肺部不均勻γ內(nèi)污染探測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種肺部不均勻γ內(nèi)污染探測裝置，包括微型陣列式射線探測器、模數(shù)轉換單元、多通道反符合脈沖甄別單元、多通道數(shù)字能譜測量單元、為上述各電路供電的電源系統(tǒng)，以及上位機。本發(fā)明采用微型陣列式射線探測器，通過反符合測量有效降低本底對測量結果的影響，使測量結果更接近真實值。所使用反符合算法對單個子探測器的核脈沖進行甄別處理，減弱穿透周圍對象子探測器進入的射線干擾，降低能譜的康普頓平，使全能峰更加明顯，有效提高了測量精度。同時，用上位機進行肺部內(nèi)污染二維成像，能直觀地顯示肺部內(nèi)污染的分布情況，對于肺部不均勻內(nèi)污染評價具有很大的幫助。
【專利說明】肺部不均勻Y內(nèi)污染探測裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種肺部沉積物所釋放的Y射線探測裝置，尤其涉及一種肺部不均勻Y內(nèi)污染探測裝置。
【背景技術】
[0002]生活中放射性物質(zhì)無處不在，一些放射性核素，如镅、钚等，一旦被人體吸入后，會在肺內(nèi)停留數(shù)周甚至更長的時間，通過尿液檢測的方法還無法檢測出來。現(xiàn)今針對肺部內(nèi)污染沉積物的檢測，通常采用計數(shù)器測量，對準肺部，通過測量內(nèi)部放射性污染物釋放的Y射線，估算核素在肺部的沉積量。
[0003]目前所知的肺部計數(shù)器有高純鍺探測器和單探頭NaI(Tl)探測器。前者測試的條件是低本底環(huán)境測量，高純鍺探測器需液氮制冷，在低溫條件下工作，測量時間在30分鐘左右。這種測量方法場所有限制，探測器工作條件特殊，并且測量時間長；后者測量雖然移動方便，攜帶便捷，但對于本底射線的濾除效果不佳，且對核素在肺部內(nèi)的分布情況不能精準定位。因此，一種可以不受場地限制、能濾除射線干擾、并快速對肺部內(nèi)污染情況進行二維成像的醫(yī)學診斷探測裝置就顯得非常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就在于提供一種解決上述問題，不受場地限制、能濾除射線干擾、并快速對肺部內(nèi)污染情況 進行二維成像、對醫(yī)學診斷非常重要的肺部不均勻Y內(nèi)污染探測
>J-U ρ?α裝直。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是這樣的:一種肺部不均勻Y內(nèi)污染探測裝置，其特征在于:包括微型陣列式射線探測器、模數(shù)轉換單元、多通道反符合脈沖甄別單元、多通道數(shù)字能譜測量單元、為上述各電路供電的電源系統(tǒng)，以及上位機；
所述微型陣列式射線探測器正對人體肺部放置，探測肺部多個位置沉積的放射性核素物所釋放的Y射線，并將檢測到的對應多個位置的各路模擬核脈沖信號送入模數(shù)轉換單元中；
模數(shù)轉換單元將多路模擬核脈沖信號轉換為數(shù)字核脈沖信號，并送入多通道反符合脈沖甄別單元中；
所述多通道反符合脈沖甄別單元將數(shù)字核脈沖信號進行反符合算法處理，再將甑別后的信號送入多通道數(shù)字能譜測量單元；
所述多通道數(shù)字能譜測量單元對數(shù)字核脈沖信號進行脈沖成形，脈沖幅度甄別，形成Y能譜,并送入上位機中；
所述上位機內(nèi)置肺部內(nèi)污染分析軟件，實現(xiàn)核素識別和活度計算，并對肺部放射性內(nèi)污染活度分布進行二維成像。
[0006]在此，微型陣列式射線探測器主要是起到數(shù)據(jù)采集的作用，它正對人體肺部放置，能將肺部劃分為矩陣的形式，然后采集不同區(qū)域的Y射線，形成模擬核脈沖信號，經(jīng)過模數(shù)轉換單元轉換成數(shù)字核脈沖信號，再通過多通道反符合脈沖甄別單元進行反符合算法處理，濾除干擾和不成形的信號，將合格的信號送入多通道數(shù)字能譜測量單元中，形成與肺部多個位置對應的多個Y能譜，也就是說，Y射線經(jīng)處理后形成了 Y能譜，且每個Y能譜是與肺部不同區(qū)域的Y射線對應的，我們可以通過編碼等方式，確認Y能譜到底為肺部哪個區(qū)域的Y射線形成的，送入上位機中分析處理，實現(xiàn)核素識別和活度計算，并對肺部放射性內(nèi)污染活度分布進行二維成像。核素識別和活度計算，主要通過上位機中的肺部內(nèi)污染分析軟件來實現(xiàn)。
[0007]作為優(yōu)選:所述微型陣列式射線探測器寬10厘米到14厘米，長14厘米到18厘米，由微型的子探測器相互緊靠、且呈陣列式結構排布在鋁合金框架中，并按先行后列進行一次編碼，其中，子探測器由2cmX2cmX2cm的立方體型CsI晶體和硅光電倍增管組成。
[0008]作為優(yōu)選:所述微型陣列式射線探測器寬12cm，長16cm。
[0009]在這里，肺部沉積物釋放出Y射線，進入微型陣列式射線探測器，經(jīng)CsI晶體作用后，將光子送入后方的硅光電倍增管中，最終產(chǎn)生模擬核脈沖信號。
[0010]作為優(yōu)選:所述模數(shù)轉換單元包括與各子探測器對應工作的ADC，且編碼方法與微型子探測器編碼相對應。
[0011]ADC主要是對模擬核脈沖信號進行模數(shù)轉換，方便后期FPGA處理，子探測器和ADC采用相對應的編碼方法進行編碼，能實現(xiàn)一一對應，且編碼后，能精確將信號對應到肺部的不同部位，方便后期的二維成像，例如，將某一子探測器編碼為i，則與其對應的ADC也為i，它們的信號角標也采用i標記。
[0012]作為優(yōu)選:所述多通道反符合脈沖甄別單元由多片以總線方式連接的FPGA構建，對多路數(shù)字核脈沖信號進行并行處理，對相鄰的子探測器進行的核脈沖信號進行數(shù)字反符合甄別，并輸出反符合數(shù)字脈沖信號。
[0013]在這里，根據(jù)子探測器間的相鄰情況，將12片F(xiàn)PGA以總線方式連接，并對多路數(shù)字核脈沖信號進行并行處理，這樣，相鄰的子探測器間可相互通信，ADC將子探測器送至的核脈沖信號進行模數(shù)轉換，轉換后的數(shù)字信號傳遞給FPGA進行反符合算法處理，將處理后的反符合數(shù)字脈沖信號送到多通道數(shù)字能譜測量單元中。
[0014]作為優(yōu)選:所述多通道數(shù)字能譜測量單元也由上述FPGA構建。
[0015]進一步的，作為優(yōu)選:所述子探測器為48個，按照8行、6列排列，且按照先行后列的方式編碼，所述ADC也為48個，PFGA為12個，每個PFGA對應獲取4個ADC采集的數(shù)字核脈沖信號。
[0016]在這里，微型陣列式射線探測器整體根據(jù)成年男性的肺部大小設計，由48個子探測器相互緊靠，呈縱向6列、橫向8行的陣列式結構排布在鋁框架中。其中，子探測器由前方2cmX2cmX2cm的長方體型CsI晶體和后方的光電倍增管組成。
[0017]下面我們詳細介紹反符合算法。
[0018]作為優(yōu)選:所述反符合算法流程為:
(1)首先將各子探測器Ti探測到的模擬核脈沖信號進行模數(shù)轉換得到的數(shù)字核脈沖信號Ari與FPGA設定的噪聲閾值進行比較，給出與數(shù)字脈沖信號同步的矩形脈沖信號Si (i為ADC編號或探測器編號)；
(2)然后FPGA同時以各微型子探測器為中心、包圍該子探測器的上、下、左、右子探測器為對象，利用上、下、左、右四個對象子探測器輸出的與數(shù)字脈沖信號同步的矩形脈沖信號A+、^i+L, &+1，進行反符合甄別，其中L為每行子探測器的個數(shù)，若中心子探測器處于陣列式排布中的邊緣部分，則僅將包圍其的另外2個或是3個子探測器作為對象子探測器；
(3)以中心子探測器的矩形脈沖信號&的上升沿和下降沿分別作為時間基準，判斷在兩個時間基準上，四周對象子探測器的矩形脈沖信號的電平，再進行“或”運算，即Si1Si+1,上升沿和下降沿運算結果分別記為Rr和Rf ；
(4)若兄或慫為“1”，則舍棄中心子探測器信號；若兄廣慫均為“O”，則保留。
[0019]在這里，根據(jù)反符合算法，F(xiàn)PGA編程時，選取陣列式編號后的任意子探測器i號為比較中心，其上、下、左、右的四個子探測器為比較對象(如果比較中心處于陣列邊緣，則僅與其相鄰對象比較)。
[0020]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:采用微型陣列式射線探測器，通過反符合測量有效降低本底對測量結果的影響，使測量結果更接近真實值。所使用反符合算法對單個子探測器的核脈沖進行甄別處理，減弱穿透周圍晶體進入的射線干擾，降低能譜的康普頓平，使全能峰更加明顯，有效提高了測量精度。同時，用上位機進行肺部內(nèi)污染二維成像，能直觀地顯示肺部內(nèi)污染的分布情況，對于肺部不均勻內(nèi)污染評價具有很大的幫助。
[0021]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的 系統(tǒng)框架示意圖；
圖2為本發(fā)明的電路原理功能框圖；
圖3為本發(fā)明中多通道反符合脈沖甄別單元工作原理圖；
圖4為本發(fā)明中多通道反符合脈沖甄別單元反符合算法流程圖；
圖5為本發(fā)明的多通道數(shù)字能譜測量單元示意框圖；
圖6為本發(fā)明的肺計數(shù)分析軟件框圖；
圖7為本發(fā)明的通信接口電路示意圖；
圖8為本發(fā)明的電源模塊示意圖。
[0023]
【具體實施方式】
[0024]下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0025]實施例1:參見圖1到圖8，一種肺部不均勻Y內(nèi)污染探測裝置，其特征在于:包括微型陣列式射線探測器、模數(shù)轉換單元、多通道反符合脈沖甄別單元、多通道數(shù)字能譜測量單元、為上述各電路供電的電源系統(tǒng)，以及上位機；
所述微型陣列式射線探測器正對人體肺部放置，探測肺部多個位置沉積的放射性核素物所釋放的Y射線，并將檢測到的對應多個位置的各路模擬核脈沖信號送入模數(shù)轉換單元中；模數(shù)轉換單元將多路模擬核脈沖信號轉換為數(shù)字核脈沖信號，并送入多通道反符合脈沖甄別單元中；所述多通道反符合脈沖甄別單元將數(shù)字核脈沖信號進行反符合算法處理，再將甑別后的信號送入多通道數(shù)字能譜測量單元；所述多通道數(shù)字能譜測量單元對數(shù)字核脈沖信號進行脈沖成形，脈沖幅度甄別，形成Y能譜，并送入上位機中；所述上位機內(nèi)置肺部內(nèi)污染分析軟件，實現(xiàn)核素識別和活度計算，并對肺部放射性內(nèi)污染活度分布進行
二維成像。
[0026]本實施例中，微型陣列式射線探測器參考成年男性肺部單片肺葉的大小來設計的，寬10厘米-14厘米，長14厘米到18厘米，本實施例中，采用寬12厘米，長16厘米的尺寸，所述微型陣列式射線探測器由微型的子探測器相互緊靠、且呈陣列式結構排布在鋁合金框架中，并按先行后列進行一次編碼，其中，子探測器由2cmX2cmX2cm的立方體型CsI晶體和硅光電倍增管組成；模數(shù)轉換單元包括與各子探測器對應工作的ADC，且編碼方法與微型子探測器編碼相對應；多通道反符合脈沖甄別單元由多片以總線方式連接的FPGA構建，對多路數(shù)字核脈沖信號進行并行處理，對相鄰的子探測器進行的核脈沖信號進行數(shù)字反符合甄別，并輸出反符合數(shù)字脈沖信號；多通道數(shù)字能譜測量單元也由上述FPGA構建。
[0027]更具體的，在本實施例中，所述子探測器為48個，按照8行、6列排列，且按照先行后列的方式編碼，所述ADC也為48個，子探測器和ADC——對應，編碼方式也相對應，PFGA為12個，每個PFGA對應獲取4個ADC采集的數(shù)字核脈沖信號。
[0028]在多通道反符合脈沖甄別單元中，F(xiàn)PGA內(nèi)部設定噪聲閾值，與核信號進行比較，得到高低電平，經(jīng)反符合算法處理后，濾除干擾和不成形的信號；所述多通道數(shù)字能譜測量單元也由上述FPGA構建，也就是說，可編程的FPGA通過編程，分別實現(xiàn)兩個多通道反符合脈沖甄別單元和多通道數(shù)字能譜測量單元的功能，每個FPGA的編程方式相同。
[0029]檢測時，所述微型陣列式射線探測器正對人體肺部放置，探測肺部48個位置沉積的放射性核素物釋放的Y射線，并將檢測到的對應48個位置的48個模擬核脈沖信號送入模數(shù)轉換單元中，通過模數(shù)轉換單元中的48個ADC，對應的將48個模擬核脈沖信號轉換為數(shù)字核脈沖信號，并送入多通道反符合脈沖甄別單元中；多通道反符合脈沖甄別單元收到數(shù)字核脈沖信號后，將其進行反符合算法處理，濾除干擾和不成形的信號，再將甑別后的信號送入多通道數(shù)字能譜測量單元；多通道數(shù)字能譜測量單元將甑別后的數(shù)字核脈沖信號進行脈沖成形，脈沖幅度甄別，形成與肺部多個位置對應的多個Y能譜，送入上位機中?’最終，通過上位機內(nèi)置的肺部內(nèi)污染分析軟件，實現(xiàn)核素識別和活度計算，并對肺部放射性內(nèi)污染活度分布進行二維成像。
[0030]參見圖1，微型陣列式射線探測器由48個子探測器相互緊靠，呈縱向6列、橫向8行的陣列式結構排布在鋁框架中，在探測時正對肺葉測量，可左右移動分別探測左右肺葉。子探測器編號后，每4個為一組接入I個FPGA，圖中為其中一組的示例。其后依次連接多通道反符合脈沖甄別單元和多通道數(shù)字能譜測量單元，電源系統(tǒng)分別給各個部分供電。
[0031]參閱圖2，本發(fā)明中有48個呈陣列式排布的相同的數(shù)字化Y信號獲取子系統(tǒng)，圖2為其中之一。肺部沉積物的射線進入子系統(tǒng)的前端CsI探測器和硅光電倍增管后實現(xiàn)Y輻射信號到電脈沖的轉換。電脈沖經(jīng)前置放大和主放大后，交由多通道反符合脈沖甄別單元、多通道數(shù)字能譜測量單元進行后期處理。系統(tǒng)中的高壓電源模塊給子探測器和低壓電源供電，低壓電源給系統(tǒng)其他部分供電。
[0032] 參閱圖3，在連接時，每4個經(jīng)ADC轉換的核脈沖信號接入I個FPGA。由于4個接入信號的處理方式相同，圖示為其中之一的連接處理方法。將η號子探測器接到η號ADC上進行核脈沖信號模數(shù)轉換，然后把轉換好的數(shù)字信號送入指定編號的FPGA中經(jīng)閾值比較器后轉換為高低電平信號。最后經(jīng)反符合算法，將除中心晶體外的對象晶體進行“或”運
[0033]參閱圖4，具體算法如下:
(1)首先將各子探測器Ti探測到的模擬核脈沖信號進行模數(shù)轉換得到的數(shù)字核脈沖信號Ari與FPGA設定的噪聲閾值進行比較，給出與數(shù)字脈沖信號同步的矩形脈沖信號Si (i為ADC編號或探測器編號)；
(2)然后FPGA同時以各微型子探測器為中心、包圍該子探測器的上、下、左、右子探測器為對象，利用上、下、左、右四個對象子探測器輸出的與數(shù)字脈沖信號同步的矩形脈沖信號A+、^i+L, &+1，進行反符合甄別，其中L為每行子探測器的個數(shù)，若中心子探測器處于陣列式排布中的邊緣部分，則僅將包圍其的另外2個或是3個子探測器作為對象子探測器；
(3)以中心子探測器的矩形脈沖信號&的上升沿和下降沿分別作為時間基準，判斷在兩個時間基準上，四周對象子探測器的矩形脈沖信號的電平，再進行“或”運算，即Si1 Si+1,上升沿和下降沿運算結果分別記為Rr和Rf ；
(4)若兄或慫為“1”，則舍棄中心子探測器信號；若兄廣慫均為“0”，則保留。
[0034]參閱圖5，多通道數(shù)字能譜測量單元由12個FPGA進行編程處理，對脈沖甄別后所獲得的核脈沖信號進行脈沖成形，脈沖幅度甄別，從而形成各個子探測器的Y能譜。每個FPGA的處理方式相同，圖示為其中之一。FPGA中多通道反符合脈沖甄別單元處理后的信號存入緩存一中，再進過低通濾波器、基線恢復、脈沖成形、緩存二、脈沖幅度分析等的處理，最后獲得能譜。
[0035]參閱圖6，肺計數(shù)分析軟件的參數(shù)設置可以進行通信接口、能量刻度、核素輸入和效率刻度參數(shù)設置。能量刻度即是對肺計數(shù)器的能量進行刻度；效率刻度就是對肺計數(shù)器的計數(shù)效率進行刻度；尋峰就是根據(jù)能量刻度以特征能量在能譜中找到對應的峰位；峰面積計算就是計算能量峰的面積；核素數(shù)據(jù)庫就是各種核素的半衰期、生物半排期、有效半排期、特征能量、分支比、肺吸收類別、腸轉移因子、對應活度中值空氣動力學直徑的數(shù)據(jù)庫；待積有效劑量計算就是根據(jù)A和AO算出待積有效劑量；二維成像就是根據(jù)核素活度高低進行針對選定核素的顏色梯度成像。重點描述不均勻的定量計算與顯示。
[0036]參閱圖7，肺部內(nèi)污染裝置與上位機的通信有多種接口配置，如WiF1、藍牙、USB、以太網(wǎng)，裝置可在多種環(huán)境下使用。此處通信數(shù)據(jù)量較大，我們采用以太網(wǎng)即可。
[0037]參閱圖8，肺部內(nèi)污染裝置的高壓電源部分和低壓電源部分由鋰電池通過高壓模塊轉換輸出0-1000V正高壓電源；通過低壓電源模塊轉換輸出+12V、-12V、+5V、-5V、+3.3V、+1.5V各種低電源。若采用硅光電倍增管，則不需要1000V左右的高壓。
【權利要求】
1.一種肺部不均勻Y內(nèi)污染探測裝置，其特征在于:包括微型陣列式射線探測器、模數(shù)轉換單元、多通道反符合脈沖甄別單元、多通道數(shù)字能譜測量單元、為上述各電路供電的電源系統(tǒng)，以及上位機； 所述微型陣列式射線探測器正對人體肺部放置，探測肺部多個位置沉積的放射性核素物所釋放的Y射線，并將檢測到的對應多個位置的各路模擬核脈沖信號送入模數(shù)轉換單元中； 模數(shù)轉換單元將多路模擬核脈沖信號轉換為數(shù)字核脈沖信號，并送入多通道反符合脈沖甄別單元中； 所述多通道反符合脈沖甄別單元將數(shù)字核脈沖信號進行反符合算法處理，再將甑別后的信號送入多通道數(shù)字能譜測量單元； 所述多通道數(shù)字能譜測量單元對數(shù)字核脈沖信號進行脈沖成形，脈沖幅度甄別，形成Y能譜,并送入上位機中； 所述上位機內(nèi)置肺部內(nèi)污染分析軟件，實現(xiàn)核素識別和活度計算，并對肺部放射性內(nèi)污染活度分布進行二維成像。
2.根據(jù)權利要求1所述的肺部不均勻Y內(nèi)污染探測裝置，其特征在于:所述微型陣列式射線探測器寬10厘米到14厘米，長14厘米到18厘米，由微型的子探測器相互緊靠、且呈陣列式結構排布在鋁合金框架中，并按先行后列進行一次編碼，其中，子探測器由2cmX2cmX2cm的立方體型CsI晶體和硅光電倍增管組成。
3.根據(jù)權利要求2所述的肺部不均勻Y內(nèi)污染探測裝置，其特征在于:所述模數(shù)轉換單元包括與各子探測器對應工作的ADC，且編碼方法與微型子探測器編碼相對應。
4.根據(jù)權利要求3所述的肺部不均勻Y內(nèi)污染探測裝置，其特征在于:所述多通道反符合脈沖甄別單元由多片以總線方式連接的FPGA構建，對多路數(shù)字核脈沖信號進行并行處理，對相鄰的子探測器進行的核脈沖信號進行數(shù)字反符合甄別，并輸出反符合數(shù)字脈沖信號。
5.根據(jù)權利要求4所述的肺部不均勻Y內(nèi)污染探測裝置，其特征在于:所述多通道數(shù)字能譜測量單元也由上述FPGA構建。
6.根據(jù)權利要求5所述的肺部不均勻Y內(nèi)污染探測裝置，其特征在于:所述子探測器為48個,按照8行、6列排列，且按照先行后列的方式編碼,所述ADC也為48個,PFGA為12個，每個PFGA對應獲取4個ADC采集的數(shù)字核脈沖信號。
7.根據(jù)權利要求6所述的肺部不均勻Y內(nèi)污染探測裝置，其特征在于:所述反符合算法流程為: (1)首先將各子探測器Ti探測到的模擬核脈沖信號進行模數(shù)轉換得到的數(shù)字核脈沖信號Ari與FPGA設定的噪聲閾值進行比較，給出與數(shù)字脈沖信號同步的矩形脈沖信號Si (i為ADC編號或探測器編號)； (2)然后FPGA同時以各微型子探測器為中心、包圍該子探測器的上、下、左、右子探測器為對象，利用上、下、左、右四個對象子探測器輸出的與數(shù)字脈沖信號同步的矩形脈沖信號A+、^i+L, &+1，進行反符合甄別，其中L為每行子探測器的個數(shù)，若中心子探測器處于陣列式排布中的邊緣部分，則僅將包圍其的另外2個或是3個子探測器作為對象子探測器；(3)以中心子探測器的矩形脈沖信號&的上升沿和下降沿分別作為時間基準，判斷在兩個時間基準上，四周對象子探測器的矩形脈沖信號的電平，再進行“或”運算，即Si1si+1,上升沿和下降沿運算結果分別記為Rr和Rf ； (4)若兄或慫為“1”，則舍棄中心子探測器信號；若兄廣慫均為“O”，則保留。
8.根據(jù)權利要求2所述的肺部不均勻Y內(nèi)污染探測裝置，其特征在于:所述微型陣列式射線探測器寬12cm,長16cm。
【文檔編號】G01T1/169GK104035119SQ201410247788
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權日:2014年6月6日
【發(fā)明者】王磊, 潘潔, 庹先國, 楊國山, 劉明哲, 成毅, 陳圓圓, 蔡婷 申請人:成都理工大學