与探测器间的距离r＝1m，γ＝2.56
×
10
‑
18
c
·
m2/kg，公式(5)则可进一步简化为：
[0110][0111]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0112]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因
此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。