申请/专利权人：苏州大学

申请日：2019-04-28

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN109991643B

主分类号：G01T1/02

分类号：G01T1/02;G01T1/105;G01T1/161;G01T1/20;G01T1/203;G01T1/208

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2019.08.02#实质审查的生效;2019.07.09#公开

摘要：本发明公开了一种基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计，其包括壳体，壳体内形成暗室；PCB板，设于暗室内，PCB板上设有读出电路和SiPM，读出电路包括电路输入端和限流电阻，电路输入端、限流电阻和SiPM串联，电路输入端与电源连接；电流表，设于壳体外，电流表的输入端与SiPM连接，电流表的输出端接地；塑料闪烁光纤，用于与射线相互作用产生可见光；传输光纤，一端与塑料闪烁光纤连接，另一端贯穿壳体至暗室内与SiPM连接，用于传输可见光。本发明使用SiPM作为光电转换元件，SiPM具有体积小，不易受电磁干扰等优点，扩大了塑料闪烁光纤剂量计的使用范围。通过读取SiPM漏电流与实验室标定的剂量响应曲线比对，可以得到实际辐照剂量。

主权项：1.一种基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计，其特征在于，包括：壳体，所述壳体内形成暗室；PCB板，设于所述暗室内，所述PCB板上设有读出电路和SiPM，所述读出电路包括电路输入端和限流电阻，所述电路输入端、限流电阻和SiPM串联，所述电路输入端与电源连接；电流表，设于所述壳体外，所述电流表的输入端与SiPM连接，电流表的输出端接地；塑料闪烁光纤，用于与射线相互作用产生可见光；传输光纤，一端与所述塑料闪烁光纤连接，另一端贯穿所述壳体至所述暗室内与SiPM连接，用于传输可见光；外部温控装置，包括制冷片和加热片，所述制冷片和加热片设置与所述壳体上，所述PCB板背面与壳体之间设有散热硅胶片。

全文数据：一种基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计技术领域本发明涉及塑料闪烁光纤剂量计技术领域，特别涉及一种基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计。背景技术放射治疗技术作为肿瘤治疗的主要手段之一，近年来一直朝高准确性和高精度的方向发展。为实现上述目标，各种剂量计被提出并应用于质量保证QA。塑料闪烁光纤剂量计因其组织等效性好，线性好，能量响应好，空间分辨率高体积可小于1mm3，重复性和长期稳定性好等优点在放疗剂量领域得到广泛关注。目前，塑料闪烁光纤剂量计多使用基于光电转换器件脉冲积分的剂量读出方法，此读出方法需要设计专门的电子学读出系统，且该读出方法不可用于近距离放疗和连续束剂量测量。发明内容针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种稳定性好，重复性好，测量准确的基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计。其采用如下技术方案：一种基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计，其包括：壳体，所述壳体内形成暗室；PCB板，设于所述暗室内，所述PCB板上设有读出电路和SiPM，所述读出电路包括电路输入端和限流电阻，所述电路输入端、限流电阻和SiPM串联，所述电路输入端与电源连接；电流表，设于所述壳体外，所述电流表的输入端与SiPM连接，电流表的输出端接地；塑料闪烁光纤，用于与射线相互作用产生可见光；传输光纤，一端与所述塑料闪烁光纤连接，另一端贯穿所述壳体至所述暗室内与SiPM连接，用于传输可见光。作为本发明的进一步改进，所述读出电路还包括并联设置的滤波电容C1和滤波电容C2，所述滤波电容C1和滤波电容C2的一端与所述电路输入端连接，另一端接地。作为本发明的进一步改进，所述滤波电容C1＝100μF，滤波电容C2＝100nF。作为本发明的进一步改进，所述塑料闪烁光纤上包裹有避光层。作为本发明的进一步改进，所述塑料闪烁光纤与传输光纤之间使用硅胶耦合。作为本发明的进一步改进，还包括：外部温控装置，包括制冷片和加热片，所述制冷片和加热片设置与所述壳体上。作为本发明的进一步改进，所述PCB板背面与壳体之间设有散热硅胶片。作为本发明的进一步改进，所述壳体上设有光纤孔，所述传输光纤从所述光纤孔进入所述暗室，所述壳体上还设有定位孔，所述定位孔内设有定位螺丝，所述定位螺丝的前端设于所述暗室内并与所述传输光纤抵接。作为本发明的进一步改进，所述暗室内设有滤光片，所述光纤孔的周围设有若干固定孔，所述固定孔内设有固定螺丝，所述固定螺丝将所述滤光片与壳体固定。作为本发明的进一步改进，所述限流电阻的阻值为1.5kΩ。本发明的有益效果：使用SiPM作为光电转换元件，硬件上为基于SiPM漏电流的剂量读出方法提供了可能。且SiPM具有体积小，不易受电磁干扰等优点，扩大了塑料闪烁光纤剂量计的使用范围。将皮安表或者纳安表接入SiPM读出电路，通过读取SiPM漏电流，校正温度、角度的影响后，与实验室标定的剂量响应曲线比对，得到实际辐照剂量。闪烁光纤、SiPM、电流表等都是商用产品，性能稳定，实用性强，利于推广。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1是本发明实施例中基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计的结构示意图；图2是本发明实施例中壳体结构示意图一；图3是本发明实施例中壳体结构示意图二；图4是本发明实施例中壳体的结构分解示意图一；图5是本发明实施例中壳体的结构分解示意图二；图6是本发明实施例中读出电路的电路图。标记说明：11、第一壳体；12、第二壳体；3、定位孔；4、PCB板安装孔；5、转接孔；6、光纤孔；7、固定孔；8、壳体安装孔；20、塑料闪烁光纤；21、避光层；30、传输光纤；40、SiPM；50、读出电路；60、电源；70、电流表。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。如图1-6所示，为本发明实施例中基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计，该装置包括壳体，壳体内形成暗室。暗室内设有PCB板，PCB板上设有读出电路50和SiPM，如图6所示，读出电路50包括电路输入端和限流电阻R1，电路输入端、限流电阻R1和依次SiPM串联，电路输入端与电源60连接。电流表70，设于壳体外，电流表的输入端与SiPM连接，电流表的输出端接地。电流表70用于对SiPM的漏电流进行读出。塑料闪烁光纤20，用于与射线相互作用产生可见光。传输光纤30，一端与塑料闪烁光纤20连接，另一端贯穿壳体至暗室内与SiPM连接，用于传输可见光。优选的，塑料闪烁光纤20与传输光纤30之间使用硅胶耦合，在本实施例中，选用BC-630硅胶。优选的，传输光纤30与SiPM抵接，避免使用耦合硅胶造成的多次耦合之间光传输差异。如图1-4所示，优选的，壳体包括第一壳体11和第二壳体12，第一壳体11和第二壳体12上均设有多个相互配合的壳体安装孔8，第一壳体11和第二壳体12通过螺栓固定，并形成暗室。在本实施例中，第一壳体11上设有光纤孔6，传输光纤30从光纤孔6进入暗室，第一壳体11上还设有定位孔3，定位孔3内设有定位螺丝，定位螺丝的前端设于暗室内并与传输光纤30抵接。在本实施例中，第二壳体12上设有PCB板安装孔4，可通过螺栓将PCB板安装孔4与第二壳体固定。在本实施例中，第二壳体12上设有若干转接孔5，电流表70和电源60通过转接孔5与读出电路50连接。优选的，PCB板为圆形PCB板，PCB板上设有PCB板安装孔，用于将电路板固定的在第二壳体12上。优选的，暗室内设有滤光片，光纤孔6的周围设有若干固定孔7，固定孔7内设有固定螺丝，固定螺丝将滤光片与第一壳体11固定。在传输光纤和SiPM耦合处，可根据光产额选择是否放置滤光片，等比例的减少进入到SiPM的光子数，从而保证始终SiPM工作在合适的动态范围内。如图6所示，优选的，读出电路50还包括并联设置的滤波电容C1和滤波电容C2，用于对电源60进行滤波，滤波电容C1和滤波电容C2的一端与电路输入端连接，另一端接地。在本实施例中，滤波电容C1＝100μF，滤波电容C2＝100nF。优选的，限流电阻R1的阻值为1.5kΩ。优选的，塑料闪烁光纤20上包裹有避光层，在本实施例中，避光层选择双层热缩管，其作用有两个：1、避光作用；2、固定塑料闪烁光纤20和传输光纤30的位置。优选的，本实施例中基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计还包括外部温控装置，该外部温控装置包括制冷片和加热片，制冷片和加热片设置与壳体上。通过制冷片和加热片配合，从而控制剂量计的工作温度。由于SiPM4性能易受温度影响，在使用SiPM4作为光电转换元件应考虑环境温度改变对其造成的影响。将制冷片和加热片放置在壳体的外侧面，设定合适的温度，并维持固定时间，使壳体、SiPM4及其读出电路50进行充分的热交换。优选的，PCB板背面与壳体之间设有散热硅胶片，可以加速其与壳体的热传导。保证SiPM4及其读出电路50工作在恒定温度下，减少温度对读出电流造成的影响。在本实施例中，壳体为铝壳，主要起到以下作用：1、固定传输光纤30和SiPM的位置；2、便于放置滤光片；3、起到避光作用，避免其他可见光的干扰；4、起到屏蔽电磁噪声的作用；5、将SiPM与读出电路50固定在一起，且用铝壳包裹，便于为SiPM与读出电路50提供恒温工作环境。优选的，电流表70为皮安表或纳安表。优选的，传输光纤30为白光纤。本实施例中基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计读出方法如下：S1:将外部温控装置温度设置为20℃，借助实验室小动物模拟X线机测量剂量计的动态范围，同时研究其对弯曲度、温度及白光纤长度的响应。S2：同样将外部温控装置温度设置为20℃，借助临床放疗机获取剂量计在不同射线质下及不同偏压下的读出电流-剂量曲线剂量响应曲线，对剂量计进行标定。S3:将标定好的剂量计应用于实际测量时，将外部温控装置温度设置为20℃，观察SiPM的工作状态。若辐照产生的光产额过大，SiPM出现饱和，可在SiPM与白光纤耦合处加上合适的滤光片，成倍减少SiPM所接受的光子数，使其工作在合适的动态范围；S4:经调整，SiPM工作在实验室标定的动态范围内，读取并记录电流表上的电流；S5：将放疗机下电流表的读数与标定好的剂量响应曲线比对，获取实际辐照剂量。本发明使用SiPM作为光电转换元件，硬件上为基于SiPM漏电流的剂量读出方法提供了可能。且SiPM具有体积小，不易受电磁干扰等优点，扩大了塑料闪烁光纤剂量计的使用范围。本发明将皮安表或者纳安表接入SiPM读出电路，通过读取SiPM漏电流，校正温度、角度的影响后，与实验室标定的剂量响应曲线比对，得到实际辐照剂量。闪烁光纤、SiPM、电流表等都是商用产品，性能稳定，实用性强，利于推广。本发明基于SiPM漏电流读出方法，可以实现近距离放疗和连续束的剂量测量，相比脉冲积分法适用范围更广。以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

权利要求：1.一种基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计，其特征在于，包括：壳体，所述壳体内形成暗室；PCB板，设于所述暗室内，所述PCB板上设有读出电路和SiPM，所述读出电路包括电路输入端和限流电阻，所述电路输入端、限流电阻和SiPM串联，所述电路输入端与电源连接；电流表，设于所述壳体外，所述电流表的输入端与SiPM连接，电流表的输出端接地；塑料闪烁光纤，用于与射线相互作用产生可见光；传输光纤，一端与所述塑料闪烁光纤连接，另一端贯穿所述壳体至所述暗室内与SiPM连接，用于传输可见光。2.如权利要求1所述的基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计，其特征在于，所述读出电路还包括并联设置的滤波电容C1和滤波电容C2，所述滤波电容C1和滤波电容C2的一端与所述电路输入端连接，另一端接地。3.如权利要求2所述的基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计，其特征在于，所述滤波电容C1＝100μF，滤波电容C2＝100nF。4.如权利要求1所述的基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计，其特征在于，所述塑料闪烁光纤上包裹有避光层。5.如权利要求1所述的基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计，其特征在于，所述塑料闪烁光纤与传输光纤之间使用硅胶耦合。6.如权利要求1所述的基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计，其特征在于，还包括：外部温控装置，包括制冷片和加热片，所述制冷片和加热片设置与所述壳体上。7.如权利要求1所述的基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计，其特征在于，所述PCB板背面与壳体之间设有散热硅胶片。8.如权利要求1所述的基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计，其特征在于，所述壳体上设有光纤孔，所述传输光纤从所述光纤孔进入所述暗室，所述壳体上还设有定位孔，所述定位孔内设有定位螺丝，所述定位螺丝的前端设于所述暗室内并与所述传输光纤抵接。9.如权利要求8所述的基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计，其特征在于，所述暗室内设有滤光片，所述光纤孔的周围设有若干固定孔，所述固定孔内设有固定螺丝，所述固定螺丝将所述滤光片与壳体固定。10.如权利要求1所述的基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计，其特征在于，所述限流电阻的阻值为1.5kΩ。

百度查询： 苏州大学 一种基于SiPM漏电流读出的塑料闪烁光纤剂量计

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD