基于半導(dǎo)體探測(cè)器的診斷X射線(xiàn)劑量?jī)x.pdf

1、X射線(xiàn)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(xiàn)診斷。穿透性是指X射線(xiàn)穿過(guò)一定厚度物質(zhì)的能力。X 射線(xiàn)穿過(guò)物質(zhì)時(shí)與X射線(xiàn)的波長(zhǎng)有關(guān)，即波長(zhǎng)越短，光子能量越大，穿過(guò)物質(zhì)的能力越強(qiáng)。但在波長(zhǎng)一定的條件下，X射線(xiàn)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(xiàn)穿透性差，所以從X射線(xiàn)穿透物質(zhì)后強(qiáng)度變化就反映物質(zhì)內(nèi)部密度差異，這正是X射線(xiàn)成像的基礎(chǔ)。熒光性是指X射線(xiàn)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(jiàn)光，在X射線(xiàn)診斷工作中利用這種熒光作用制成熒光屏，用于X射線(xiàn)透視診斷。 X射線(xiàn)的應(yīng)用可以給人類(lèi)帶來(lái)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(hù)或使用不當(dāng)，就會(huì)造成一定的危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)約有10萬(wàn)臺(tái)各種類(lèi)型的醫(yī)用診斷X 射線(xiàn)機(jī)，每年約有2億人次接受診斷X射線(xiàn)檢查。加強(qiáng)對(duì)診斷X射線(xiàn)受檢者的防護(hù)，盡可能地降低X 射線(xiàn)檢查給全民帶來(lái)的潛在危害，我們必須探測(cè)X 射線(xiàn)，對(duì)X射

3、線(xiàn)做出定量分析，應(yīng)用X射線(xiàn)進(jìn)行有效安全地診斷病人。 本文所采用的半導(dǎo)體探測(cè)器為Si-PIN光電二極管，Si-PIN探測(cè)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(cè)光和射線(xiàn)的探測(cè)器件，室溫下的漏電流在納安（nA）數(shù)量級(jí)，比其上一代的硅面壘探測(cè)器要小差不多3個(gè)數(shù)量級(jí)，是硅面壘探測(cè)器的換代產(chǎn)品。 半導(dǎo)體探測(cè)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(diǎn)，將半導(dǎo)體探測(cè)器應(yīng)用到診斷X射線(xiàn)劑量?jī)x中，使得劑量?jī)x體積小，質(zhì)量輕，便于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。診斷X射線(xiàn)照射到半導(dǎo)體探測(cè)器中，半導(dǎo)體在X射線(xiàn)輻射作用下產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的數(shù)目與射線(xiàn)的強(qiáng)弱和能量存在一定關(guān)系，半導(dǎo)體劑量?jī)x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(cè)器輸出的微弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)通過(guò)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(hào)轉(zhuǎn)

5、換成頻率，通過(guò)高性能AVR單片機(jī)對(duì)頻率的處理得到數(shù)字量，最后由液晶顯示模塊顯示測(cè)量數(shù)據(jù)。由于半導(dǎo)體探測(cè)器的能量響應(yīng)差，因此采用管電壓劑量修正系數(shù)來(lái)改善劑量?jī)x的能量響應(yīng)，應(yīng)用查管電壓劑量修正系數(shù)表來(lái)修正劑量。 在硬件設(shè)計(jì)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(cè)器受輻射所產(chǎn)生的信號(hào)特點(diǎn)設(shè)計(jì)I/V轉(zhuǎn)換器，將半導(dǎo)體探測(cè)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(cè)器的信號(hào)范圍較大，因此在前置放大器之后設(shè)計(jì)了一個(gè)可編程放大器，

6、通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制放大倍數(shù)。由于探測(cè)器出來(lái)的信號(hào)存在噪聲，為了測(cè)量過(guò)程中的準(zhǔn)確，采用了一個(gè)低通濾波器，通過(guò)濾波器將探測(cè)信號(hào)送入V/F轉(zhuǎn)換器，在單片機(jī)的配合下，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成了數(shù)字量。在軟件設(shè)計(jì)部分，本文采用GCC開(kāi)源軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一個(gè)菜單模塊作為主架構(gòu)，并給出了菜單設(shè)計(jì)、量程切換、模數(shù)轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)刻度及自動(dòng)測(cè)量的設(shè)計(jì)流程圖。診斷X射線(xiàn)半導(dǎo)體劑量?jī)x具有體積小、實(shí)時(shí)響應(yīng)快、能量響應(yīng)好、測(cè)量范圍寬、智能化程度高、操作簡(jiǎn)便和人機(jī)界面友好