一种用于闪烁光纤剂量计刻度的光源装置

1.本实用新型涉及闪烁体辐射探测技术领域，尤其是指一种用于闪烁光纤剂量计刻度的光源装置。


背景技术：

2.实时的介入式剂量验证是临床放疗过程中最直接的质量控制手段，其关键是适用于介入式剂量测量的剂量计或剂量成像设备。闪烁光纤剂量计是一种可用于实时介入式剂量测量的点剂量计，其具有组织等效性好、耐辐射、小体积、高位置分辨以及高可靠测量精度等优点。闪烁光纤剂量计一般由四部分组成，即：闪烁体、白光纤、光电转换器件及弱电流测量装置。其中，闪烁体作为辐射探测介质，与射线相互作用产生光子，其光子产额与射线在探测器中的沉积能量成正比；白光纤用于将闪烁体产生的光子传输至光电转换器件；光电转换器件用于将光信号转化为便于测量的电信号；弱电流测量装置用于测量光电转换器件输出的电信号，从而达到剂量测量的目的。
3.刻度是闪烁光纤剂量计应用的前提，即需首先建立射线强度即剂量大小与光电转换器件弱电流之间的关联。基于刻度结果，在测量未知强度的射线时，可利用测量得到的弱电流大小得到射线强度的信息。但一般射线装置的射线强度的动态范围有限，单一装置很难满足闪烁光纤剂量计刻度的需求。此外，稳定性也是剂量计的一个主要指标，包括环境稳定性和长期工作稳定性等，这需要对剂量计进行长期测试，但射线装置很难连续的长期工作。为了解决上述两个问题，可设计发光装置，使其发光性质与闪烁体受辐射激发的光性质相似，但发光强度等可直接控制。要基于此类等效光源，研究剂量计的稳定性和剂量响应等特征，因此，合理的替代光源是闪烁光纤剂量计刻度、测试以及研发过程中必要的工具。
4.针对可用于闪烁光纤剂量计刻度的替代光源，现有技术主要是已申请的专利“一种用于对闪烁体发光强度进行刻度的替代光源装置”，在该专利中，led发光光强由脉冲发生器发射的电脉冲高度和占空比来控制，led发光经由白光纤传输至待刻度的系统。当需非常弱的光强度即测量低剂量时，使用光衰减片进一步衰减光强度。但该led脉冲光源的光谱成份固定，不能改变光谱成份，不能用于刻度切伦科夫光对闪烁光纤剂量计的影响，这使得该替代光源只能用于低能x射线或近距离放疗等放疗场景下，而不能作为更广泛的兆伏级常规放疗或质子重离子放疗中的闪烁体的替代光源。对于闪烁光纤剂量计，除射线与闪烁体相互作用产生的光子，当高能带电粒子的速度大于光在闪烁体中的速度时会产生切伦科夫光。切伦科夫光并不直接线性正比于射线在闪烁体中沉积的能量，故精准的剂量测量，必需扣除切伦科夫光的影响。


技术实现要素：

5.为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中替代光源发光强度动态范围单一，且光谱成分不可调导致不能去除切伦科夫光影响的问题。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于闪烁光纤剂量计刻度的光源装
置，其特征在于，包括屏蔽外壳，所述屏蔽外壳内包括pcb板，所述pcb板上设置有发光电路，所述发光电路包括：
7.输入端，用于与外部脉冲发生器连接；
8.第一发光支路，包括第一电位器与红色led灯，所述第一电位器一端接输入端，另一端接所述红色led灯的阳极，所述红色led灯的阴极接地；
9.第二发光支路，与所述第一发光支路并联，包括第二电位器与蓝色led灯，所述第二电位器一端接输入端，另一端接所述蓝色led灯的阳极，所述蓝色led灯的阴极接地；
10.第三发光支路，与所述第一发光支路并联，包括第三电位器与第三色led灯，所述第三电位器一端接输入端，另一端接所述第三色led灯的阳极，所述第三色led灯的阴极接地；
11.传输光纤，插置在所述屏蔽外壳的光纤插置孔内，与外部光电转换器连接，用于传输可见光。
12.在本实用新型的一个实施例中，所述第三色led灯为黄色led灯或绿色led灯。
13.在本实用新型的一个实施例中，所述传输光纤与所述pcb板之间设置有垂直于所述传输光纤的光衰减片。
14.在本实用新型的一个实施例中，所述第一电位器、所述第二电位器与所述第三电位器均为旋钮式滑动变阻器。
15.在本实用新型的一个实施例中，所述的用于闪烁光纤剂量计刻度的光源装置，其特征在于，所述屏蔽外壳包括：
16.容置外壳，用于固定pcb板，设置为圆形皿状，皿状的圆形底面上设置有脉冲信号输入端口孔道与用于卡嵌固定所述旋钮式滑动变阻器的旋钮式滑动变阻器旋钮孔道；
17.准直外壳，设置为直圆柱形，一底面中心设置有光纤插置孔，另一侧用于与所述容置外壳螺纹连接。
18.在本实用新型的一个实施例中，所述脉冲发生器通过bnc接口将输出的激励脉冲由所述脉冲信号输入端口孔道引入到所述屏蔽外壳内。
19.在本实用新型的一个实施例中，所述屏蔽外壳为铝壳。
20.在本实用新型的一个实施例中，所述传输光纤插置到光纤插置孔后利用热熔胶或避光胶带在光纤插置孔的外侧端口进行封口固定。
21.在本实用新型的一个实施例中，所述发光电路还包括：
22.第一滤波电容，其一端连接所述输入端，其另一端接地；
23.第二滤波电容，与所述第一滤波电容并联。
24.在本实用新型的一个实施例中，所述第一滤波电容的电容值为100μf，所述第二滤波电容的电容值为100nf。
25.本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
26.本实用新型所述的一种用于闪烁光纤剂量计刻度的光源装置，通过调节脉冲发生器的参数来统一控制所有led灯的发光强度，通过调节各支路上电位器的阻值大小来分别调节红色led灯、蓝色led灯与第三色led灯的发光强度，进而实现对输出光源光谱成分的调节；通过设置滤波电容，滤除了输入端输入的激励脉冲中含有的高频和低频的噪音；因电位器阻值可连续调节，实现了led灯发光光强相对强弱的连续可调，大大扩展了输出光源强度
的动态范围；且在pcb板和传输光纤之间垂直于传输光纤设置了光衰减片，扩展了输出光源在低发光强度的动态范围；所述光源装置在刻度剂量计时，利用其光谱成分可调的特性，得到红光和蓝光通过光电转换器件的电流与其光谱成分的依赖关系，基于该依赖关系即可根据电流计算出不同光谱成分光的贡献以及波长较短的切伦科夫光的贡献，从而去除切伦科夫光的影响。
附图说明
27.为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
28.图1是脉冲发生器发射的激励脉冲幅度的时间结构与led发光光强的时间结构对比示意图；
29.图2是本实用新型实施例所提供的光源装置的电路图；
30.图3是本实用新型实施例所提供的光源装置的pcb设计图；
31.图4是本实用新型实施例所提供的光源装置的技术方案示意图；
32.图5是本实用新型实施例所提供的容置外壳设计图；
33.图6是本实用新型实施例所提供的准直外壳设计图。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
35.刻度和稳定性测试是闪烁光纤剂量计应用于实际临床的前提。光谱成份和光强连续可调的替代光源是闪烁光纤剂量计研究和刻度切伦科夫光的必要工具，这也是闪烁光纤剂量计用于兆伏级常规放疗或质子重离子放疗中的前提。
36.本实用新型实施例提供了一种用于闪烁光纤剂量计刻度的光源装置，通过将红色、蓝色和黄色三种不同颜色的led灯分别与电位器串联之后再并联起来，并联输入端接脉冲发生器，并联输出端接地；由脉冲发生器发出的电脉冲同时激励三条支路上的led灯，使之发光，并通过调节脉冲发生器的参数来统一控制led灯的发光光强，通过调节各支路电位器阻值大小来调节各支路led灯的发光光强，进而合成不同光谱成分的输出光源。
37.红、黄、蓝三色光分别覆盖了光谱范围的760-622nm,597-577nm,450-435nm。红光和黄光用于等效闪烁体发出的正比于射线剂量沉积的闪烁光，而蓝光用于等效射线在光纤中发出的切伦科夫光。
38.其中黄色光可被绿色光替代，绿色光的光谱范围为577nm-420nm，其作用与黄色一致，用于和红色光配合等效闪烁体发出的正比于射线剂量沉积的闪烁光。
39.实施例1：
40.常规放疗的射线脉冲宽度持续4μs-6μs，射线束脉冲频率180hz-400hz。led响应快，普通的led即可达到微秒级的响应，这使得led发光光强的时间结构与脉冲发生器发射的激励脉冲幅度的时间结构相同，如图1所示。因此，基于普通的led即可设计出满足常规放疗场景的脉冲等效光源。
41.参照图2所示，本实用新型实施例所提供的光源装置的发光电路设计为：
42.输入端，用于与外部脉冲发生器连接；第一发光支路，包括旋钮式滑动变阻器r1与红色发光二极管led1，所述旋钮式滑动变阻器r1一端接输入端，另一端接所述红色发光二极管led1的阳极，所述红色发光二极管led1的阴极接地；第二发光支路，与所述第一发光支路并联，包括旋钮式滑动变阻器r3与蓝色发光二极管led3，所述旋钮式滑动变阻器r3一端接输入端，另一端接所述蓝色发光二极管led3的阳极，所述蓝色发光二极管led3的阴极接地；第三发光支路，与所述第一发光支路并联，包括旋钮式滑动变阻器r2与黄色发光二极管led2，所述旋钮式滑动变阻器r2一端接输入端，另一端接所述黄色发光二极管led2的阳极，所述黄色发光二极管led2的阴极接地；发光电路还设计有旁路电容支路，第一滤波电容c1和第二滤波电容c2并联后，并联的一端接所述输入端，另一端接地，用于滤除输入端输入激励脉冲中含有的高频和低频的噪音。
43.其中，脉冲发生器发射的电脉冲可同时激励三条支路上的led灯发光，通过电脉冲高度和占空比来统一控制三条支路上led灯的发光光强，即通过调整输入脉冲的频率和幅度来调节led灯发出的等效光脉冲的频率和强度，从而实现射线强度的模拟。
44.led灯与电位器串联，在相同的电激励脉冲条件下，led灯发光光强与电位器的阻值成反比，即电阻越大，电阻对激励脉冲的分压越大，从而导致led灯分压减小，发光光强变小。因此可通过调节与led灯串联的电位器的阻值，来调节led灯的发光光强。每一支路上的电位器都可单独调节该支路上led灯的电压，单独控制每一条支路上led灯的发光光强；三种不同颜色的led灯发出的光经过合成，模拟出近似连续的光谱，实现了对合成光源内光谱成份的调节，进而可以对闪烁光纤剂量计进行刻度。
45.切伦科夫光的光谱成份依赖于入射射线的能量和介质本身的折射率，相对于闪烁体发光，切伦科夫光波长较短，利用光谱成分可调的等效光源装置来刻度剂量计，得到光谱敏感范围的光电转换器件的电流与不同光谱成分的依赖关系，基于该刻度的依赖关系，即可根据测量电流计算出不同光谱成分的贡献以及切伦科夫光的贡献。
46.在本实用新型实施例中就是基于光谱扣除的原理来扣除切伦科夫光影响的，在使用前，利用本实用新型实施例提供的光源装置来刻度剂量计，分别得到蓝光与红光光谱范围下光电转换器的电流与光谱成分的依赖关系，基于该依赖关系，根据光电转换器的电流计算出红光和蓝光的贡献以及切伦科夫光的贡献，并在刻度系统中扣除切伦科夫光的影响。
47.在本实用新型的一个实施例中，传输光纤采用白光纤，将三个led灯以等边三角形的形状合理设置在pcb板上，将一根经过端面抛光的白光纤置于光纤插置孔中，三个led灯发出的光融合再由白光纤传输至待刻度的系统。
48.当需要低强度的光时，通过螺纹连接处打开屏蔽外壳，将光衰减片垂直于白光纤用胶带粘贴固定在pcb板与白光纤之间，使用光衰减片进一步衰减光强度，扩大该光源装置在低发光强度的光谱范围，使pcb板上发出的光经过光衰减片后到达白光纤，由白光纤引出到外部光电转换器；当不需要使用光衰减片时，通过螺纹连接处拧开屏蔽外壳，将用胶带粘贴的光衰减片取出，使pcb板上的光源融合后直接到达白光纤，由白光纤引出到外部光电转换器。
49.如图3所示的pcb设计图，在本实用新型提供的实施例中，将三个led灯焊接在电路板上，由于要外接旋钮式滑动变阻器，电路板起到固定三个led灯的作用，电路板上仅设计
固定led灯、旋钮式滑动变阻器与滤波电容的焊孔与线路。将如图4所示的电路结构焊接在pcb板上，led灯从左向右，依次焊接在第一排的两列焊孔上，其中负极焊接在右侧有并联线路装置的电路板焊孔，正极连接同支路的旋钮式滑动变阻器；旋钮式滑动变阻器另一端并联通过滤波电容支路接入脉冲发生器；滤波电容支路有两个并联的滤波电容，并联后的另一端接地，其中第一滤波电容的电容值为100μf，第二滤波电容的电容值为100nf，两个并联的滤波电容扩宽了滤波的频率范围。
50.在本实用新型的一个实施例中，第一滤波电容作为旁路电容，用于过滤来自外部脉冲发生器中的高频噪音，使干扰信号直接回流到地；第二滤波电容作为去耦电容，用于减少脉冲信号的频率变动对光源装置的影响，储存电能，为光源装置提供瞬时电流。
51.实施例2：
52.本实用新型实施例所提供的所述光源装置的具体结构包括：
53.设计一个铝制外壳，提供完全不透光的内环境，形成暗室，用以屏蔽外部环境光对刻度的影响，且可保护内部装置。将装设好三组led灯的pcb板置于铝壳内，通过预留的脉冲传入口利用bnc接口将脉冲发生器输出的激励脉冲引入到铝壳内；电位器选择旋钮式电位器，通过铝壳预留的孔道可直接调节三个led支路上的阻值；铝壳需要保证塑料闪烁光纤剂量计的光纤可以固定到外壳，用于接收模拟的等效光脉冲，固定后外壳内完全避光。
54.本实用新型提供的一个实施例中，铝制的屏蔽外壳包括容置外壳和准直外壳，设计为容置外壳与准直外壳分离式。
55.如图5所示，本实用新型提供的一个实施例中，外壳的容置外壳后端有四个直径10mm的开孔，可以将旋钮式滑动变阻器以及脉冲信号输入端口卡嵌固定在孔中。其中，中间下部的孔为脉冲信号输入端口孔道，上面三个孔道为旋钮式滑动变阻器旋钮孔道。容置外壳整体为圆形皿状，设计深度为23mm，有利于圆形pcb板用连接电线固定安装在容置外壳的圆形皿状内部。
56.如图6所示，本实用新型提供的一个实施例中，铝制外壳的准直外壳内径为76mm与容置外壳75.92mm的外径以深5mm的螺纹连接，保证了稳定性与避光性，且安装操作方便。准直外壳有直径为3mm深35mm的闪烁光纤剂量计的光纤插置孔，可以保证白色光纤插置的平直，避免出现误差。在白光纤插置孔的进光端可拆卸的放置光衰减片，以应用于需要非常弱的光强度即低剂量的情况，光衰减片的使用，大大扩展了该光源装置低发光强度的动态范围。
57.pcb板设计为直径70mm的圆形，在led灯、旋钮式滑动变阻器、滤波电容以及并联线路焊接完成后，将pcb板嵌入容置外壳内并固定，将容置外壳与准直外壳通过螺纹连接，并将闪烁光纤剂量计白光纤插置在准直外壳中，用热熔胶或避光胶带在外侧孔固定，防止刻度过程中出现白光纤滑脱等情况。
58.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。