一种球型双向光纤传感探头制造技术

本发明专利技术提供了一种球型双向光纤传感探头，包括Cherenkov辐射收集器和光信号传输光纤，Cherenkov辐射收集器为中空封闭球状结构，Cherenkov辐射收集器包括从外到内依次布置的外壳涂覆层、中间壳层、内壳反射层和内腔，光信号传输光纤为连接光纤，连接光纤穿插Cherenkov辐射收集器内部布置，且位于Cherenkov辐射收集器内的连接光纤部分为去掉涂敷层和包层的光纤纤芯，连接光纤两端分别连接光强探测器和计算机。本发明专利技术保留光纤传感器检测射线优点，克服荧光材料缺点，收集Cherenkov辐射并将其在光纤上传导，球形结构满足高能射线与介质作用中的电子平衡，得到可靠的与射线剂量相关的光信号。靠的与射线剂量相关的光信号。靠的与射线剂量相关的光信号。

【技术实现步骤摘要】
一种球型双向光纤传感探头


[0001]本专利技术属于利用光纤传感探头进行医用射线检测领域，尤其是涉及一种球型双向光纤传感探头。

技术介绍

[0002]社会的生产与发展离不开对射线的利用，自从19世纪里特和伦琴相继发现紫外线和X射线，高能射线在当今社会得到长效的发展，如今广泛应用于医用物质及食品杀菌消毒、CT诊断及放射治疗等等。但射线的利用是一把“双刃剑”，如果我们不能合理的规避它的缺点，将会影响相关人员的健康甚至危害性命。例如，医院放疗科室在对肿瘤病人进行放射治疗之前都需要对加速器参数进行校正，而这类检测并校正射线设备的可靠性决定了放疗过程的安全。
[0003]通过检测高能射线在物质中产生的Cherenkov辐射可以间接测量射线强度。对高能射线检测的难点如何将其等效转化为可测的量，医用放疗的X射线与物质作用会产生大量的电子，电子在介质中运动时，它的电场作用于附近的原子上，将造成原子的极化，带正电荷原子核将被拉近电子，而带负电荷的价电子将会被推离电子，极化效应的程度由介质的介电常数决定。如果电子的运动速度超过了介质中光的相速，原子极化的弛豫时间开始滞后于驱动电子的通过时间。这将在电子运动方向上引入不对称性，因此造成在远距离也不能相互抵消的偶极子电场。这就在电子路径上的每一个点上产生辐射脉冲，该辐射的波段在500nm-900nm，属于可见光波段，称为Cherenkov辐射。射线的强度及能量直接决定了产生的电子的数目及初始动能，而电子的这两个参数也决定了Cherenkov辐射的波长及光强。
[0004]以现有的一种嵌入式辐射剂量检测光纤探针为例，该探头的技术方案是在光纤的一个端面内嵌入荧光材料，但荧光材料的发光效率与射线能量关系尚不明确，利用该探头检测到的组织深度与剂量关系与电离室检测的存在较大差异。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种球型双向光纤传感探头，保留光纤传感器检测射线的优点，同时又克服荧光材料的缺点，将光纤上一段加工出球形灵敏区，用于收集Cherenkov辐射并将其在光纤上传导，其中球形灵敏区的特殊结构可以满足高能射线与介质作用中的电子平衡，通过这些设计可以得到可靠的与射线剂量相关的光信号。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种球型双向光纤传感探头，包括Cherenkov辐射收集器和光信号传输光纤，所述的Cherenkov辐射收集器为中空封闭球状结构，所述的Cherenkov辐射收集器包括从外到内依次布置的外壳涂覆层、中间壳层、内壳反射层和内腔，所述的光信号传输光纤为连接光纤，所述连接光纤包括光纤纤芯、涂覆层和包层，涂覆层和包层包覆在光纤纤芯的外表面，所述的外壳涂覆层涂覆在中间壳层的外表面，且与外界接触，所述的内壳反射层涂覆在中间壳层内表面并包裹内腔，所述的连接光纤穿插Cherenkov辐射收集器内部布置，且位于
Cherenkov辐射收集器内的连接光纤部分为去掉涂敷层和包层的光纤纤芯，其余区域部分为带有涂覆层和包层的连接光纤，所述连接光纤两端分别连接光强探测器和计算机；
[0008]所述的外壳涂覆层、中间壳层、内壳反射层和光纤纤芯均为水等效材料；高能射线入射中间壳层并进入内腔过程中产生高速电子，高速电子行进过程中产生Cherenkov辐射进入光纤纤芯，连接光纤将光信号传输到连接光纤的两端；
[0009]中间壳层的厚度大于高速电子在中间壳层的最大射程，外界环境中的高速电子无法进入内腔，进入内腔的电子产生Cherenkov辐射量与射出内腔电子产生Cherenkov辐射量相等，满足高能射线入射到Cherenkov辐射收集器的电子平衡条件。
[0010]进一步的，所述外壳涂覆层、中间壳层、内壳反射层和内腔均加工成球形，形成中空封闭圆球型结构或所述外壳涂覆层、中间壳层、内壳反射层和内腔均加工成椭球形，形成中空封闭椭球型结构。
[0011]进一步，穿插在内腔的连接光纤为整根光纤形成单光纤探头或截断整根连接光纤裸露出两个光纤纤芯端面形成双光纤探头。
[0012]进一步的，所述内壳反射层阻止中间壳层产生的Cherenkov辐射进入内腔，同时也阻止高速电子在内腔内产生的Cherenkov辐射溢出内腔，减少Cherenkov辐射的损耗。
[0013]进一步的，所述外壳涂覆层屏蔽射线与外界物质产生的Cherenkov辐射，阻止外界环境可见光进入Cherenkov辐射收集器。
[0014]进一步的，连接光纤的涂覆层阻止外界可见环境光进入光纤纤芯。
[0015]进一步的，所述水等效材料为环氧树脂或聚苯乙烯。
[0016]进一步的，所述光强探测器接收信号，计算机信号处理并输出放疗射线的剂量信号。
[0017]相对于现有技术，本专利技术所述的一种球型双向光纤传感探头具有以下优势：
[0018]本专利技术的球型双向光纤传感探头能实现高能射线到可见光信号的线性转换，直接检测射线与物质反应的产物，不会带来探测器自身效应，测得信号经过转换直接反应真实射线剂量大小。
[0019]传统的光纤荧光辐射传感探头因为荧光材料可能是非水等效的，其将不同能量的射线转换为荧光信号的关系并非线性。本专利技术的球型双向光纤传感探头由于其全部应用了水等效材料，例如环氧树脂、聚苯乙烯等，检测过程中不会影响射线在物质中的能谱分布。
[0020]光纤传感探头的球形设计使得其能检测到来自各个方向的原射线及散射线，并且球型双向光纤传感探头检测到的信号是利用光纤双向传输，这样可增大检测到的信号强度，提高了信噪比。本专利技术的基于Cherenkov辐射原理检测射线的球型双向光纤传感探头能准确反应真实射线剂量，并且具有良好信噪比、结构简单等优点。
附图说明
[0021]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0022]图1为本专利技术实施例所述的一种基于Cherenkov辐射原理检测射线的圆球型双向单光纤传感探头剖面图；
[0023]图2为本专利技术实施例所述的圆球型双向单光纤传感探头信号转化示意图；
[0024]图3为一种基于Cherenkov辐射原理检测射线的椭球型双向单光纤传感探头剖面图；
[0025]图4为一种基于Cherenkov辐射原理检测射线的球型双向双光纤传感探头剖面图；
[0026]图5为球型双向光纤传感探头实际应用示意图。
[0027]附图标记说明：
[0028]1-1-外壳涂覆层，1-2-中间壳层，1-3-内壳反射层，1-4-内腔，1-5-光纤纤芯，1-6-连接光纤，2-1-高能射线，2-2-高速电子，2-3-Cherenkov辐射，3-1-光纤传感探头，3-2-y轴导轨，3-3-z轴导轨，3-4-滑块夹具，3-5-三维水箱。
具体实施方式
[0029]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球型双向光纤传感探头，其特征在于：包括Cherenkov辐射收集器和光信号传输光纤，所述的Cherenkov辐射收集器为中空封闭球状结构，所述的Cherenkov辐射收集器包括从外到内依次布置的外壳涂覆层(1-1)、中间壳层(1-2)、内壳反射层(1-3)和内腔(1-4)，所述的光信号传输光纤为连接光纤(1-6)，所述连接光纤(1-6)包括光纤纤芯(1-5)、涂覆层和包层，涂覆层和包层包覆在光纤纤芯(1-5)的外表面，所述的外壳涂覆层(1-1)涂覆在中间壳层(1-2)的外表面，且与外界接触，所述的内壳反射层(1-3)涂覆在中间壳层(1-2)内表面并包裹内腔(1-4)，所述的连接光纤(1-6)穿插Cherenkov辐射收集器内部布置，且位于Cherenkov辐射收集器内的连接光纤(1-6)部分为去掉涂敷层和包层的光纤纤芯，其余区域部分为带有涂覆层和包层的连接光纤(1-6)，所述连接光纤(1-6)两端分别连接光强探测器和计算机；所述的外壳涂覆层(1-1)、中间壳层(1-2)、内壳反射层(1-3)和光纤纤芯(1-5)均为水等效材料；高能射线(2-1)入射中间壳层(1-2)并进入内腔(1-4)过程中产生高速电子(2-2)，高速电子(2-2)行进过程中产生Cherenkov辐射(2-3)进入光纤纤芯(1-5)，连接光纤(1-6)将光信号传输到连接光纤(1-6)的两端；中间壳层(1-2)的厚度大于高速电子在中间壳层的最大射程，外界环境中的高速电子无法进入内腔(1-4)，进入内腔(1-4)的高速电子产生Cherenkov辐射量与射出内腔(1-4)的高速电子产生Cherenko...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟民，张洪泉，王勃然，张大昕，田赫，
申请(专利权)人：苏州易奥秘光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：