医用加速器的剂量监测系统及监测电路的制作方法

本发明涉及医用加速器技术领域，特别涉及一种医用加速器的剂量监测系统及监测电路。

背景技术：

目前，在放射治疗中使用最多的是医用加速器。医用加速器产生电离辐射，应用电离辐射对患者进行治疗。放射治疗的效果与肿瘤所吸收的辐射剂量直接相关。为有效治疗肿瘤，在放射治疗中需要设置剂量监测系统，作用是显示电子直线加速器的辐射输出，以计算在规定条件下被治疗部位的吸收剂量。

剂量监测系统包括电离室、测量电路和控制器。电离室用于探测医用加速器的电离辐射，并输出电信号。测量电路用于测量该电信号。控制器根据测量电路的测量值计算电离辐射的剂量。但是，传统的剂量监测系统，医用加速器的电离辐射较大或较小时，测量电路会输出饱和或者检测不到电离室输出的电信号，即测量电路的检测结果不准确，导致剂量监测系统的监测结果不准确。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述传统的剂量监测系统，电离室的输入电荷较大或较小时，测量电路的检测结果不准确，导致剂量监测系统的监测结果不准确的问题，提供一种医用加速器的剂量监测系统及监测电路。

一种医用加速器的剂量监测系统，包括探测模块、信号处理模块、检测模块和控制模块；所述探测模块用于探测电离辐射，并输出电信号；所述信号处理模块与所述探测模块连接，用于放大所述电信号，并输出放大信号；所述检测模块与所述信号处理模块连接，所述检测模块用于检测所述放大信号，并输出检测值；所述控制模块分别与所述信号处理模块和检测模块连接，其中，所述信号处理模块对所述电信号的放大增益可调，所述控制模块用于根据所述检测值和预设的检测阈值将所述信号处理模块调节至与所述电信号对应的放大增益。

在其中一个实施例中，所述信号处理模块包括放大器，以及并联设置的多个电容电路，所述放大器的输出端通过所述多个电容电路反馈至所述放大器的输入端；所述控制模块通过控制所述多个电容电路的连通与否调节所述放大器的增益。

在其中一个实施例中，每个所述电容电路包括串联连接的继电器和电容，所述控制模块通过控制所述继电器实现所述电容电路的连通与否。

在其中一个实施例中，所述探测模块包括电离室和探测元件，所述探测元件设置于所述电离室的一个极板上；所述探测元件用于收集所述电离室在电离辐射的作用下产生的电离电荷，并输出电信号；所述信号处理模块的输入端与所述探测元件的输出端连接，所述信号处理模块用于放大所述电信号，并将所述电信号转换为脉冲信号输出。

在其中一个实施例中，所述检测模块包括采样单元，所述采样单元的输入端与所述信号处理模块的输出端连接，所述采样单元用于检测所述脉冲信号的峰值电压作为检测值并输出至所述控制模块。

在其中一个实施例中，所述采样单元包括采样保持电路和比较器；所述采样保持电路的输入端与所述信号处理模块的输出端连接，所述采样保持电路用于检测所述脉冲信号的峰值；所述比较器包括第一输入端和第二输入端；所述第一输入端与所述信号处理模块的输出端连接，所述第二输入端与所述采样保持电路的输出端连接；所述比较器将输出信号发送至所述采样保持电路，以控制所述采样保持电路的工作状态。

在其中一个实施例中，所述检测模块还包括转换单元，所述转换单元的输入端与所述采样单元的输出端连接，所述转换单元用于将所述脉冲信号的峰值转换为数字信号并输出至所述控制模块。

一种监测电路，用于检测电离室输出的电信号。该监测电路包括信号处理模块、检测模块和控制模块；所述信号处理模块与所述电离室连接，用于放大所述电信号，并输出放大信号；所述检测模块与所述信号处理模块连接，所述检测模块用于检测所述放大信号，并输出检测值；所述控制模块分别与所述信号处理模块和检测模块连接，其中，所述信号处理模块对所述电信号的放大增益可调，所述控制模块用于根据所述检测值和预设的检测阈值将所述信号处理模块调节至与所述电信号对应的放大增益。

在其中一个实施例中，所述信号处理模块包括放大器，以及并联设置的多个电容电路，所述放大器的输出端通过所述多个电容电路反馈至所述输入端；所述控制模块通过控制所述多个电容电路的连通与否调节所述放大器的增益。

在其中一个实施例中，每个所述电容电路包括串联连接的继电器和电容，所述控制模块通过控制所述继电器实现所述电容电路的连通与否。

上述医用加速器的剂量监测系统及监测电路，所述信号处理模块具有不同的增益档位，所述控制模块能够根据所述医用加速器的预设的电离辐射的能量将所述信号处理模块调节至相应的增益档位，以使信号处理电路将电信号放大相应倍数。由检测模块检测该放大信号，并输出检测值。合适的信号处理模块的增益档位可以使得放大信号合适，从而使得检测值准确。

附图说明

图1为一实施例的医用加速器的剂量监测系统的示意图；

图2为一实施例的电离室的结构示意图；

图3为本实施例的放大器及电容电路的示意图；

图4为一实施例的探测模块的示意图；

图5为另一实施例的探测模块的示意图；

图6为一实施例的监测电路的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

医用加速器是一种用来对肿瘤进行放射治疗的粒子加速器装置。带电粒子加速器是用人工方法借助不同形态的电场，将各种不同种类的带电粒子加速到更高能量的电磁装置。然后借助高能粒子打击重金属靶产生用于放射治疗的电离辐射。本实施例中，医用加速器以电子直线加速器为例。电子直线加速器利用具有一定能量的高能电子与大功率微波的微波电场相互作用，从而获得更高的能量。这时高能电子打击重金属靶，产生电离辐射，比如x射线，作x线治疗。

图1为本实施例中的医用加速器的剂量监测系统100的示意图。一种医用加速器的剂量监测系统100用于监测医用加速器的电离辐射的剂量。如图1所示，该剂量监测系统100包括探测模块110、信号处理模块120、检测模块130和控制模块140。探测模块110用于探测电离辐射，并输出电信号，电信号反映电离辐射的能量。信号处理模块120与探测模块110连接，用于放大电信号并输出放大信号。信号处理模块120对电信号的放大增益可调。检测模块130与信号处理模块120连接，检测模块用于检测放大信号，并输出检测值。控制模块140分别与信号处理模块120和检测模块130连接，控制模块140根据检测值和预设的检测阈值将信号处理模块调节至与电信号对应的放大增益，且控制模块140根据检测值计算电离辐射的剂量值。

上述医用加速器的剂量监测系统，信号处理模块120对电信号的放大增益可调节，控制模块140能够根据检测值和预设的检测阈值将信号处理模块120调节至与电信号对应的放大增益，以使信号处理模块120将电信号放大相应倍数。由检测模块130检测该放大信号，并输出检测值。信号处理模块120的合适的增益可以使得放大信号合适，从而使得检测值准确。例如，当检测模块的检测值较大时，表明探测模块110输出的电信号较大，控制模块140将信号处理模块120的增益档位调至较小的档位，使得信号处理模块120将电信号放大相应倍数，避免了放大信号过大的情况下，检测模块130的输出出现饱和的情况。当检测值较小时，探测模块110输出的电信号较小，控制模块140将信号处理模块120的增益档位调至较大的档位，使得信号处理模块120将电信号放大相应倍数，避免了放大信号过小的情况下，检测模块130检测不到放大信号的情况，保证了剂量检测系统具有较高的灵敏度。因此，检测模块130的检测结果都比较准确，从而控制模块140根据检测值计算的剂量值比较准确，剂量监测系统100的监测结果较准确。

探测模块110接收电离辐射，并将电离辐射转换为电信号。探测模块110包括电离室111和探测元件111c。图2为本实施例的电离室111的结构示意图。电离室111由处于不同电位的两个电极板(电极板111a和电极板111b)和其间的介质组成。电离室111中的介质在电离辐射的作用下产生电离电荷。即电离辐射在介质中产生电离离子对，在电场的作用下，正负离子分别向两个电极板漂移，形成电离电荷。探测元件111c设置于其中的一个电极板(如111a)上。探测元件111c用于收集电离室中的电离电荷，并输出电信号。由于电离电荷与电离辐射的能量(强度)成正比，故测量该电荷的大小即可得到电离辐射的强度，使得电离辐射的强度的测量简单。本实施例中，探测元件111c收集的是正电离电荷，因此，探测元件111c输出正电荷信号。探测元件111c的输出端与预处理单元121的输入端与连接。

图3为本实施例的放大器及电容电路的示意图。信号处理模块120的输入端与探测元件111c的输出端连接，信号处理模块120用于放大电信号，并将电信号转换为脉冲信号输出。信号处理模块120包括放大器121a，以及并联设置的多个电容电路，放大器的输出端通过多个电容电路反馈至放大器的输入端。控制模块通过控制多个电容电路的连通与否调节放大器的增益。本实施例中，放大器121a可以是电荷灵敏前置放大器，放大器121a输出为负脉冲信号。每个电容电路包括串联连接的继电器121b和电容c，控制模块140通过控制继电器121b实现电容电路的连通与否。

各电容c的电容值可以根据需求设置，且任意两个电容c的电容值可以相同也可以不同。剂量监测系统工作时，每个电容c是否接入放大器121a的电路中由控制模块控制。不同的电容c组合的情况下，放大器121a的增益不同。因此，控制模块可以通过调节放大器121a中的总电容值的大小来调节增益。

本实施例中，控制模块140通过控制控制开关121b来控制相应的电容电路的通断，示例性地，控制开关121b为继电器，其中继电器具有打开与关闭两种状态，继电器的打开状态与关闭状态分别对应相应的电容c是否工作。这样，控制模块140可以通过控制继电器的状态来控制电容c是否工作，以达到控制放大器121a的增益的目的。

检测模块130包括采样单元131，采样单元131的输入端与信号处理模块120的输出端连接，采样单元131用于检测正脉冲的峰值电压并输出。信号处理模块120输出的正脉冲的峰值电压反映电离辐射的实际剂量，因此，检测正脉冲的峰值电压，并输入控制模块140便可以得到电离辐射的剂量值。

具体地，采样单元131包括采样保持电路131a和比较器131b。采样保持电路131a的输入端与反向放大电路的输出端连接。采样保持电路131a用于检测正脉冲的峰值电压。比较器131b包括第一输入端和第二输入端，第一输入端与反向放大电路的输出端连接，第二输入端与采样保持电路131a的输出端连接，比较器131b将输出信号(s/h信号)发送至采样保持电路131a。比较器131b将输出信号发送至采样保持电路131a，以控制采样保持电路131a的工作。比较器131b的两路输入(第一输入端和第二输入端的输入)，一路为反相放大电路输出的正脉冲，一路为采样保持的输出信号。在正脉冲电压上升期间，由于采样保持电路131a的迟滞，反向放大电路的输出始终大于采样保持的输出电平，s/h信号为采样信号。当s/h信号为采样信号时，采样保持电路131a的输出跟随输入，即采样保持电路131a的输出为正脉冲电压。当反向放大电路的正脉冲开始下降，反向放大电路的输出低于采样保持的输出电平时，s/h信号状态跳变，采样保持电路131a保持当前的电压值，即当前的电压值可认为是正脉冲的峰值电压。因此，当s/h信号为保持信号时，采样保持电路131a输出当前电压值。通过采样保持电路131a和比较器131b的有序工作，采样单元131可以准确地检测到正脉冲的峰值电压。

检测模块130还包括转换单元132，转换单元132的输入端与采样单元131的输出端连接，转换单元132用于将峰值电压转换为数字信号并输出至控制模块140。这样，控制模块140接收数字信号，使得控制模块140的抗干扰性增强。本实施例中，转换单元132为数模转换器adc。数模转换器的输入端与采样保持电路131a的输出端连接，以接收采样单元131检测到的峰值电压。

控制模块140可以根据检测模块130的检测值计算电离辐射的剂量值，并根据剂量值的大小及时调整医用加速器的电离辐射的出束频率，使得医用加速器的电离辐射的出束频率符合要求，从而使得医用加速器的剂量符合要求，保证治疗效果较好。如果控制模块140计算得到剂量值超出了预设值，控制模块140会控制医用加速器终止工作，切断电离辐射的输出，保证患者接收的剂量不超标，避免患者受到伤害。

本实施例中，控制模块140可以根据电离室111工作的温度和气压对电离辐射的剂量进行补偿计算。因此，控制模块140根据检测模块130的检测值，及电离室111工作的温度和气压综合计算电离辐射的剂量值，以实现电离辐射剂量的精确监测。

剂量监测系统100还包括电压检验模块150。电压检验模块150用于检测电离室111的两个极板之间的工作电压，电压检验模块150将工作电压发送至控制模块140。这样，剂量监测系统100能够实现对电离室111的工作电压进行监测。当工作电压异常时，控制模块140发出警报信号，并控制医用加速器停止发射电离辐射，从而结束放射治疗。

剂量监测系统100还包括模拟模块，模拟模块的输出端与信号处理模块120的输入端连接，模拟模块用于产生模拟信号，模拟信号用于模拟探测模块110的电信号，以对信号处理模块120、检测模块130及控制模块140构成的电路进行仿真测试。通过模拟模块，就可以检验信号处理模块120、检测模块130及控制模块140形成的电路是否出现异常，方便排查剂量检测系统的故障。具体地，本实施例中，模拟模块包括模拟电荷输出单元，模拟电荷输出单元的输出端与放大器121a的输入端连接。当剂量监测系统100出现异常时，使用该模拟电荷输出单元代替探测模块110输出电信号，通过剂量监测系统100监测到的剂量值就可以判定探测模块110与信号处理模块120、检测模块130及控制模块140形成的电路的异常状况，利于进一步排查剂量监测系统100的故障。而对于信号处理模块120、检测模块130及控制模块140形成的电路中的异常则可以采用电路中的异常判断方法去排查。

图4为一实施例的探测模块的示意图。一实施例中，信号处理模块、检测模块和控制模块组成剂量检测电路。剂量检测电路的数量为多个。探测模块还包括多个相同的探测端111d。多个探测端互不交叠地设置于电离室的一个极板上，且探测端与探测元件111c也互不交叠。探测端111d用于收集相应位置处的电离电荷。每个探测端111d与探测元件111c各自与相应的剂量检测电路连接。本实施例中，探测模块的结构可以参照图2所示的实施例。探测端111d的数量为4个，面积相等，且对称分布于电离室的同一极板上，且与探测元件111c位于同一极板上。由各探测端111d和相应的剂量检测电路可以分别检测出相应位置处的电离辐射值，而电离辐射值与电离辐射剂量具有预设的比例关系。因此，每个探测端111d可以检测出一个电离辐射剂量值，通过对比各个探测端111d及探测元件111c检测到的剂量值，即可得知电离辐射的均匀性。如果电离辐射的均匀性不符合标准，控制模块可以适当调整电离辐射的出束射线，以使得电离辐射均匀。

图5为另一实施例的探测模块的示意图。一实施例中，信号处理模块、检测模块和控制模块组成剂量检测电路。剂量检测电路的数量为至少两个。电离室的数量及探测元件的数量分别与剂量检测电路的数量相等。每个探测元件位于相应的电离室的极板上，且每个探测元件与相应的剂量检测电路连接。如图5所示，本实施例中，探测模块510包括两个电离室和两个探测元件。电离室及探测元件的结构可以参照图2所示的实施例。电离室的数量为两个，分别为电离室511和电离室512。探测元件的数量为两个，分别为探测元件511c和探测元件512c，探测元件511c位于电离室511的电极板511a上，探测元件512c位于电离室512的电极板512a上。剂量检测电路的数量为两个。两个剂量检测电路可以分别通过相应的探测模块测量电离辐射的剂量，以判别剂量检测电路是否正常。正常情况下，两个剂量检测电路检测到的剂量应该相等或基本相等。如果两个剂量检测电路的测量结果差距较大或者其中一个剂量检测电路的测量结果出现突变，则说明其中一个剂量检测电路的出现异常。通常可以判定电离辐射的预设剂量值相差较大的一个剂量检测电路出现异常，此时可以采取相应措施，比如报警或结束。这样，可以增加剂量检测系统运行的稳定性。

需要说明的是，理论上，两个探测元件的面积相等，收集电离电荷的能力相等，因此，两个剂量检测电路分别通过相应的探测元件测量得出的剂量值应该相等。但是，实际上，两个探测元件的面积会存在差异。因此，在剂量检测系统运行之间，应当在两个探测元件之间设置预设的比例关系，将它们的检测结果校正至一致，以使得它们的检测结果的比较简便、直观。

图6为一实施例的监测电路600的示意图。该监测电路600用于检测电离室的输出的电信号。该监测电路600包括信号处理模块610、检测模块620和控制模块630。信号处理模块610与电离室连接，用于放大电信号，并输出放大信号。检测模块620与信号处理模块610连接，检测模块620用于检测放大信号，并输出检测值。控制模块630分别与信号处理模块610和检测模块620连接，其中，信号处理模块610对电信号的放大增益可调，控制模块630用于根据检测值和预设的检测阈值将信号处理模块610调节至与电信号对应的放大增益。

上述监测电路600，信号处理模块610对电信号的放大增益可调节，控制模块630能够根据检测值和预设的检测阈值将信号处理模块610调节至与电信号对应的放大增益，以使信号处理模块610将电信号放大相应倍数。由检测模块620检测该放大信号，并输出检测值。信号处理模块610的合适的增益可以使得放大信号合适，从而使得对于电离室电信号的检测值准确。

信号处理模块610包括放大器，以及并联设置的多个电容电路，放大器的输出端通过多个电容电路反馈至输入端；控制模块630通过控制多个电容电路的连通与否调节放大器的增益。

每个电容电路包括串联连接的继电器和电容，控制模块630通过控制继电器实现电容电路的连通与否。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。