一种用于水吸收剂量测量的量热装置

摘要

本申请涉及水吸收剂量测量技术领域，提供一种用于水吸收剂量测量的量热装置，量热装置包括外壳和两个热敏探针，外壳包括主体部和两个安装部，射线束沿主体部的轴向传播，两个安装部沿主体部的周向间隔设置，主体部形成有容纳腔，安装部形成有与容纳腔连通的安装通道，容纳腔用于填充水液，两个热敏探针分别穿设于两个安装通道，并伸入容纳腔中。本申请实施例提供的量热装置，外壳起到保护热敏探针、阻止热对流、最小化辐射温升测量中非热量以外形式的能量等作用，外壳可为热敏探针提供稳定的化学环境和对流屏障。两个安装部沿主体部的周向间隔设置，以避免射线束直接照射安装部以及热敏探针，进一步提高测量精度。

说明书

技术领域

本申请涉及水吸收剂量测量技术领域，尤其涉及一种用于水吸收剂量测量的量热装置。

背景技术

放射治疗已成为治疗恶性肿瘤的主要手段之一。相较于常规光子放疗，质子治疗具有特殊的深度-剂量分布曲线，质子束最初沉积的能量很少，但其单位轨迹的能量损失随深度增加而增加，当它们接近组织范围时，能量达到最大值，称为布拉格峰。因此，质子治疗可以在不影响肿瘤照射剂量的情况下降低对危及器官的照射剂量。

质子治疗中肿瘤靶区的剂量准确与否直接关系到放射治疗的效果与事故性医疗照射的发生概率。临床常用水吸收剂量作为处方剂量，即射线束辐射在水中，所关心的体积内被单位质量的水所吸收的能量。为了提高放射治疗治愈率并避免事故性医疗照射的发生，需准确测定射线束例如质子束水吸收剂量。射线束例如质子束水吸收剂量，即射线束例如质子束辐射在水中，单位质量的水所吸收的能量，单位为戈瑞(Gy，1Gy＝1J/kg)。在水吸收剂量测量中，因能量沉积主要以水温升高的形式体现，因此，需要通过量热装置测量辐射温升来测水吸收剂量。

实用新型内容

有鉴于此，本申请期望提供一种用于水吸收剂量测量的量热装置，量热装置能够用于测量射线束带来的辐射温升。

为达到上述目的，本申请一方面提供一种用于水吸收剂量测量的量热装置，包括：

外壳，包括主体部和两个安装部，射线束沿所述主体部的轴向传播，两个所述安装部沿所述主体部的周向间隔设置，所述主体部形成有容纳腔，所述安装部形成有与所述容纳腔连通的安装通道，所述容纳腔用于填充水液；

两个热敏探针，分别穿设于两个所述安装通道，并伸入所述容纳腔中。

一些实施例中，所述主体部沿轴向的尺寸小于所述主体部沿径向的尺寸。

一些实施例中，所述主体部沿轴向的尺寸不大于所述主体部沿径向的尺寸的二分之一。

一些实施例中，所述主体部包括环形板和两个平板，所述环形板沿轴向的两端开口，两个平板分别封闭所述环形板沿轴向的两端开口，所述平板的厚度在0.5mm至2mm之间。

一些实施例中，所述平板的均匀性不大于0.05mm。

一些实施例中，所述外壳采用石英玻璃。

一些实施例中，两个所述安装部对称布置。

一些实施例中，所述容纳腔中填充超纯水，并充入氦、氖、氩、氪、氙或者氮气。

一些实施例中，所述外壳包括第一管部、第二管部和气泡室，所述第一管部设置于所述主体部的周向面上并与所述容纳腔连通，所述第二管部连通于所述第一管部的管壁，所述第一管部用于注入超纯水，所述第二管部用于充入氦、氖、氩、氪、氙或者氮气，所述气泡室设置于所述主体部的周向面上并与所述容纳腔连通。

一些实施例中，所述量热装置包括固定座和调节件，所述固定座密封封闭所述安装通道，所述固定座形成有装配孔和螺纹孔，所述装配孔与所述安装通道同向延伸且连通，所述螺纹孔的延伸方向与所述安装孔的延伸方向相交，所述螺纹孔与所述安装孔连通，所述热敏探针密封穿设于所述装配孔中，所述调节件与所述螺纹孔螺纹配合，所述调节件能够接触所述热敏探针以推动所述热敏探针移动。

一些实施例中，所述螺纹孔和所述调节件的数量均为多个，每个所述螺纹孔对应一个所述调节件，多个所述螺纹孔沿所述热敏探针的周向间隔布置。

本申请实施例提供的量热装置，外壳起到保护热敏探针、阻止热对流、最小化辐射温升测量中非热量以外形式的能量等作用，外壳可为热敏探针提供稳定的化学环境和对流屏障。两个安装部沿主体部的周向间隔设置，以避免射线束直接照射安装部以及热敏探针，进一步提高测量精度。

附图说明

图1为本申请一实施例的量热装置的外壳的结构示意图；

图2为图1中A-A方向的剖视示意图；

图3为本申请一实施例的主体部的结构示意图；

图4为本申请一实施例的热敏探针的示意图；

图5为图4所示热敏探针的另一个视角的结构示意图；

图6为图5中B-B方向的剖视图。

附图标记说明

外壳1；主体部11；容纳腔11a；环形板111；平板112；第一管部13；第二管部14；安装部12；安装通道12a；热敏探针2；玻璃管21；封闭端21a；开口端21b；热敏电阻22；导线221；信号线缆10。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请实施例中，“轴向”和“径向”方位或位置关系为基于图1和图2所示的方位或位置关系，需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。下面结合附图及具体实施例对本申请再作进一步详细的说明。

请参阅图1至图6，本申请实施例提供一种用于水吸收剂量测量的量热装置，量热装置包括外壳1和两个热敏探针2，外壳1包括主体部11和两个安装部12，射线束沿主体部11的轴向传播，两个安装部12沿主体部11的周向间隔设置，主体部11形成有容纳腔11a，安装部12形成有与容纳腔11a连通的安装通道12a，容纳腔11a用于填充水液。射线束沿主体部11的轴向射入。

两个热敏探针2分别穿设于两个安装通道12a，并伸入容纳腔11a中。具体地，热敏探针2的热敏电阻22位于容纳腔11a中。热敏探针2作为辐射温升传感器，热敏探针2用于探测射线束例如质子束引起的温升。这样，通过量热装置测量温升来测量水吸收剂量。

本申请实施例提供的量热装置，外壳1起到保护热敏探针2、阻止热对流、最小化辐射温升测量中非热量以外形式的能量等作用，外壳1可为热敏探针2提供稳定的化学环境和对流屏障。两个安装部12沿主体部11的周向间隔设置，以避免射线束直接照射安装部12以及热敏探针2，进一步提高测量精度。

可以理解的是，主体部11的周向是环绕其轴向的方向。在实际使用过程中，容纳腔11a保持密封状态。

射线束包括但不限于质子束。可以通过

一实施例中，请参阅图1至图3，主体部11沿轴向的尺寸小于主体部11沿径向的尺寸。主体部11沿轴向的尺寸相对较小，以尽可能减小容纳腔11a中的热对流。

需要说明的是，轴向和径向相互垂直。

一实施例中，请参阅图1至图3，主体部11为扁平状结构，主体部11沿轴向的投影呈圆形。这样，主体部11大致呈扁平柱形结构，主体部11沿轴向的尺寸尽可能小。

一实施例中，请参阅图1至图3，主体部11沿轴向的尺寸不大于主体部11沿径向的尺寸的二分之一。以主体部11为扁平状结构，主体部11沿轴向的投影呈圆形为例，主体部11沿轴向的尺寸不大于主体部11的外径的二分之一。这样，主体部11沿轴向的尺寸尽可能小，以有效阻止可能的热对流。

一实施例中，请参阅图1至图3，主体部11包括环形板111和两个平板112，环形板111沿轴向的两端开口，两个平板112分别封闭环形板111沿轴向的两端开口，平板112的厚度在0.5mm至2mm之间。示例性的，平板112的厚度为0.5mm、0.7mm、0.8mm、0.85mm、0.88mm、1mm、1.02mm、1.05mm、1.1mm、1.15mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或者2mm等等。如此，平板112的厚度适中，既能够具有较好的刚度，又能够减少主体部11的热传导对温升测量的影响。

示例性的，一些实施例中，请参阅图1至图3，平板112可以呈圆形，环形板111呈圆环形。

一实施例中，平板112的均匀性不大于0.05mm。如此能够更进一步地减少平板112的热传导对温升测量的影响。

一实施例中，外壳1采用石英玻璃。进一步地，外壳1采用超纯石英玻璃。石英玻璃不仅透光率高，还具有化学性质稳定、膨胀系数低、加工性能好、纯度高、耐腐蚀和耐辐射等特点，适用于进行射线束的水吸收剂量的测量。

一实施例中，请参阅图1和图2，两个安装部12对称布置。示例性的，两个安装部12的连线经过主体部11的圆心。如此，不仅便于布置热敏探针2的位置，降低装配难度，热敏探针2测量的温度也更加真实可靠。

一实施例中，容纳腔11a中填充超纯水，并充入氦、氖、氩、氪、氙或者氮气。氦、氖、氩、氪和氙均为惰性气体。氦、氖、氩、氪、氙或者氮气均能够抑制辐射化学反应。超纯水是将水中的导电介质几乎全部去除，又将水中不离解的胶体物质、气体和有机物均去除至很低程度的水。超纯水的含盐量在0.1mg/L以下，25℃时电阻率达到18MΩ*cm的水。利用氦、氖、氩、氪、氙或者氮气饱和超纯水，以减小热敏电阻22探针周围溶解氧含量，避免因溶解氧产生的化学反应热对量热测定结果的影响。

一实施例中，请参阅图1至图3，外壳1包括第一管部13、第二管部14和气泡室，第一管部13设置于主体部11的周向面上并与容纳腔11a连通，第二管部14连通于第一管部13的管壁，第一管部13用于注入超纯水，第二管部14用于充入惰性气体或者氮气，气泡室设置于主体部11的周向面上并与容纳腔11a连通。第二管部14和气泡室用于做鼓泡试验。鼓泡试验包括：第一管部13密封，通过第二管部14向容纳腔11a中充入氦、氖、氩、氪、氙或者氮气，气泡室用于放出容纳腔11a中的空气，避免温度骤变时主体部11产生裂纹。

示例性的，一实施例中，第一管部13采用两级密封。如此，第一管部13的密封性好，避免容纳腔11a中的水液接触外界。

示例性的，一实施例中，气泡室位于第一管部13和其中一个安装部12之间。

一实施例中，量热装置包括固定座和调节件，固定座密封封闭安装通道12a，固定座形成有装配孔和螺纹孔，装配孔与安装通道12a同向延伸且连通，螺纹孔的延伸方向与安装孔的延伸方向相交，螺纹孔与安装孔连通，热敏探针2密封穿设于装配孔中，调节件与螺纹孔螺纹配合，调节件能够接触热敏探针2以推动热敏探针2移动。这样，通过转动调节件以对热敏探针2进行位置调节，操作便捷。

固定座的材质包括但不限于聚四氟乙烯。

一实施例中，螺纹孔和调节件的数量均为多个，每个螺纹孔对应一个调节件，多个螺纹孔沿热敏探针2的周向间隔布置。可以通过转动不同的调节件从不同方向调节热敏探针2，以便将热敏探针2定位至设定位置。

一实施例中，安装通道12a的周向面与固定座螺纹连接。这样，便于固定座的安装和拆卸。

一实施例中，热敏探针2可以通过涂覆有特氟龙的橡胶垫圈密封穿设于装配孔中。

一实施例中，请参阅图4至图6，热敏探针2包括玻璃管21和热敏电阻22，玻璃管21具有封闭端21a和开口端21b，热敏电阻22位于玻璃管21内部且位于封闭端21a。热敏电阻22所在的封闭端21a的壁厚约为0.1mm，以减少非水材料例如封闭端21a对温升测量的影响。玻璃管21可以保护热敏电阻22。

示例性的，可以将直径为8mm(毫米)、壁厚为1mm的原始管加热并拉伸成为玻璃管21。玻璃管21的外径可以在0.5mm～0.6mm之间，长度为4cm(厘米)，尖端的直径约为0.6mm，封闭端21a的壁厚约为0.1mm，将热敏电阻22插入拉制好的玻璃管21中。

一实施例中，玻璃管21也可以采用石英玻璃。

一实施例中，请参阅图4至图6，可以将热敏电阻22的导线221剪掉约剩6cm焊接到信号线缆10上。信号线缆10可以是Belden 9451音频信号屏蔽线缆。

为了进一步固定热敏探针2，一实施例中，采用UV胶即紫外光固化剂，将热敏探针2和信号线缆10粘到玻璃管21上。UV胶是通过紫外线光照射才能固化的一类胶粘剂，它可以作为粘接剂使用。具有适用范围广、粘连强度高、效率快(可几秒钟定位，一分钟达到最高强度)、固化后完全透明、产品长期不变黄、不白化、耐环测和柔韧性好等特点。

一实施例中，热敏探针2包括防水密封套，防水密封套用于密封玻璃管21的开口端21b，信号线缆10密封穿设于防水密封套中。例如，在完成热敏探针2和信号线缆10的粘合后，在玻璃管21的开口端21b套防水密封套完成密封防水设计。

一些实施例中，防水密封套的外表面可以涂覆硅胶，以提高防水性能。防水密封套可以为橡胶材质。

一实施例中，信号线缆10外可以套乳胶管，以进一步提高防水性能。

热敏电阻22的尺寸可以尽可能小，以最大程度地减少以热传导形式对辐射温升测量的影响。一实施例中，热敏探针2的温升分辨率可达0.5μk(微开尔文)。

示例性的，热敏电阻22可以为NTC热敏电阻22，即Negative TemperatureCoefficient，负温度系数热敏电阻22。

一实施例中，热敏电阻22的导线221包括两根铂铱丝，其中一根铂铱丝包裹有塑料微管，以提供电绝缘。

示例性的，一实施例中，热敏电阻22位于主体部11的中心区域。这样，热敏电阻22尽可能靠近射线束的中心。

本申请实施例提供一种用于水吸收剂量测量的温度控制系统，温度控制系统包括保温壳、水模体、调温装置、本申请实施任意一项实施例中量热装置和第一调节组件。

保温壳形成有保温腔，保温壳的前侧壁形成有用于供射线束射入的透射窗。水模体放置于保温腔中，水模体的前侧壁形成有入射窗，入射窗朝向透射窗。保温壳能够起到保温作用，减少水模体中的水液与外界环境之间的热交换。射线束依次通过透射窗和入射窗射入水模体的水液中。

水模体是通过在水箱中注水以模拟身体组织的结构。

调温装置的部分位于水模体中，以调节水模体的水温。也就是说，调温装置的部分位于水模体中，以与水模体中的水液进行热交换，从而选择性地升高或者降低水模体的水温。通过调温装置调节水模体的水温，以使得水温迅速达到设定的工作温度。这样，水模体的水温在工作温度的状态下，射线束射入水模体中引起温升。

量热装置的部分位于水模体中。量热装置用于测量射线束例如质子束引起的温升。这样，通过量热装置测量温升来测量水吸收剂量。

第一调节组件与量热装置连接，第一调节组件能够驱使量热装置沿前后方向移动。也就是说，第一调节组件能够调节量热装置在前后方向的深度。

水吸收剂量是射线束辐射至水模体的水液中，单位质量水液所吸收的辐射能量。量热装置通过测量射线束引起的温升以计算水吸收剂量。因此，需要减少外界环境与水模体之间的热交换。

本申请实施例提供的温度控制系统，一方面，保温壳提供保温作用，减少水模体与外界环境之间的热交换，使得水模体中的水温能够相对恒定，从而减少外界环境对辐射温升的影响。另一方面，通过第一调节组件调节量热装置沿前后方向的位置，从而调节量热装置的深度。通过调温装置和保温壳可以将水模体的水温控制在接近绝热的温度环境，以满足辐射温升测量要求的分辨率。通过控制水模体的工作环境来实现射线束水吸收剂量的测量所需的稳定热环境。确保射线束水吸收剂量测量结果准确可靠，为剂量监测提供技术保障。

需要说明的是，本申请中，前是指射线束所在侧的方向，后与前方向相反。下是指朝向地面的方向，上与下方向相反。前后方向、左右方向和上下方向相互垂直，共同构成三维垂直坐标系。前后方向是沿水平面的方向，这样，射线束沿水平方向射入水模体，水平射线束可以避免垂直射线束即沿上下方向射线束测量中蒸发引起的测量高度变化和水面原点的定义困难等问题。

可以理解的是，主体部11的轴向与前后方向一致。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不仅限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围后，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之后。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。