一种用于放疗质量控制的双通道指型电离室静电计的制作方法

本发明涉及核电子学、辐射探测与放射治疗质量保证，具体为一种用于放疗质量控制的双通道指型电离室静电计。

背景技术：

1、在放射治疗质量保证与剂量验证工作中，通常需使用指型电离室配合静电计，对医用直线加速器、后装源等放射源的输出剂量进行精确测量。然而，现有医用静电计在技术性能上存在一系列局限，难以满足日益提升的临床与质控需求。

2、在微弱电流测量方面，为抑制电子噪声，现有设备常采用大反馈电阻或长积分时间常数，虽提升了读数稳定性，却严重牺牲了动态响应能力，导致测量结果响应迟缓，无法实时跟踪辐射场的快速变化。环境中的电磁干扰与电缆噪声等问题进一步加剧了测量不可靠性。

3、随着放射治疗技术向高剂量率、短脉冲方向演进（如flash放疗），传统静电计的动态范围与瞬态响应能力不足的问题愈发突出。在极端剂量率条件下，电离电流易使前端跨阻放大器饱和，引起信号失真或测量暂时失效，无法保障瞬时高剂量率的准确监测。

4、在双通道测量结构上，现有设计存在明显缺陷。部分设备仅通过单路模数转换器轮询采样或异步采集实现双通道功能，导致两通道采样时刻存在微秒至毫秒级差异。当束流存在高频波动或脉冲特性时，这种不同步会引入显著的比值噪声，使得双通道比值测量无法有效抵消束流涨落。此外，通道间电气隔离不足，高电流通道的信号易通过漏电、电源耦合或地回路干扰低电流通道，影响测量结果的准确度与可信度。

5、系统层面，许多现有设备自动化与信息化程度较低，依赖本地显示与人工记录，缺乏与医院信息系统或质量控制软件的直接数据接口。数据导出方式落后，易引入人为误差，不利于高效、规范的长期质量管理。

6、综上所述，现有医用静电计在动态响应与噪声抑制的平衡、高剂量率下的线性与稳定性、双通道同步采集能力以及通道间隔离等关键方面均存在不足，制约了其在新一代高精度放疗技术中的应用。

技术实现思路

1、基于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种用于放疗质量控制的双通道指型电离室静电计，以解决上述技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于放疗质量控制的双通道指型电离室静电计，包括：指型电离室模块、模拟前端板模块、后端采集板模块、结果输出模块、高压偏置模块和电源管理模块；

3、指型电离室模块：利用两只相互独立的指型电离室，分别构成第一测量通道与第二测量通道，将辐射信号转换为两路独立的微弱电流信号；

4、模拟前端板模块：对两路微弱电流信号分别进行电流-电压转换与放大处理，输出两路模拟电压信号；

5、后端采集板模块：利用两颗分别对应第一测量通道与第二测量通道的高精度模数转换器对两路模拟电压信号进行同步数字化采样，生成双通道数字化采样结果，并通过数字滤波与标定换算生成剂量率测量结果。

6、本发明进一步设置为，所述结果输出模块基于后端采集板模块输出的剂量率测量结果，生成可视化的读数、图表或状态信息；

7、所述高压偏置模块通过升压电路将电源管理模块输出的低压直流电转换为稳定的高压直流电，并进行滤波处理生成高压偏置电压供给指型电离室模块；

8、所述电源管理模块通过对输入的电源进行降压、稳压和分配，利用各级电子电路为高压偏置模块、模拟前端板模块、后端采集板模块以及结果输出模块提供稳定工作电源。

9、本发明进一步设置为，所述指型电离室模块包括：第一指型电离室与第二指型电离室；

10、利用第一指型电离室与第二指型电离室，通过物理隔离与独立电气连接的方式，分别构成第一测量通道和第二测量通道，其中，第一测量通道为测量通道，第二测量通道为参考通道；

11、基于第一测量通道和第二测量通道，在高压偏置模块输出的高压偏置电压的作用下，于辐射场中产生与辐射剂量相关的微弱电流信号，所述微弱电流信号包括：第一路微弱电流信号和第二路微弱电流信号。

12、本发明进一步设置为，所述模拟前端板模块包括：电流电压转换单元、量程切换与信号放大单元、漏电抑制与稳定单元和噪声评估单元。

13、本发明进一步设置为，所述电流电压转换单元包括：跨阻放大器；

14、所述跨阻放大器的反相输入端连接至对应通道指型电离室的输出节点，获取输出的微弱电流信号；

15、通过在运算放大器输出端与反相输入端之间设置反馈电阻回路的方式，将微弱电流信号转换为与其对应的模拟电压信号。

16、本发明进一步设置为，所述量程切换与信号放大单元包括：多组不同阻值的反馈电阻及对应设置的机械信号继电器；

17、多组反馈电阻通过机械信号继电器可选择地接入跨阻放大器的反馈回路中；

18、通过控制机械信号继电器的导通状态，使不同阻值的反馈电阻支路在反馈回路中切换接入，从而改变跨阻放大器反馈回路的等效反馈阻值，实现对微弱电流信号的不同增益放大与量程切换，获得适用于后端模数转换器输入范围的模拟电压信号。

19、本发明进一步设置为，所述漏电抑制与稳定单元包括：保护环；

20、所述保护环布设于跨阻放大器输入节点及反馈电阻所在区域的pcb上，并与所述跨阻放大器中运算放大器的缓冲输出端相连接；

21、采用由运算放大器缓冲输出驱动保护环的方式，使保护环电位与输入节点电位保持一致，从而抑制pcb表面漏电流及环境因素引起的寄生干扰，提高微弱电流测量的稳定性与一致性。

22、本发明进一步设置为，所述噪声评估单元包括：

23、基于跨阻放大器输出的模拟电压信号，采用均方根噪声分析方法获得输出端的噪声电压密度；

24、基于跨阻放大器反馈回路的等效反馈阻值，采用噪声折算映射方法将噪声电压密度换算为对应输入端的等效噪声电流密度；

25、基于等效噪声电流密度，通过与预设的噪声阈值进行比较；

26、依据比较结果，采用继电器控制切换方法选择接入不同反馈电阻支路，并通过运算放大器缓冲输出维持保护环驱动状态，从而降低前端板模块的本底噪声以及提高模拟电压信号输出的稳定性与分辨能力。

27、本发明进一步设置为，所述后端采集板模块包括：模数转换单元和数字滤波单元；

28、所述模数转换单元包括：两颗高精度模数转换器，所述高精度模数转换器包括：第一模数转换器与第二模数转换器；

29、高精度模数转换器的模拟输入端分别连接至模拟前端板模块中对应通道的输出端，用于采集两路模拟电压信号；

30、由微处理器提供同步触发信号，通过对两路模拟电压信号进行同步模数转换的方式，生成对应的第一测量通道与第二测量通道的双通道数字化采样结果。

31、本发明进一步设置为，所述数字滤波单元包括：微处理器；

32、利用微处理器接收第一测量通道与第二测量通道的数字化采样结果，并对第一测量通道与第二测量通道的数字化采样结果运用均方根滤波算法进行处理，生成滤波后的稳定采样数据；

33、基于稳定采样数据，采用剂量率标定换算处理方法生成对应的剂量率测量结果。

34、本发明提供一种用于放疗质量控制的双通道指型电离室静电计，所述系统通过指型电离室模块：利用两只相互独立的指型电离室，分别构成第一测量通道与第二测量通道，将辐射信号转换为两路独立的微弱电流信号；模拟前端板模块：对两路微弱电流信号分别进行电流-电压转换与放大处理，输出两路模拟电压信号；后端采集板模块：利用两颗分别对应第一测量通道与第二测量通道的高精度模数转换器对两路模拟电压信号进行同步数字化采样，生成双通道数字化采样结果，并通过数字滤波与标定换算生成剂量率测量结果，产生的有益效果包括：

35、基于双路独立adc与同步控制硬件的严格同步采集：本发明采用由两路完全独立的模拟前端放大电路与两组独立的高精度模数转换器构成的并行采集架构，并通过主控制器提供统一的时钟与触发信号进行控制。该硬件设计从物理层面确保了测量通道与参考通道采样的严格同步，消除了传统轮询或异步采集方式存在的时间差，为双通道实时比值计算提供了可靠基础，显著提升了在束流波动条件下的测量重复性与稳定性。

36、基于机械继电器与保护环的极低噪声模拟前端设计：本发明的模拟前端采用机械式继电器进行量程切换，并结合由运放驱动的保护环结构。继电器极高的关断阻抗从根本上消除了半导体开关固有的漏电和寄生效应，而保护环则有效抑制了印刷电路板的表面漏电流。两者的协同作用，使得系统在测量pa级微弱电流时仍能保持极低的本底噪声和优异的通道一致性，实现了高精度、高稳定性的微弱信号采集。

37、共源高压与电源的共模噪声抑制系统架构：本发明采用统一的高压模块为双电离室提供偏置，并采用共源的低噪声电源为双通道模拟电路供电。该架构使得电源纹波、电压漂移等干扰在双通道上表现为共模信号。通过后续对双通道同步采集数据的比值计算，此类共模干扰被有效抵消，从而显著提升了系统整体抗干扰能力和在复杂电磁环境下的长期测量稳定性。

38、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。