基于半導(dǎo)體探測器的診斷X射線劑量儀.pdf

1、X射線特性主要包括穿透性、熒光性和電離性，其中穿透性、熒光性主要應(yīng)用于X射線診斷。穿透性是指X射線穿過一定厚度物質(zhì)的能力。X 射線穿過物質(zhì)時與X射線的波長有關(guān)，即波長越短，光子能量越大，穿過物質(zhì)的能力越強。但在波長一定的條件下，X射線穿透性就完全取決于物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。一般高原子序數(shù)，且結(jié)構(gòu)緊密、密度大的物質(zhì)，X射線穿透性差，所以從X射線穿透物質(zhì)后強度變化就反映物質(zhì)內(nèi)部密度差異，這正是X射線成像的基礎(chǔ)。熒光性是指X射線照射某些物質(zhì)如

2、磷、硫化鋅、鎘、鎢酸鋇等后，可以輻射出可見光，在X射線診斷工作中利用這種熒光作用制成熒光屏，用于X射線透視診斷。 X射線的應(yīng)用可以給人類帶來巨大的利益，如放射診斷、放射治療等，但是在應(yīng)用中如果不注意防護或使用不當(dāng)，就會造成一定的危害。據(jù)統(tǒng)計，目前全國約有10萬臺各種類型的醫(yī)用診斷X 射線機，每年約有2億人次接受診斷X射線檢查。加強對診斷X射線受檢者的防護，盡可能地降低X 射線檢查給全民帶來的潛在危害，我們必須探測X 射線，對X射

3、線做出定量分析，應(yīng)用X射線進行有效安全地診斷病人。 本文所采用的半導(dǎo)體探測器為Si-PIN光電二極管，Si-PIN探測器是具有PIN結(jié)構(gòu)的，是由一層P 型半導(dǎo)體和一層N型半導(dǎo)體以及它們中間的一層I層組成的結(jié)構(gòu)。硅PIN 用于探測光和射線的探測器件，室溫下的漏電流在納安（nA）數(shù)量級，比其上一代的硅面壘探測器要小差不多3個數(shù)量級，是硅面壘探測器的換代產(chǎn)品。 半導(dǎo)體探測器具有體積小、重量輕，響應(yīng)速度快，靈敏度高，易于與其它半

4、導(dǎo)體器件集成的特點，將半導(dǎo)體探測器應(yīng)用到診斷X射線劑量儀中，使得劑量儀體積小，質(zhì)量輕，便于現(xiàn)場檢測。診斷X射線照射到半導(dǎo)體探測器中，半導(dǎo)體在X射線輻射作用下產(chǎn)生電子-空穴對，產(chǎn)生電子-空穴對的數(shù)目與射線的強弱和能量存在一定關(guān)系，半導(dǎo)體劑量儀模擬部分采用了I/V轉(zhuǎn)換器及放大濾波電路，I/V轉(zhuǎn)換器將半導(dǎo)體探測器輸出的微弱電流信號轉(zhuǎn)變成電壓信號，電壓信號通過放大和濾波電路送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換采用了高精度的V/F轉(zhuǎn)換器，V/F轉(zhuǎn)換器將信號轉(zhuǎn)

5、換成頻率，通過高性能AVR單片機對頻率的處理得到數(shù)字量，最后由液晶顯示模塊顯示測量數(shù)據(jù)。由于半導(dǎo)體探測器的能量響應(yīng)差，因此采用管電壓劑量修正系數(shù)來改善劑量儀的能量響應(yīng)，應(yīng)用查管電壓劑量修正系數(shù)表來修正劑量。 在硬件設(shè)計部分，本文著重分析了半導(dǎo)體前置放大器，根據(jù)半導(dǎo)體探測器受輻射所產(chǎn)生的信號特點設(shè)計I/V轉(zhuǎn)換器，將半導(dǎo)體探測器受輻射所產(chǎn)生的電流轉(zhuǎn)換成電壓，由于半導(dǎo)體探測器的信號范圍較大，因此在前置放大器之后設(shè)計了一個可編程放大器，

6、通過單片機來控制放大倍數(shù)。由于探測器出來的信號存在噪聲，為了測量過程中的準(zhǔn)確，采用了一個低通濾波器，通過濾波器將探測信號送入V/F轉(zhuǎn)換器，在單片機的配合下，將模擬信號轉(zhuǎn)換成了數(shù)字量。在軟件設(shè)計部分，本文采用GCC開源軟件作為開發(fā)平臺，設(shè)計了一個菜單模塊作為主架構(gòu)，并給出了菜單設(shè)計、量程切換、模數(shù)轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)刻度及自動測量的設(shè)計流程圖。診斷X射線半導(dǎo)體劑量儀具有體積小、實時響應(yīng)快、能量響應(yīng)好、測量范圍寬、智能化程度高、操作簡便和人機界面友好