專利名稱：一種照射距離測定儀及其實現方法
技術領域：
本發明涉及一種用于輻射治療儀的輔助設備及其實現方法，尤其是一種照射距離測定儀及其實現方法。
背景技術：
現階段，激光、紅外、微波等輻射治療儀已廣泛應用于醫學及動物實驗中，在使用過程中，需要對治療劑量進行實時監控。在中國專利94227406. 7《多功能高精度超聲測距報警器》中公開了一種由超聲波發射電路、接收電路、顯示及報警電路、供電電路組成的多功能高精度超聲測距報警器，該報警器由超聲接收電路接收由發射電路發射并在物質表面反射的超聲回波，通過數碼管顯示并使用聲光報警。然而，該設備存在無法針對輻射治療操作人員的具體需求設定簡單可靠的最大、最小功率密度報警域；無法廣泛安裝在各種特定的臨床輻射治療儀器上，同時測量角度無法自由改變；體積大、功耗高等不足。而93226429. 8《一種超聲測距與報警裝置》及201120104552. 9《六根線纜超聲測距報警電路》同樣存在上 述不足之處。因此，研發一種新型的輻射治療儀的輔助設備來徹底解決輻射治療過程中操作人員只能憑經驗大略的確定照射距離，從而導致劑量誤差大以及患者的移動或操作人員目測造成的劑量誤差等問題，具有非常重要的臨床實踐意義。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種照射距離測定儀。本發明所要解決的另一技術問題在于提供上述照射距離測定儀的實現方法。為解決上述技術問題，本發明的技術方案是—種照射距離測定儀，由以下模塊組成KS103超聲測距模塊，包括超聲波發射探頭、超聲波接收探頭、溫度傳感器和IIC總線接口，所述超聲波發射探頭、超聲波接收探頭分別與溫度傳感器線路連接，該溫度傳感器與IIC總線接口線路連接；單片機控制模塊，包括核心控制芯片，IIC通訊接口和控制按鍵，所述核心控制芯片分別與Iic通訊接口和控制按鍵連接，所述IIC通訊接口通過IIC總線與KS103超聲測距模塊的IIC總線接口及液晶顯示窗口連接，所述控制按鍵包括開機按鍵、背光開關按鍵、警報開關按鍵和警報距離按鍵；顯示模塊，包括液晶顯示窗口和LED背光光源，通過調整顯示窗口電壓為2. 7V-3. 6V的分壓電阻與核心控制芯片線路連接；報警模塊，為LED和/或蜂鳴器，所述LED和/或蜂鳴器與核心控制芯片線路連接;供電模塊，為電池或USB供電電源，與核心控制芯片線路連接。優選的，上述照射距離測定儀，所述核心控制芯片的型號為Atmegall6L。
優選的，上述照射距離測定儀，所述液晶顯示窗口為T13232C018點陣液晶顯示窗□。優選的，上述照射距離測定儀，所述電池為3. 7V鋰離子電池。優選的，上述照射距離測定儀，還包括用于放置KS103超聲測距模塊、單片機控制模塊、顯示模塊、報警模塊和供電模塊的控制盒，其中顯示模塊的液晶顯示窗口和LED背光光源、以及單片機控制模塊的控制按鍵設置于所述控制盒的外表面，所述控制盒的盒體表面還設有與KS103超聲測距模塊的超聲波發射探頭和超聲波接收探頭相適應的超聲發射探頭輸出口和超聲接收探頭輸入口。優選的，上述照射距離測定儀，還包括導光臂卡具，所述導光臂卡具設有“凹”字型塑封外殼，該塑封外殼內側依次固定有固定海綿和襯底海綿，所述塑封外殼通過彈簧固定于所述控制盒的一側。
優選的，上述照射距離測定儀，所述固定海綿和襯底海綿具有相配合的凹凸結構。優選的，上述照射距離測定儀，還包括由金屬軟管和底座組成的金屬軟管底座系統，所述金屬軟管一端和底座螺紋固定連接，該金屬軟管另一端和所述控制盒的盒體底部螺紋固定連接。優選的，上述照射距離測定儀，所述底座為金屬底座。優選的，上述照射距離測定儀，所述底座為鑄鐵底座。上述照射距離測定儀的實現方法，采用C語言為軟件編程語言，通過查詢等待的方式，在每次測量后均檢測是否需要報警，在按鍵按下后，修改和按鍵相關變量，再利用這些關鍵變量來控制實現各種功能和設置，上述照射距離測定儀的實現方法，具體實現方法為(I)開機后，核心控制芯片首先通過IIC總線向液晶顯示窗口發送地址信息并建立連接，同時打開LED背光光源；(2)建立連接后即顯示開機畫面，在開機畫面持續顯示的同時通過IIC總線和KS103超聲測距模塊建立連接，發送初始設置命令；(3)在開始讀數后，將讀數顯示在液晶顯示窗口上，然后循環顯示；循環顯示過程中，始終查詢各控制按鍵相關變量值，并做控制按鍵按下條件的檢測，一旦檢測到控制按鍵按下，就在防抖程序的基礎上設置相關變量，并調用相關顯示程序。優選的，上述照射距離測定儀的實現方法，所述初始設置命令包括關閉LED背光光源和/或設5S無信號等待。本發明的有益效果是上述照射距離測定儀，采用低功耗配件，能夠保證在由鋰聚合物電池作為電源的情況下，能夠長時間工作；尺寸小、重量輕，導光臂卡具的設計使得該照射距離測定儀可以方便的懸掛在需要的儀器上，擴展了其使用范圍；金屬軟管底座系統的設置滿足了光纖式治療儀出光口對角度和定位的需求；使用方法簡單，實現了一鍵設置報警距離，滿足臨床人員的使用需求。可見，該照射距離測定儀具有低功耗和高精度的特征，操作簡便，性能可靠，精度很高，小巧便攜，可以矯正由溫度引起的測量誤差，適用于激光、紅外、微波等各種輻射治療儀和患者間距離測量，以提升治療質量，確保療效，防止醫療事故的發生。


圖I是本發明所述照射距離測定儀的內部結構連接關系框圖；圖2是本發明所述照射距離測定儀實現方法的軟件流程圖；圖3是本發明所述照射距離測定儀的外部結構示意圖。圖中I-超聲發射探頭輸出口 2-超聲接收探頭輸入口3-LED背光光源4_液晶顯示窗口 5_控制按鍵6-襯底海綿(導光臂卡具)7-固定海綿(導光臂卡具)8-塑封外殼(導光臂卡具)9-金屬軟管10-鑄鐵底座11-控制盒
具體實施例方式為了使本領域的技術人員更好的理解本發明的技術方案，下面結合附圖及具體實施方式
對本發明所述技術方案作進一步的詳細說明。實施例I如圖I所示，一種照射距離測定儀，由以下模塊組成KS103超聲測距模塊，包括超聲波發射探頭、超聲波接收探頭、溫度傳感器和IIC總線接口，所述超聲波發射探頭、超聲波接收探頭分別與溫度傳感器線路連接，該溫度傳感器與IIC總線接口線路連接；單片機控制模塊，包括Atmegall6L核心控制芯片，IIC通訊接口和控制按鍵，所述Atmegal 16L核心控制芯片分別與IIC通訊接口和控制按鍵連接，所述IIC通訊接口通過IIC總線與KS103超聲測距模塊的IIC總線接口及T13232C018點陣液晶顯示窗口連接，所述控制按鍵包括開機按鍵、背光開關按鍵、警報開關按鍵和警報距離按鍵；顯示模塊，包括T13232C018點陣液晶顯示窗口和LED背光光源，通過調整顯示窗口電壓為2. 7V-3. 6V的分壓電阻與Atmegal 16L核心控制芯片線路連接；報警模塊，為LED和/或蜂鳴器，所述LED和/或蜂鳴器與Atmegal 16L核心控制芯片線路連接；供電模塊，為3.7V鋰離子電池作為供電電源，與Atmegall6L核心控制芯片線路連接。整個工作原理簡述如下利用KS103超聲測距模塊上的DS18B20溫度傳感器，將現有的KS103超聲測距模塊作為該測定儀的傳感器探頭，通過將DS18B20溫度傳感器采集到的溫度數據代入由核心控制芯片程序確定的溫度補償算法中，從而對KS103超聲測距模塊測得的距離進行溫度補償，測量精度可達Imm量級,測量誤差為O. 152mm,探測范圍為f5500mm,能夠滿足福射治療的使用需求；5s未收到控制指令，自動進入uA級休眠，工作時瞬間最大功率僅為53mW，滿足低功耗要求；工作電壓3. O 5. 5V，滿足了對供電的需求。KS103超聲測距模塊出廠時已設定有可調濾波降噪技術，在使用時通過在IIC總線上發送0x70-0x75共6個級別的降噪指令對KS101B/KS103進行配置，就可以有效克服電源噪聲的影響，保證電源電壓受干擾或噪音較大時，仍可正常工作，滿足工作環境的要求；KS103模塊使用IIC總線和單片機控制模塊進行通訊，只要通過IIC總線由核心控制芯片向KS103模塊發送指令即可設定相關功能。在實際使用中，使用探測結束智能識別功能，即探測過程中SCL將一直保持為低電平，用戶可以通過查詢SCL線是否變為高電平即while (! SCL)語句來等待，SCL線變為高則表明探測完畢，可以開始通過IIC總線接收到KS103探測到的16位數據。KS103超聲測距模塊使用多量程探測功能，即探測指令從OxOl到0x2f，數值越大，信號增益越大。指令0x01對
應量程約100mm，0x02對應量程約200mm，......，依此類推，0x2f對應量程約4700mm。量程
越小，探測速度越快);使用自動高精度溫度補償功能，即KS103探測出超聲波在空氣中的傳輸時間及相應環境溫度，再通過聲速換算出精確的距離值，根據不同電源情況使用電源降噪指令，打開溫度探測(KS103探頭上設計有18B20溫度探測器，利用0xc9，Oxca，Oxcb，Oxcc共4個探測指令，通過“IIC地址+寄存器2+0xc9/0xca/0xcb/0xcc”時序，延時或等待上表中所規定的相應時間后，再使用讀取函數讀寄存器2及寄存器3的值即為溫度探測值)和光強探測功能(使用OxaO指令，通過“IIC地址+寄存器2+OxaO”時序，延時或等待Ims后然后再使用讀取函數讀寄存器2及寄存器3的值，即可快速獲得環境光的強度)，關閉LED探測顯示(通過發送Oxcl命令，關閉KS103超聲測距模塊上的LED燈，完成節約能耗的目的， 從而有效節約能耗，設置休眠等待模式為5s (休眠模式默認為5s等待，5s內未收到探測指令則自動進入休眠模式)以達到進一步節約能耗的目的。單片機控制模塊使用Atmegall6L作為核心控制芯片，該款芯片的特點為工作電壓2. 7-5. 5V，滿足供電需求；最高工作頻率為8MHz，滿足KS103的IIC通訊協議最高通信速率不高于20kHz的使用要求；正常工作能耗為6. 05mff,滿足低功耗要求；尺寸僅為12. 5*12. 5mm,滿足便攜式的使用需求。在本發明的單片機將利用PC端口管腳作為IIC的通訊接口，和按鍵設置，該按鍵有開機按鍵、背光開關按鍵、警報開關按鍵和警報距離按鍵組成，其中背光開關按鍵通過單片機的PD7管腳控制LED背光光源點亮和關閉，該LED背光光源一個管腳接地，另一個管腳連接分壓電阻，并通過三極管集電極控制連接電源，三極管作為開關，基極連接PD7管腳；警報距離按鍵包括最大距離按鍵和最小距離按鍵，設置為正常輻射治療允許的最大、最小誤差限，操作人員在合適的距離上連續按下警報距離按鍵，軟件將記錄下這兩個距離值，并自動將其設定為最大，最小距離，在警報打開的情況下，一旦距離超出最大、最小值，儀器將報警，而當距離恢復正常時，報警將停止；背光開關按鍵為滿足部分需要暗室條件的輻射治療所設。整個測定儀的尺寸僅為42*20mm，滿足便攜式的使用需求。可見，上述照射距離測定儀的超聲測距模塊、顯示模塊均通過IIC總線連接單片機控制模塊并由單片機控制模塊決定是否向報警模塊發送報警信息；由于各個芯片所需供電電壓不同，由電源模塊統一進行供電。實施例2如圖2所示，上述照射距離測定儀的實現方法，采用C語言為軟件編程語言，通過查詢等待的方式，在每次測量后均檢測是否需要報警，在按鍵按下后，修改和按鍵相關變量，再利用這些關鍵變量來控制實現各種功能和設置，上述照射距離測定儀的實現方法，具體實現方法為開機后，Atmegal 16L核心控制芯片首先通過IIC總線向T13232C018點陣液晶顯示窗口發送地址信息并建立連接，同時打開LED背光光源；建立連接后即顯示開機畫面，在開機畫面持續顯示的同時通過IIC總線和KS103超聲測距模塊建立連接，發送包括關閉LED背光光源，設5S無信號等待等初始設置命令；在開始讀數后，將讀數顯示在13232顯示屏上，然后循環顯示；循環顯示過程中，始終查詢各控制按鍵相關變量值，并做控制按鍵按下條件的檢測，一旦檢測到控制按鍵按下，就在防抖程序的基礎上設置相關變量，并調用相關顯示程序。具體實現過程為開機后，電路初始化，在向超聲測距模塊傳遞上述設置指令后，超聲測距模塊開始測距，并顯示測得距離。此時，系統進入循環顯示距離并查詢按鍵是否按下狀態。如果背光開關按鍵被按下，將打開液晶顯示器的背光；如果警報距離按鍵被第一次 按下，液晶屏將顯示“最大有效距離距離參數Y/N”，科研/醫療人員可根據實際需要，在液晶屏上顯示距離達到需要的距離時，再次按下該警報距離按鍵，完成設置最大有效距離，最小距離按鍵也是同樣操作。警報開關按鍵可選擇三種模式，蜂鳴器警報、LED警報和無警報，每次按下后，都會循環切換這三種模式的一種，從而完成整個設置過程。實施例3如圖3所示，一種照射距離測定儀，還包括用于放置實施例I所述KS103超聲測距模塊、單片機控制模塊、顯示模塊、報警模塊和供電模塊的控制盒11 (各模塊之間的連接及工作關系同實施例I和實施例2)、導光臂卡具和金屬軟管底座系統，其中顯示模塊的液晶顯示窗口 4和LED背光光源3、以及單片機控制模塊的控制按鍵5設置于所述控制盒11的外表面，其中LED背光光源3采用5mW半導體激光管，根據所輔助測量的治療機波長的不同，選擇紅光或是綠光輸出，所述控制盒11的盒體表面還設有與KS103超聲測距模塊的超聲波發射探頭和超聲波接收探頭相適應的超聲發射探頭輸出口 I和超聲接收探頭輸入口 2 ;所述導光臂卡具設有“凹”字型塑封外殼8，該塑封外殼8內側依次固定有固定海綿7和襯底海綿6，所述固定海綿7和襯底海綿6具有相配合的凹凸結構，從而確保在出光過程中，光纖位置不會發生變化而造成事故，所述塑封外殼8通過彈簧固定于控制盒11的左側，通過彈簧有限的拉伸，在海綿襯底上創造出空隙，當光纖進入縫隙后，令彈簧恢復原狀，即可卡緊光纖；所述金屬軟管底座系統由金屬軟管9和鑄鐵底座10組成，所述金屬軟管9 一端和鑄鐵底座10螺紋固定連接，該金屬軟管9另一端和所述控制盒11的盒體底部固定連接，使用過程通過彎曲金屬軟管9即可滿足出光口對角度和位置的要求。上述參照具體實施方式
對該一種照射距離測定儀及其實現方法進行的詳細描述，是說明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個實施例，因此在不脫離本發明總體構思下的變化和修改，應屬本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.ー種照射距離測定儀，其特征在干由以下模塊組成 KS103超聲測距模塊，包括超聲波發射探頭、超聲波接收探頭、溫度傳感器和IIC總線接ロ，所述超聲波發射探頭、超聲波接收探頭分別與溫度傳感器線路連接，該溫度傳感器與IIC總線接ロ線路連接； 單片機控制模塊，包括核心控制芯片，Iic通訊接口和控制按鍵，所述核心控制芯片分別與IIC通訊接口和控制按鍵連接，所述IIC通訊接ロ通過IIC總線與KS103超聲測距模塊的IIC總線接ロ及液晶顯示窗ロ連接，所述控制按鍵包括開機按鍵、背光開關按鍵、警報開關按鍵和警報距離按鍵； 顯示模塊，包括液晶顯示窗口和LED背光光源，通過調整顯示窗ロ電壓為2. 7V-3. 6V的分壓電阻與核心控制芯片線路連接； 報警模塊，為LED和/或蜂鳴器，所述LED和/或蜂鳴器與核心控制芯片線路連接； 供電模塊，為電池或USB供電電源，與核心控制芯片線路連接。
2.根據權利要求I所述的照射距離測定儀，其特征在于所述核心控制芯片的型號為Atmegal 16し
3.根據權利要求I所述的照射距離測定儀，其特征在于所述液晶顯示窗ロ為T13232C018點陣液晶顯示窗ロ。
4.根據權利要求I所述的照射距離測定儀，其特征在于所述電池為3.7V鋰離子電池。
5.根據權利要求I所述的照射距離測定儀，其特征在于還包括用于放置KS103超聲測距模塊、單片機控制模塊、顯示模塊、報警模塊和供電模塊的控制盒，其中顯示模塊的液晶顯示窗口和LED背光光源、以及單片機控制模塊的控制按鍵設置于所述控制盒的外表面，所述控制盒的盒體表面還設有與KS103超聲測距模塊的超聲波發射探頭和超聲波接收探頭相適應的超聲發射探頭輸出口和超聲接收探頭輸入口。
6.根據權利要求5所述的照射距離測定儀，其特征在于還包括導光臂卡具，所述導光臂卡具設有“凹”字型塑封外殼，該塑封外殼內側依次固定有固定海綿和襯底海綿，所述塑封外殼通過彈簧固定于所述控制盒的ー側。
7.根據權利要求6所述的照射距離測定儀，其特征在于所述固定海綿和襯底海綿具有相配合的凹凸結構。
8.根據權利要求5或6或7所述的照射距離測定儀，其特征在于還包括由金屬軟管和底座組成的金屬軟管底座系統，所述金屬軟管一端和底座螺紋固定連接，該金屬軟管另一端和所述控制盒的盒體底部螺紋固定連接。
9.權利要求1-8之一所述的照射距離測定儀的實現方法，其特征在于采用C語言為軟件編程語言，通過查詢等待的方式，在每次測量后均檢測是否需要報警，在按鍵按下后，修改和按鍵相關變量，再利用這些關鍵變量來控制實現各種功能和設置，上述照射距離測定儀的實現方法，具體實現方法為 (1)開機后，核心控制芯片首先通過IIC總線向液晶顯示窗ロ發送地址信息并建立連接，同時打開LED背光光源； (2)建立連接后即顯示開機畫面，在開機畫面持續顯示的同時通過IIC總線和KS103超聲測距模塊建立連接，發送初始設置命令；(3)在開始讀數后，將讀數顯示在液晶顯示窗口上，然后循環顯示；循環顯示過程中，始終查詢各控制按鍵相關變量值，并做控制按鍵按下條件的檢測，一旦檢測到控制按鍵按下，就在防抖程序的基礎上設置相關變量，并調用相關顯示程序。
10.根據權利要求9所述的照射距離測定儀的實現方法，其特征在于所述初始設置命令包括關閉LED背光光源和/或設5S無信號等待。
全文摘要
本發明提供了一種照射距離測定儀及其實現方法，所述照射距離測定儀由KS103超聲測距模塊、單片機控制模塊、顯示模塊、報警模塊和供電模塊電氣連接，采用C語言為軟件編程語言，通過查詢等待的方式實現；所述照射距離測定儀具有低功耗和高精度的特征，操作簡便，性能可靠，精度很高，小巧便攜，可以矯正由溫度引起的測量誤差，適用于激光、紅外、微波等各種輻射治療儀和患者間距離測量，以提升治療質量，確保療效，防止醫療事故的發生。
文檔編號G01S7/521GK102841353SQ20121036194
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者董曉曦, 吳金鵬, 田梁, 殷慧娟, 陳洪麗, 康美玲, 薛志孝, 龔智勇, 李迎新 申請人:中國醫學科學院生物醫學工程研究所