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用于放射治疗快速质量保证的荧光探测器设计与验证

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用于放射治疗快速质量保证的荧光探测器设计与验证

作者：康宇杰兰州大学

学位级别：硕士

当今,癌症仍是全球范围内导致人类死亡的首要原因,对国家和社会的发展造成了不小的阻碍。这种情况在我国同样严重,我国的癌症发病人数和死亡人数均位居世界前列,并且表现出持续增长的态势。面对如此巨大的癌症负担,开发切实有效的预防... 详细信息

当今,癌症仍是全球范围内导致人类死亡的首要原因,对国家和社会的发展造成了不小的阻碍。这种情况在我国同样严重,我国的癌症发病人数和死亡人数均位居世界前列,并且表现出持续增长的态势。面对如此巨大的癌症负担,开发切实有效的预防、治疗手段刻不容缓。放射治疗技术作为治疗癌症的三大主流方法之一,是最重要的局部治疗手段。这种方法通过在放射治疗射线在肿瘤靶区沉积能量破坏肿瘤细胞的DNA结构,从而杀死细胞。目前用于放射治疗的射线大致分两类,一类是光子束,包括X射线、γ射线等;另一类是粒子束,包括质子束、重离子束等。光子束用于放射治疗时,剂量主要沉积在靠近皮肤组织的位置,因此适用于较为浅表的肿瘤的放射治疗。相较于光子,质子和重离子由于其特殊的物理学特性和生物学特性,主要在介质中的射程末端沉积大部分能量,并且可以通过调节束流的能量使质子、重离子束的Bragg峰与肿瘤的位置相重合,从而达到理想的治疗效果。在放射治疗中,为了确保给予肿瘤靶区足够的剂量,同时尽量避免靶区之外的其他组织受到超出安全范围的剂量,对于束流和放射治疗相关设备的质量保证工作也是十分必要的。其中,加速器输出射线的能量精度是重要的测试内容。目前,常用于束流能量测试的工具是三维水箱配合电离室。这种方法测量准确、精度高;但是耗时费力,效率低下。本文提出了一种可以快速进行束流能量测试的荧光探测器方案。方案基于闪烁体在放射治疗束流照射下发出荧光的特性,使用CMOS相机在薄层闪烁体侧方获得荧光强度分布图像,通过对图像的分析快速得到束流在闪烁体材料中的深度剂量分布,进而评估束流的能量。首先,依据该方案进行了材料选型、尺寸计算、工程制图和设备加工。确定设备用料和相关尺寸后,分别通过蒙特卡洛模拟和束流实验的方法验证荧光探测器的性能。束流条件也包括直线加速器产生的X射线和同步加速器产生的碳离子束。蒙特卡洛模拟使用以Geant4软件为内核的Gate模拟软件,分别模拟了荧光探测器在X射线和碳离子束两种束流下的响应情况。在X射线下,分别模拟了两个不同大小的照射野下束流在闪烁体材料中的深度剂量分布。在碳离子束下,分别模拟了不同照射条件下碳离子束在闪烁体材料中的射程。模拟结果表明,荧光探测器能够在上述条件下均能得到与理论相符结果。完成蒙特卡洛模拟后,荧光探测器通过束流实验进做了进一步的验证工作。首先是在X射线下的束流实验,实验分为两个部分,一个是X射线在闪烁体材料中的深度剂量分布曲线的获取,以及和蒙特卡洛模拟结果的对比;另一个是梯度剂量照射实验和剂量率依赖性实验。通过实验证明了荧光探测器获取深度剂量分布的准确性、对照射剂量响应的线性以及对剂量率的非依赖性。为了扩展荧光探测器的应用场景,还进行了X射线下三维剂量分布的重建实验。通过移动荧光探测器在照射野的不同位置获取断层荧光图像,然后通过三维重建的方法得到完整的三维立体结构。这一实验开发了荧光探测器新的用途,也为获取束流的三维剂量分布提供了新的方法。本文最后进行了荧光探测器在碳离子束下的束流实验。利用荧光探测器在均匀照射野和笔形束扫描条件下,对不同能量碳离子进行了实验测量。实验结果表明可清晰地从探测器获取的荧光图像上观察到碳离子的Bragg峰。同时对比了相同条件蒙特卡洛模拟得到的结果,结果表明荧光探测器测量的碳离子束在闪烁体材料中的Bragg峰位深度与蒙特卡洛模拟计算的结果存在一定的差异,这主要是由于模拟的束流条件和实际情况存在一定的差异,但不同照射条件下的差异是基本一致的。本文通过蒙特卡洛模拟和束流实验的方法证明了提出的荧光探测器方案能够在X射线和碳离子两种束流下准确、快速地获取射线在闪烁体材料中的深度剂量分布。并且能够在X射线下通过获取断层图像的方法进行三维剂量分布的重建。为建立一种基于荧光探测器进行放射治疗束流性能快速质量保证的测量方法打下了坚实的基础。

关键词：质量保证荧光探测器碳离子 X射线蒙特卡洛模拟

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16元非晶硅荧光探测器的结构和工艺

半导体光电 1995年第1期16卷 48-52页

作者：王长安徐重阳周雪梅张少强赵伯芳邹雪城华中理工大学固体电子学系

研究一种新型的非晶硅ＰＩＮ异质结荧光探测器的结构和制备工艺，详细讨论了探测器单元的结构优化设计和暗电流和灵敏度等特性。实验表明，采用α－ＳｉＣ／α－Ｓｉ异质结构，提高淀积非晶硅基薄膜的本底真空度，优化制备工艺，可制备... 详细信息

研究一种新型的非晶硅ＰＩＮ异质结荧光探测器的结构和制备工艺，详细讨论了探测器单元的结构优化设计和暗电流和灵敏度等特性。实验表明，采用α－ＳｉＣ／α－Ｓｉ异质结构，提高淀积非晶硅基薄膜的本底真空度，优化制备工艺，可制备高信噪比的非晶硅荧光探测器。

关键词：非晶半导体异质结荧光探测器 PIN光电二极管

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莱塞荧光探测器

国外地质勘探技术 1982年第3期 39-39页

作者：沈立人

巴林格(BARRINGER)公司的莱塞荧光探测器(LF)使用紫外氮激光检测荧光物质的痕迹总量。一窄的光束从接收器的光学器件同轴发射,从靶上收集荧光。荧光的返回信号,波长大于激光波长的通过距离选通光谱分析器进行检测,用反向散射的辐射脉冲... 详细信息

巴林格(BARRINGER)公司的莱塞荧光探测器(LF)使用紫外氮激光检测荧光物质的痕迹总量。一窄的光束从接收器的光学器件同轴发射,从靶上收集荧光。荧光的返回信号,波长大于激光波长的通过距离选通光谱分析器进行检测,用反向散射的辐射脉冲同步,定时选通该检测器使背景减弱。在整个白天可以工作。发射光谱的分布及检测时荧光光谱强度的分布用来鉴别出现在靶上的荧光物质的类型和总量。发射物的光谱信息用16道柱状图描绘,当测量时信息是由两个宽的光谱带的余辉时间值表示。在白天机载操作的高度是一千英尺,晚上是二千英尺。

关键词：荧光探测器荧光物质

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防伪纤维荧光检测仪性能优化研究

防伪纤维荧光检测仪性能优化研究

作者：邹兴伟西南科技大学

学位级别：硕士

防伪纤维荧光检测仪器是一个由电路、光路组成的多体系统,各个系统的协调配合是仪器实现稳定检测的基础,而组成各个系统的零部件或者模块的性能提升为整个仪器性能的优化提供了保障。目前,利用荧光作为检测目标的高性能防伪纤维检测仪... 详细信息

防伪纤维荧光检测仪器是一个由电路、光路组成的多体系统,各个系统的协调配合是仪器实现稳定检测的基础,而组成各个系统的零部件或者模块的性能提升为整个仪器性能的优化提供了保障。目前,利用荧光作为检测目标的高性能防伪纤维检测仪器的优化研究有所进展。因此,本文在借鉴国内外相关研究成果的基础上,进行了两方面的研究:探索了目前国内外防伪纤维检测仪器设计原理,分析了其优点与不足,为本文的优化设计提供参考;根据现有的防伪纤维荧光检测仪器的具体情况进行了详细的分析和实用的性能优化设计,并对检测仪器进行了波长标定。主要研究内容包括:1、设计防伪纤维荧光检测仪性能优化总体方案,根据防伪纤维的荧光特性,分析了荧光探测的要求,选出适合本课题的荧光探测器。分析了几种常用的光学结构,确定本仪器的光学结构,选取恰当的光学组件,完成光路设计,并完成波长标定。2、在前人的研究基础上,根据实际的课题研究需要,以现有的技术指标为基础,重新设计防伪纤维检测仪器的硬件电路。研究内容包括:CCD驱动电路、信号处理电路、数据采集与存储电路、接口电路及PCB制版。3、完善软件设计。具体包括:(1)单片机与FPGA结合使用实现CCD驱动最简化。(2)完成了以单片机为核心的软件控制、数据采集等功能。(3)全面优化软件,使得操作更简便、更稳定。最后完成整个检测仪性能优化设计,并对该仪器的测试结果进行分析和对比,在验证仪器正确性的基础上,综合评价仪器性能并给出进一步的优化建议。测试结果表明,防伪纤维荧光特性快速检测装置经过性能优化后可以完成以下主要技术指标,比如经过波长标定的仪器光谱测量范围为:45891nm;分辨率达到2nm;波长检测准确度为98.5%;半宽检测准确度为92.8%;相比前人的研究,动态检测速度可达204次/分钟,提高了一倍。

关键词：荧光探测器防伪纤维荧光特性性能优化

功能化高分子材料用于铀酰离子的吸附和检测研究

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功能化高分子材料用于铀酰离子的吸附和检测研究

作者：王英杰苏州大学

学位级别：硕士

各向异性的粒子由于具有不同于各向同性粒子的特殊性质，而被广泛应用于纳米技术、生物技术、电子工业和清洁能源等方面。近年来吸引了大批材料学家的关注，设计合成了许多新型的纳米、微米尺寸且具有各种功能的各向异性粒子。然而，普... 详细信息

各向异性的粒子由于具有不同于各向同性粒子的特殊性质，而被广泛应用于纳米技术、生物技术、电子工业和清洁能源等方面。近年来吸引了大批材料学家的关注，设计合成了许多新型的纳米、微米尺寸且具有各种功能的各向异性粒子。然而，普通的合成方法得到的微粒通常是有着光滑表面的球形，因此设计合成具有特殊表面结构的粒子仍是一个需要深入研究的领域。另一方面，铀是一种普遍存在于环境中的放射性元素。由于铀是核能和核武器的主要组成成分，人们有很大的机会接触到铀，从而会对人体造成很大的伤害。因此对于铀元素的吸附分离和探测就成为了目前人们研究的热点。本论文基于这两个方面，研究了功能化高分子材料用于非球形乳胶粒子的合成及对铀酰离子的吸附分离和检测。本论文的具体研究如下：（1）新型巨表面活性剂合成核桃仁状聚苯乙烯乳胶粒子及其超疏水性质的研究。利用一种新型的巨表面活性剂“一锅法”乳液聚合制备了具有微纳双重结构的核桃仁状聚苯乙烯乳胶粒子。该巨表面活性剂是通过将聚乙二醇单甲醚（MPEG）接枝到带有氯基团的哑铃形粒子上得到的。用巨表面活性剂作为乳化剂制得了大小可调、近乎单分散的核桃仁状聚苯乙烯乳胶粒子。当把表面的MPEG移除后，利用该核桃仁状聚苯乙烯乳胶粒子制得膜表现出超疏水的性质，它的静态接触角达到151o。这部分的工作表明，利用巨表面活性剂“一锅法”乳液聚合是制备核桃仁状粒子和超疏水膜的有效手段。与表面光滑的球型粒子相比，核桃仁状粒子具有大尺寸、大比表面积的特点，预期在吸附分离材料方面具有良好的应用前景。（2） pH响应的核桃仁状聚苯乙烯乳胶粒子可逆超疏水性质的研究及铀酰离子的吸附。利用新型的巨表面活性剂“一锅法”乳液聚合制备出具有pH响应性的核桃仁状聚苯乙烯乳胶粒子。该巨表面活性剂的制备是通过将4-乙烯基吡啶（P4VP）接枝到雪人型的OCPS-PS粒子上得到的。利用制得的巨表面活性剂作为乳化剂进行乳液聚合，制备了大小可调、近于单分散性的pH响应性核桃仁状聚苯乙烯乳胶粒子。利用该种粒子的pH响应性，通过调节pH，该粒子膜可以实现可逆超疏水的转化：酸性条件下膜表现为亲水;碱性条件下表现出超疏水的性质，并表现出可逆循环的特点。将这种粒子用于铀的吸附分离方面，在酸性条件下可大容量的吸附碳酸铀酰离子，在中性条件下将碳酸铀酰离子释放。（3）卟啉温度敏感性聚合物用于痕量铀酰离子的检测。长期以来研究发现环境中的铀酰离子对人体可以造成极大的伤害，美国国家环境保护局（EPA）规定饮用水中的最大含铀量不能超过150nM。因此建立快速高效的检测方法是十分必要的。本研究合成了一种温度敏感性的荧光检测器，5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉封端的温敏性的聚（N-异丙基丙烯酰胺），用于水溶液中痕量铀酰离子的检测。在优选的实验条件下，该检测器在1.0×10-7到1.0×10-3M的浓度范围内显示出稳定的响应性和高的选择性。对于较低浓度的铀酰离子（例如1.0×10-8或10-9M），该水溶液在高于32oC的条件下通过简单的离心进行浓缩，可以在响应范围内进行检测，因此该种方法可以大大拓宽检测范围。利用温度敏感性高分子检测器来检测痕量铀酰离子具有很好的选择性和较低的检测极限。

关键词：巨表面活性剂核桃仁状超疏水智能表面铀荧光探测器温度敏感

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荧光的妙用

Newton-科学世界 2003年第6期 54-59页

作者： Monica Marelli 金京

洗涤剂洗出的衣物为什么“比白色还要白“?犯罪分子的指纹是如何得到的?荧光棒为什么越折越亮?极光是如何形成的?本文对“借光发光”的荧光现象的介绍将使我们大开眼界，你会发现F1汽车竟然也和荧光有关系。

关键词：荧光棒荧光现象荧光探测器应用技术化学分析磷光现象

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