CN110850464A - 一种质子束流强度及截面测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及质子束流线测量技术领域，公开了一种质子束流强度及截面测量装置，包括真空室、束流管道，真空室的下部与束流管道的上部相接通，所述真空室的上方安装有气缸，气缸的活塞杆竖直向下，且活塞杆的下端固定连接有位于真空室或束流管道内腔的束流阻挡体、荧光靶片，气缸的活塞杆可分别带动束流阻挡体、荧光靶片移动至束流管道内质子束流截面的位置，本发明的测量装置能够在有限的空间内对质子回旋加速器束流线的质子束流强度及截面进行精确测量。

Description

一种质子束流强度及截面测量装置

技术领域

本发明涉及质子束流线测量技术领域，特别涉及一种质子束流强度及截面测量装置。

背景技术

放射治疗是癌症治疗的重要手段，其中质子治癌具有非常突出的优点，在近年得到了迅速发展。在质子治疗癌症的过程中，质子束流的强度和截面是非常重要的参数。质子束流强度与剂量率相关，直接涉及被治疗人的生命安全，因此需要对质子束流的强度进行测量。对质子束流强度的测量，可以采用感应式的测量原理，利用带电束流的磁场对束流强度进行测量，可实现在线实时测量，但由于是利用带电束流的磁场对束流强度进行测量，受到磁性材料性能参数的限制，其可测量的束流强度下限存在阈值，约为微安量级。与感应式的测量相比，采用阻挡式的测量原理可以更精确地对弱流质子束流进行强度测量，更适合束流强度较低的质子治疗。但质子治疗所用质子束流能量高，在束流阻挡体中的射程大，束流阻挡体的材料选择更加重要。

在束流调试过程中，需要对束流截面进行测量，在束流调试及质子治疗过程中，需要根据测得的截面对各项参数进行调节，从而保证传输线上高的束流传输效率，降低残余剂量，方便设备维护。

质子治疗束流线上设备较多，包括磁铁、降能器等，部分束流线位于旋转机架中，因此，能用于束流诊断元件的纵向和横向空间均受到限制，需要在有限的空间内完成质子束流强度及截面测量。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种质子束流强度及截面测量装置，能够在有限的空间内对质子回旋加速器束流线的质子束流强度及截面进行精确测量。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种质子束流强度及截面测量装置，包括真空室、束流管道，真空室的下部与束流管道的上部相接通，所述真空室的上方安装有气缸，气缸的活塞杆竖直向下，且活塞杆的下端固定连接有位于真空室或束流管道内腔的束流阻挡体、荧光靶片，气缸的活塞杆可分别带动束流阻挡体、荧光靶片移动至束流管道内质子束流截面的位置，束流阻挡体阻挡质子束流产生弱电流信号，束流管道外侧设有反射体、摄像头，质子束流激发荧光靶片产生的荧光经过反射体反射传输至摄像头的镜头。

通过采用上述技术方案，气缸的活塞杆伸出带动束流阻挡体下移至质子束流截面的位置，从而完全阻挡质子束流，测量束流阻挡体阻挡质子束流产生的电流大小，以得到质子束流的强度信息。气缸的活塞杆伸出带动荧光靶片下移至质子束流截面的位置，质子束流激发荧光靶片产生的荧光通过反射体、摄像头对图像进行采集，通过荧光靶对束流截面进行测量，可以非常直观地得到质子束流截面信息。

本发明进一步设置为，所述真空室的上端安装有固定支架，所述气缸的缸体固定安装于固定支架上，真空室的上端开设有通孔，通孔外密封连接有伸缩波纹管，伸缩波纹管的另一端密封连接有密封盘，气缸的活塞杆下端与密封盘的上部固定连接，密封盘的下部固定连接有连接杆，束流阻挡体、荧光靶片均固定于连接杆上。

通过采用上述技术方案，真空室的内腔为真空状态，伸缩波纹管的内腔与真空室内腔相通，且为真空状态，伸缩波纹管的两端分别与通孔、密封盘相密封连接，气缸的活塞杆伸出或收缩可带动束流阻挡体、荧光靶片上下移动，同时满足真空室内的真空要求。

本发明进一步设置为，所述束流阻挡体***置有屏蔽罩，束流阻挡体产生的弱电流信号通过弱电流信号放大电路输入至数据采集***。

通过采用上述技术方案，屏蔽罩围置于束流阻挡体外，仅保留质子束流路径，为弱电流信号提供良好的电磁屏蔽作用，束流阻挡体产生的弱电流信号经过弱电流信号放大电路放大后，输入至数据采集***得到质子束流的强度信息。

本发明进一步设置为，所述束流阻挡体的材质为钨或钼。

通过采用上述技术方案，质子束流撞击束流阻挡体会产生高温，束流阻挡体的材质采用钨或钼具有较高熔点，减小了束流阻挡体中的质子束流射程，有利于降低束流阻挡体的厚度，从而保证束流阻挡体的正常使用。

本发明进一步设置为，所述真空室或束流管道的侧壁设有观察窗，质子束流激发荧光靶片产生的荧光穿过观察窗传输至反射体，经过反射体反射传输至摄像头的镜头。

通过采用上述技术方案，荧光靶片产生的荧光穿过观察窗，并经过反射体的反射传输至摄像头的镜头，一方面实现了荧光采集的目的，另一方面使摄像头远离辐射场，延长其使用寿命。

本发明进一步设置为，所述反射体有两个，反射体为平面镜或三棱镜，且荧光经过两个对应设置的平面镜或三棱镜反射传输至摄像头的镜头。

通过采用上述技术方案，反射体为平面镜或三棱镜，且有两个相对应设置，以形成光线的反射光路，荧光靶片产生的荧光经过反射光路传输至摄像头的镜头。

本发明进一步设置为，所述荧光靶片表面涂覆有荧光材料，荧光靶片的材质为石英玻璃。

通过采用上述技术方案，质子束流激发荧光靶片表面涂覆具有荧光作用的荧光材料，且石英玻璃具有耐高温的性能，保证荧光靶片的正常使用。

本发明进一步设置为，所述气缸为二级伸缩气缸，气缸的第一级活塞杆伸出并带动荧光靶片移动至质子束流截面的位置，气缸的第二级活塞杆伸出并带动束流阻挡体移动至质子束流截面的位置。

通过采用上述技术方案，通过二级伸缩气缸的第一级活塞杆、第二级活塞杆的伸长或收缩达到不同工作位置，实现对束流阻挡体和荧光靶片的不同工作位置进行切换，操作控制方便。

本发明进一步设置为，所述真空室的截面为矩形，束流管道的截面为弧形。

通过采用上述技术方案，所述真空室与束流管道采用一体式设计，大幅度节约束流管道的纵向空间，缓解了质子治疗***的束流线纵向空间紧张问题。

本发明进一步设置为，所述屏蔽罩的材质为电磁屏蔽材料。

通过采用上述技术方案，电磁屏蔽材料具有较好的电磁屏蔽性能，从而保证了束流阻挡体产生的弱电流信号不会受到外界电磁辐射的影响。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

本发明的气缸的活塞杆伸出带动束流阻挡体下移至质子束流截面的位置，从而完全阻挡质子束流，测量束流阻挡体阻挡质子束流产生的电流大小，以得到质子束流的强度信息。气缸的活塞杆伸出带动荧光靶片下移至质子束流截面的位置，质子束流激发荧光靶片产生的荧光通过反射体、摄像头对图像进行采集，可以非常直观地得到质子束流截面信息。本发明能够在有限的空间内对质子回旋加速器束流线的质子束流强度及截面进行测量，适用的质子束流能量为70MeV至250MeV；

本发明的屏蔽罩围置于束流阻挡体外，仅保留质子束流路径，为弱电流信号提供良好的电磁屏蔽，质子束流撞击束流阻挡体产生弱电流信号，弱电流信号经过弱电流信号放大电路放大后，并通过数据采集***得到质子束流的强度信息；

本发明的反射体为平面镜或三棱镜，且荧光靶片产生的荧光经过两个平面镜或三棱镜反射传输至摄像头的镜头，以得到质子束流截面信息，同时由于摄像头远离辐射场，延长了摄像头的使用寿命；

本发明大大节约束流管道的纵向空间，对缓解质子治疗***的束流线纵向空间紧张问题，具有非常重要的作用；如发生***断电、气动***失效等情况，束流阻挡体可凭借重力落下，保证安全。

本发明的真空室的内腔为真空状态，伸缩波纹管的内腔与真空室内腔相通，且为真空状态，伸缩波纹管的两端分别与通孔、密封盘相密封连接，气缸的活塞杆伸出或收缩可带动束流阻挡体、荧光靶片上下移动，同时满足真空室内的真空要求。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的质子束流强度测量原理框图。

附图标记：1、真空室；2、束流管道；3、气缸；4、活塞杆；5、束流阻挡体；6、荧光靶片；7、反射体；8、摄像头；9、屏蔽罩；10、观察窗；11、质子束流截面；12、伸缩波纹管；13、连接杆；14、通孔；15、固定支架；16、密封盘。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明公开了一种质子束流强度及截面测量装置，包括真空室1、束流管道2，真空室1的截面为矩形，束流管道2的截面为弧形，真空室1的下部与束流管道2的上部相接通，真空室1的上方安装有气缸3，气缸3的活塞杆4竖直向下，且活塞杆4的下端固定连接有位于真空室1或束流管道2内腔的束流阻挡体5、荧光靶片6，气缸3的活塞杆4可分别带动束流阻挡体5、荧光靶片6移动至束流管道2内质子束流截面11的位置，束流阻挡体5阻挡质子束流产生弱电流信号，束流管道2外侧设有反射体7、摄像头8，质子束流激发荧光靶片6产生的荧光经过反射体7反射传输至摄像头8的镜头；真空室1的上端安装有固定支架15，气缸3的缸体固定安装于固定支架15上，真空室1的上端开设有通孔14，通孔14外密封连接有伸缩波纹管12，伸缩波纹管12的另一端密封连接有密封盘16，气缸3的活塞杆4下端与密封盘16的上部固定连接，密封盘16的下部固定连接有连接杆13，束流阻挡体5、荧光靶片6均固定于连接杆13上；气缸3为二级伸缩气缸，气缸3的第一级活塞杆4伸出并带动荧光靶片6移动至质子束流截面11的位置，气缸3的第二级活塞杆4伸出并带动束流阻挡体5移动至质子束流截面11的位置。

荧光靶片6表面涂覆有荧光材料，荧光靶片6的材质为石英玻璃，真空室1或束流管道2的侧壁设有观察窗10，质子束流激发荧光靶片6产生的荧光穿过观察窗10传输至反射体7，反射体7有两个，反射体7为平面镜或三棱镜，且荧光经过两个对应设置的平面镜或三棱镜反射传输至摄像头8的镜头。

如图2所示，束流阻挡体5***置有屏蔽罩9，束流阻挡体5的材质为钨或钼，屏蔽罩9的材质为电磁屏蔽材料，束流阻挡体5产生的弱电流信号通过弱电流信号放大电路输入至数据采集***。

本实施例在使用时，

本发明质子束流强度及截面测量装置用于将质子回旋加速器引出质子束流传输至治疗终端的束流线上，适用的质子束流能量范围为70MeV至250MeV。

在对束流线上的质子束流截面11进行测量时，启动二级伸缩气缸的第一级活塞杆伸出至全行程，带动荧光靶片6移动至束流管道2内的质子束流截面11的位置，完全覆盖质子束流截面11，质子束流激发荧光靶片6产生的荧光，获得的荧光图像通过反射件传输至摄像头8的镜头，进而获得质子束流截面11的信息。

在对束流线上的质子束流强度进行测量时，启动二级伸缩气缸的第二级活塞杆伸出至全行程，带动屏蔽罩9、束流阻挡体5移动至束流管道2内的质子束流截面11的位置。质子束流截面11完全被束流阻挡体5阻挡，束流阻挡体5产生弱电流信号，通过弱电流信号放大电路测量质子束流携带的电流，以获得质子束流的强度信息。

束流阻挡体5与荧光靶片6不工作时，通过二级伸缩气缸的第一级活塞杆、第二级活塞杆收缩带动其完全脱离质子束流路径；通过气缸3的不同工作位置对束流阻挡体5和荧光靶片6的工作位置进行切换。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种质子束流强度及截面测量装置，包括真空室(1)、束流管道(2)，真空室(1)的下部与束流管道(2)的上部相接通，其特征是：所述真空室(1)的上方安装有气缸(3)，气缸(3)的活塞杆(4)竖直向下，且活塞杆(4)的下端固定连接有位于真空室(1)或束流管道(2)内腔的束流阻挡体(5)、荧光靶片(6)，气缸(3)的活塞杆(4)可分别带动束流阻挡体(5)、荧光靶片(6)移动至束流管道(2)内质子束流截面(11)的位置，束流阻挡体(5)阻挡质子束流产生弱电流信号，束流管道(2)外侧设有反射体(7)、摄像头(8)，质子束流激发荧光靶片(6)产生的荧光经过反射体(7)反射传输至摄像头(8)的镜头。

2.根据权利要求1所述的一种质子束流强度及截面测量装置，其特征是：所述真空室(1)的上端安装有固定支架(15)，所述气缸(3)的缸体固定安装于固定支架(15)上，真空室(1)的上端开设有通孔(14)，通孔(14)外密封连接有伸缩波纹管(12)，伸缩波纹管(12)的另一端密封连接有密封盘(16)，气缸(3)的活塞杆(4)下端与密封盘(16)的上部固定连接，密封盘(16)的下部固定连接有连接杆(13)，束流阻挡体(5)、荧光靶片(6)均固定于连接杆(13)上。

3.根据权利要求1所述的一种质子束流强度及截面测量装置，其特征是：所述束流阻挡体(5)***置有屏蔽罩(9)，束流阻挡体(5)产生的弱电流信号通过弱电流信号放大电路输入至数据采集***。

4.根据权利要求1所述的一种质子束流强度及截面测量装置，其特征是：所述束流阻挡体(5)的材质为钨或钼。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种质子束流强度及截面测量装置，其特征是：所述真空室(1)或束流管道(2)的侧壁设有观察窗(10)，质子束流激发荧光靶片(6)产生的荧光穿过观察窗(10)传输至反射体(7)，经过反射体(7)反射传输至摄像头(8)的镜头。

6.根据权利要求5所述的一种质子束流强度及截面测量装置，其特征是：所述反射体(7)有两个，反射体(7)为平面镜或三棱镜，且荧光经过两个对应设置的平面镜或三棱镜反射传输至摄像头(8)的镜头。

7.根据权利要求4所述的一种质子束流强度及截面测量装置，其特征是：所述荧光靶片(6)表面涂覆有荧光材料，荧光靶片(6)的材质为石英玻璃。

8.根据权利要求1～4任一项所述的一种质子束流强度及截面测量装置，其特征是：所述气缸(3)为二级伸缩气缸，气缸(3)的第一级活塞杆伸出并带动荧光靶片(6)移动至质子束流截面(11)的位置，气缸(3)的第二级活塞杆伸出并带动束流阻挡体(5)移动至质子束流截面(11)的位置。

9.根据权利要求1～4任一项所述的一种质子束流强度及截面测量装置，其特征是：所述真空室(1)的截面为矩形，束流管道(2)的截面为弧形。

10.根据权利要求1～4任一项所述的一种质子束流强度及截面测量装置，其特征是：所述屏蔽罩(9)的材质为电磁屏蔽材料。

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