一种质子束剂量的测量系统及其计量方法

技术领域

本发明涉及辐射计量领域，具体涉及一种质子束剂量的测量系统及其计量方法。

背景技术

恶性肿瘤在我国乃至全球都有着极高的发病率与死亡率，放射治疗已成为治疗癌症的主要手段之一。其中，放射治疗中的质子治疗所具有的独特的布拉格峰能够对肿瘤实现精准治疗的同时，减少对周围正常组织的辐射损伤。因此，质子治疗已成为放射治疗领域重要发展趋势之一。

质子治疗中肿瘤靶区的所受到的质子束剂量准确与否直接关系到放射治疗的效果与事故性医疗照射的发生概率。为了提高放射治疗治愈率并避免事故性医疗照射的发生，需准确测定质子束剂量。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种能够用于测定质子束剂量的测量系统。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种质子束剂量的测量系统，该测量系统包括：

水箱，所述水箱中设有储水腔，所述水箱的侧壁设有用于质子束穿过的入射窗，以使质子束穿过所述入射窗进入所述储水腔；

用于制备超纯水的纯水制备装置；

量热装置，设于所述储水腔中，所述量热装置包括量热容器和热敏探针，所述量热容器的容纳腔中存有所述超纯水，所述热敏探针浸没于所述超纯水中；

用于感应质子束的电离室，设于所述储水腔中；

调节装置，与所述量热装置驱动连接，以驱动所述量热装置在所述储水腔中在不同的测量位置之间移动；

数据处理装置，所述数据处理装置分别与所述调节装置、所述热敏探针和所述电离室电连接，用于获取所述电离室的质子束感应信号，并根据所述质子束感应信号和所述热敏探针在各所述测量位置的电阻变化值计算得到各所述测量位置的质子束剂量值。

一些实施例中，所述电离室与所述量热装置间隔设置。

一些实施例中，所述量热容器包括两个安装部和呈柱状的主体部，质子束沿所述主体部的轴向传播，两个所述安装部沿所述主体部的周向间隔对称设置，所述主体部形成有容纳腔，所述安装部形成有与所述容纳腔连通的安装通道，所述热敏探针为两个，分别密封地穿设于两个所述安装通道，并伸入所述容纳腔中。

一些实施例中，所述量热容器还包括第一管部、第二管部和气泡室，所述第一管部的一端与所述容纳腔连通且另一端敞开，所述第二管部的一端与所述第一管部连通且另一端敞开，所述气泡室设置于所述主体部的周向面上并与所述容纳腔连通。

一些实施例中，所述调节装置包括第一调节组件，所述第一调节组件包括第一转动件和滑动件，所述第一转动件可转动地设置于所述储水腔的内壁上，且其转动轴线沿前后方向延伸，所述第一转动件的外表面形成有螺纹，所述滑动件与所述量热容器连接，所述滑动件形成有与所述第一转动件的外表面配合的第一螺纹孔，以使所述第一转动件转动能够驱动所述滑动件沿前后方向移动。

一些实施例中，所述第一调节组件的数量为两个，两个所述第一调节组件沿左右方向间隔布置，所述调节装置包括第二调节组件，所述第二调节组件包括横梁和调节杆，所述横梁连接于两个所述第一调节组件的所述滑动件之间，所述滑动件设有第二螺纹孔，所述横梁沿左右方向的两端均设有沿左右方向延伸的腰型孔，螺钉穿过所述腰型孔与所述螺纹孔连接，所述调节杆连接与所述横梁和所述量热容器之间。

一些实施例中，所述第二调节组件包括锁止件，所述横梁形成有沿上下方向贯通的安装孔，所述调节杆穿设于所述安装孔中且所述调节杆的外表面形成有螺纹，所述锁止件设有第三螺纹孔并与所述调节杆的外表面配合，所述量热容器设于所述调节杆沿上下方向的一端，所述锁止件位于另一端。

一些实施例中，所述测量系统包括保温装置，所述保温装置包括内壳体和外壳体，所述内壳体包覆于所述水箱的外侧，所述外壳体内设有保温腔，所述内壳体位于所述保温腔中且与所述保温腔的内壁间隔设置，所述内壳体和所述外壳体两者位于所述入射窗的一侧均设有通孔。

一些实施例中，所述测量系统包括调温装置，所述调温装置包括水温温度计、热交换器和加热器，水温温度计的感应端伸入储水腔中，所述热交换器包括可发生热传导的本体和热交换支路，所述本体位于所述保温腔中，所述热交换支路位于所述储水腔中，所述加热器位于所述储水腔中，所述水温温度计、所述热交换器和所述加热器均与所述数据处理装置电连接。

一些实施例中，所述数据处理装置包括电阻测量电路，电阻测量电路与所述热敏探针电连接，以将所述热敏探针的电阻变化值转换为电压变化值以获得测量位置的温升值。

一些实施例中，所述电阻测量电路包括：惠斯特电桥，所述惠斯特电桥由可调电阻、热敏电阻和标准电阻模块构成；所述标准电阻模块包括两个定值电阻，所述可调电阻、所述热敏电阻和所述标准电阻模块构成所述惠斯特电桥的四个桥臂；

激励电压输入模块，用于为所述惠斯特电桥提供交流激励信号；

电压跟随模块，所述电压跟随模块设置在所述激励电压输入模块和所述惠斯特电桥之间，用于对所述激励电压输入模块输入所述惠斯特电桥的所述交流激励信号进行缓冲和隔离；

相位调节模块，所述相位调节模块连接所述标准电阻模块，用于调节所述惠斯特电桥内的电压信号的相位，使得所述交流激励信号和所述惠斯特电桥的电压变化信号的相位相同；

电源模块，用于为所述电压跟随模块和所述相位调节模块供电；

锁相放大器模块，用于从所述惠斯特电桥输出的所述交流激励信号中提取所述惠斯特电桥的所述电压变化信号；所述电压变化信号表征所述热敏探针的所述电阻变化值。

一些实施例中，所述测量系统包括移动平台，所述移动平台包括承载板、升降柱、底盘板和若干个移动滚轮，所述承载板和所述底座板平行相对布置，所述承载板位于所述底座板的上方，所述支撑柱连接于所述承载板和所述底座板之间且可沿上下方向伸缩，所述移动滚轮设于所述底座板的底部，所述水箱设于所述承载板的顶部。

本发明实施例还提供一种计量方法，应用于前述实施例中任一的质子束剂量的测量系统，该计量方法包括：

制备超纯水；

将热敏探针装入容纳腔中并注入所述超纯水；

驱动所述量热装置到达所述储水腔中的预设位置；

响应于所述电离室的质子束感应信号，获取所述热敏探针的电阻变化值；

根据所述电阻变化值获得所述测量位置的温升值，并根据所述温升值计算所述质子束剂量值。

一些实施例中，所述的将所述热敏探针装入所述容纳腔中并注入超纯水，具体包括：

使用所述超纯水清洗所述量热容器和所述热敏探针；

烘干所述量热容器，使用氢气吹洗并冷却所述量热容器，直至所述量热容器的温度降至室温；

将所述超纯水充满所述容纳腔，装入所述热敏探针至所述容纳腔；

从所述容纳腔的底部充入鼓泡气体，直至所述超纯水中溶解的所述鼓泡气体饱和；

密封所述容纳腔。

一些实施例中，所述鼓泡气体包括氢气或者氮气。

本发明实施例中的测量系统利用储存有水的水箱模拟人体组织结构，通过设置调节装置使得量热装置在储水腔中位置能够变化，以适应在不同质子束的照射状态下，量热装置中的热敏探针能够获取水箱所模拟人体组织结构中不同位置的温度变化，进而近似地获得人体组织结构中各部位所受到的质子束照射剂量，为后续提高医疗效果和避免事故性医疗照射提供了重要的参考依据。通过量热容器以及容纳腔中所储存的超纯水，为热敏探针的正常工作提供了更为稳定的环境，减少了外界环境对热敏探针的干扰，从而提高了对质子束剂量的检测精度。

附图说明

图1为本发明一实施例中测量系统的示意图；

图2为本发明一实施例中量热装置的示意图；

图3为本发明一实施例中量热装置、调节装置和水箱的示意图；

图4为本发明一实施例中电阻测量电路的示意图；

图5为本发明一实施例中惠斯通电桥的示意图；

图6为本发明一实施例中移动平台和外壳体的示意图；

图7为本发明一实施例中移动平台的示意图。

附图标记说明

水箱10；储水腔10a；量热装置20；量热容器21；容纳腔21a；主体部211；安装部212；安装通道212a；第一管部213；第二管部214；热敏探针22；电离室30；调节装置40；第一调节组件41；第一转动件411；横梁42；腰型孔42a；调节杆43；外壳体50；保温腔50a；内壳体60；热交换器70；本体71；热交换支路72；水温温度计80；搅拌器81；移动平台82；承载板821；升降柱822；底盘板823；电控箱824；移动滚轮825

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请的描述中，“上”、“下”、“入射方向”方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，“左”、“右”、“前”、“后”方位或位置关系为基于附图3所示的方位或位置关系，需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本发明实施例提供一种质子束剂量的测量系统，参阅图1至图3，该测量系统包括水箱10、纯水制备装置、量热装置20、电离室30、调节装置40和数据处理装置。

水箱10中设有储水腔10a，水箱10的侧壁设有用于质子束穿过的入射窗，以使质子束穿过入射窗进入储水腔10a。

储水腔10a中存有水，以实现模拟人体组织结构的目的。

储水腔10a中所储存的水为高纯水，以减少水中含有的杂质对模拟人体组织结构所带来的误差。高纯水的具体标准不限，例如三级水。

质子束可以是通过

质子束穿过入射窗后，在储水腔10a中的水的阻碍下，经过一定的入射距离后停止运动并在停止位置释放大量能量，即布拉格峰效应，从而对其停止位置的水实现加热，造成停止位置附近的水温度升高。

量热装置20设于储水腔10a中，量热装置20包括量热容器21和热敏探针22，热敏探针22设于量热容器21的容纳腔21a中，以使量热容器21起到保护热敏探针22、阻止热对流、最小化辐射温升测量中非热量以外形式的能量等作用，量热容器21可为热敏探针22提供稳定的化学环境和对流屏障。

通过使得热敏探针22布置到质子束的停止位置，使得热敏探针22能够因停止位置附近的水温度升高而使得其自身的电阻值发生变化。

纯水制备装置用于制备超纯水，量热容器21的容纳腔21a中存有超纯水，热敏探针22浸没于超纯水中，通过超纯水中所溶解的氧含量很低，能够降低所溶解的氧对热敏探针22所造成的不良影响，避免因溶解氧产生的化学反应热对量热测定结果的影响。

超纯水指的是TOC(Total Organic Carbon，总有机碳)含量不超过2ppb(part perbillion，十亿分之一)，25℃状态下的电阻率不小于18.2MΩ·cm(megohm·centimeter，兆欧·厘米)的水。

可以理解的是，容纳腔21a在与外界密封，以防止容纳腔21a中的超纯水泄露而影响热敏探针22的功能。

电离室30设于储水腔10a中，用于感应质子束，以确定储水腔10a中的水受到质子束的照射。

调节装置40与量热装置20驱动连接，以驱动量热装置20在储水腔10a中在不同的测量位置之间移动。不同的测量位置对应于不同剂量的质子束在不同角度和不同照射范围的情况的停止位置。通过使得量热装置20在不同的测量位置之间移动，以获取所模拟的人体组织结构中不同测量位置所受到照射的质子束剂量。

数据处理装置分别与调节装置40、热敏探针22和电离室30电连接，用于获取电离室30的质子束感应信号，并根据质子束感应信号和热敏探针22在各测量位置的电阻变化值计算得到各测量位置的质子束剂量值。

本发明实施例中的测量系统利用储存有水的水箱10模拟人体组织结构，通过设置调节装置40使得量热装置20在储水腔10a中位置能够变化，以适应在不同质子束的照射状态下，量热装置20中的热敏探针22能够获取水箱10所模拟人体组织结构中不同位置的温度变化，进而近似地获得人体组织结构中各部位所受到的质子束照射剂量，为后续提高医疗效果和避免事故性医疗照射提供了重要的参考依据。通过量热容器21以及容纳腔21a中所储存的超纯水，为热敏探针22的正常工作提供了更为稳定的环境，减少了外界环境对热敏探针22的干扰，从而提高了对质子束剂量的检测精度。

一些实施例中，参阅图1，电离室30与量热装置20间隔设置，以避免两者相互接触而对彼此的测量结果产生不利影响。

量热容器21实现热敏探针22的安装的具体方式不限。

示例性地，参阅图2，量热容器21包括安装部212和呈柱状的主体部211，质子束沿主体部211的轴向传播，安装部212设于主体部211的周向，主体部211形成有容纳腔21a，安装部212形成有与容纳腔21a连通的安装通道212a，热敏探针22密封地穿设于安装通道212a并伸入容纳腔21a中。

主体部211沿轴向的尺寸小于主体部211沿径向的尺寸。主体部211沿轴向的尺寸相对较小，以尽可能减小容纳腔21a中的热对流。

需要说明的是，轴向和径向相互垂直。

量热容器21的具体材质不限，例如石英玻璃。石英玻璃透光率高，具有化学性质稳定、膨胀系数低、加工性能好、纯度高、耐腐蚀和耐辐射等特点。

主体部211包括环形板和两个平板，环形板沿轴向的两端开口，两个平板分别封闭环形板沿轴向的两端开口。

平板和环形板的厚度可以相同，也可以不同。

平板和环形板的厚度可以为0.5mm、0.7mm、0.8mm、0.85mm、0.88mm、1mm、1.02mm、1.05mm、1.1mm、1.15mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或者2mm等。

一些实施例中，参阅图2，安装部212为两个，两个安装部212沿主体部211的周向间隔设置，热敏探针22为两个，分别密封地穿设于两个安装通道212a中，以使得所获得的电阻变化值为两个热敏探针22的电阻变化之和，减少信号噪声和统计涨落带来的误差，提高测量精度。

一些实施例中，参阅图2，两个安装部212对称设置，以减少由于质子束的辐射场的不均匀性对热敏探针22的检测所造成的误差，提高测量精度。

两个热敏探针22的间距为0.4cm(centimeter，厘米)至0.6cm，例如0.4cm、0.5cm、0.6cm。

量热容器21中设有辅助结构以便注入超纯水。

一些实施例中，参阅图2，量热容器21还包括第一管部213、第二管部214和气泡室，第一管部213的一端与容纳腔21a连通且另一端敞开，第二管部214的一端与第一管部213连通且另一端敞开，气泡室设置于主体部211的周向面上并与容纳腔21a连通。第一管部213用于注入超纯水，第二管部214用于充入鼓泡气体，无法溶于超纯水的鼓泡气体和从超纯水析出的氧气能够进入到气泡室中，避免所析出的氧气重新溶入超纯水中，同时，避免温度骤变时超纯水和气泡室中的气体膨胀造成量热容器21损坏。

第一管部213位于远离安装通道212a的一端，以降低在注入纯水和充入鼓泡气体的过程中所产生的冲击对热敏探针22的影响。

气泡室位于主体部211的上部，以便从超纯水中析出的氧气能够上浮汇聚于气泡室中。

一实施例中，量热装置20包括固定座和调节件，固定座密封封闭安装通道212a，固定座形成有装配孔和螺纹孔，装配孔与安装通道212a同向延伸且连通，螺纹孔的延伸方向与安装通道212a的延伸方向相交，螺纹孔与装配孔连通，热敏探针22密封穿设于装配孔中，调节件与螺纹孔螺纹配合，调节件能够接触热敏探针22以约束热敏探针22移动。通过旋转调节件，使得调节件与热敏探针22之间脱离接触，以便热敏探针22沿安装通道212a的延伸方向移动至预设伸入位置，再反向旋转调节件，使得调节件与热敏探针22之间抵接，从而固定热敏探针22。

固定座的材质包括但不限于聚四氟乙烯。

一些实施例中，热敏探针22通过涂覆有特氟龙的橡胶垫圈密封穿设于装配孔中。

一些实施例中，热敏探针22包括玻璃管和热敏电阻，玻璃管具有密闭端和开口端，热敏电阻位于玻璃管内部且位于密闭端。热敏电阻所在的密闭端的壁厚约为0.1mm，以减少非水材料例如密闭端对温升测量的影响。玻璃管可以保护热敏电阻。

示例性的，可以将直径为8mm(毫米)、壁厚为1mm的原始管加热并拉伸成为玻璃管。玻璃管的外径可以在0.5mm～0.6mm之间，长度为4cm(厘米)，尖端的直径约为0.6mm，密闭端的壁厚约为0.1mm，将热敏电阻插入拉制好的玻璃管中。

玻璃管的具体材质不限，例如石英玻璃。

可以理解的是，热敏电阻的导线通过信号线缆与数据处理装置电连接。

信号线缆具体类型不限，例如Belden 9451音频信号屏蔽线缆。

一些实施例中，采用UV胶即紫外光固化剂，将热敏探针22和信号线缆粘到玻璃管上。UV胶是通过紫外线光照射才能固化的一类胶粘剂，它可以作为粘接剂使用。具有适用范围广、粘连强度高、效率快、固化后完全透明、产品长期不变黄、不白化、耐环测和柔韧性好等特点。

一些实施例中，热敏探针22包括防水密封套，防水密封套用于密封玻璃管的开口端，信号线缆密封穿设于防水密封套中。例如，在完成热敏探针22和信号线缆的粘合后，在玻璃管的开口端套防水密封套完成密封防水设计。

一些实施例中，防水密封套的外表面可以涂覆硅胶，以提高防水性能。防水密封套可以为橡胶材质。

一些实施例中，信号线缆外可以套乳胶管，以进一步提高防水性能。

热敏电阻的尺寸可以尽可能小，以最大程度地减少以热传导形式对辐射温升测量的影响。

一些实施例中，热敏探针22的温升分辨率为0.5μk(Microkelvins，微开尔文)。

示例性的，热敏电阻可以为NTC(Negative Temperature Coefficient，负温度系数)热敏电阻。

一实施例中，在热敏电阻导线包括两根铂铱丝，其中一根铂铱丝包裹有塑料微管，以提供电绝缘。

调节装置40实现调节量热装置20的具体方式不限。

示例性地，参阅图3，调节装置40包括第一调节组件41，第一调节组件41包括第一转动件411和滑动件，第一转动件411可转动地设置于储水腔10a的内壁上，且其转动轴线沿前后方向延伸，第一转动件411的外表面形成有螺纹，滑动件与量热容器21连接，滑动件形成有与第一转动件411的外表面配合的第一螺纹孔，以使第一转动件411转动能够驱动滑动件沿前后方向移动。

可以理解的是，通过改变第一转动件411的转动方向以使得滑动件向前移动或者向后移动。

第一转动件411的具体结构形式不限，例如丝杆等。

驱动第一转动件411转动的方式不限，例如，手动旋转第一转动件411，又如，电机的输出端与第一转动件411连接以驱动第一转动件411转动。

第一转动件411的导程不限，例如1mm(millimeter，毫米)、2mm、3mm等。

滑动件与量热容器21连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

一些实施例中，参阅图3，调节装置40包括第二调节组件，第二调节组件包括横梁42和调节杆43，横梁42连接滑动件，滑动件设有第二螺纹孔，横梁42设有沿左右方向延伸的腰型孔42a，螺钉穿过腰型孔42a与螺纹孔连接，调节杆43连接与横梁42和量热容器21之间。通过设置腰型孔42a，使得横梁42能够相对滑动件沿左右方向移动，从而使得量热容器21沿左右方向移动，因此，通过第一调节组件41与第二调节组件两者的配合，实现了量热容器21沿左右方向和前后方向的位置调节。

通过螺钉与横梁42抵接后使得横梁42的位置固定。

一些实施例中，参阅图3，第一调节组件41的数量为两个，两个第一调节组件41沿左右方向间隔布置，横梁42连接于两个第一调节组件41的滑动件之间，横梁42沿左右方向的两端均设有腰型孔42a，从而使得横梁42沿左右方向的两端均能够收到支撑和约束，提高横梁42安装的稳定性，减低了因横梁42的安装出现偏斜而影响检测精度的几率。

一些实施例中，参阅图3，第二调节组件包括锁止件，横梁42形成有沿上下方向贯通的安装孔，调节杆43穿设于安装孔中且调节杆43的外表面形成有螺纹，锁止件设有第三螺纹孔并与调节杆43的外表面配合，量热容器21设于调节杆43沿上下方向的一端，锁止件位于另一端。在锁止件处于释放状态下，调节杆43能够沿上下方向在安装孔中移动，从而使得量热容器21沿上下方向调整至所需的测量位置；在锁止件处于锁止状态下，量热容器21沿上下方向的位置固定。通过第一调节组件41、第二调节组件的配合，能够实现量热容器21在前后方向、左右方向和上下方向的位置的调整，从而使得热敏探针22在三维空间中位置实现变化，增大了热敏探针22的移动范围，提高了测量系统的适用范围。

需要说明的是，本发明中，前是指射线束所在侧的方向，后与前方向相反。下是指朝向地面的方向，上与下方向相反。前后方向、左右方向和上下方向相互垂直，共同构成三维垂直坐标系。前后方向是沿水平面的方向，这样，射线束沿水平方向射入水模体，水平射线束可以避免垂直射线束即沿上下方向射线束测量中蒸发引起的测量高度变化和水面原点的定义困难等问题。

锁止件的具体类型不限，例如蝶形螺母等。

一些实施例中，调节杆43、安装孔和锁止件的数目均为两个，两个安装孔位于横梁42沿左右方向的一侧，调节杆43的底部与量热容器21沿左右方向的一端连接，以使得量热容器21沿左右方向的两端均能够收到支撑和约束，提高量热容器21安装的稳定性，减低了因量热容器21的安装出现偏斜而影响检测精度的几率。

一些实施例中，调节装置40位于储水腔10a中。

可以理解的是，安装孔的截面尺寸大于调节杆43的截面尺寸。

水箱10为透明结构，水箱10的透光率不小于90％。

入射窗的厚度小于水箱10的其他部位的厚度，以减小入射窗对入射的质子束的影响。

水箱10的具体材质不限，例如，有机玻璃。有机玻璃的辐射剂量学特性接近于水，且密度和水近似。

水箱10的形状不限，例如正六面体。

可以理解的是，储水腔10a中的水会与外界发生热交换而导致温度变化，进而影响热敏探针22的测量结果。

一些实施例中，参阅图1，测量系统包括保温装置，保温装置包括内壳体60，内壳体60包覆于水箱10的外侧，内壳体60能够起到蓄热、隔热的作用，从而减少储水腔10a中的水与外界发生的热交换。

可以理解的是，内壳体60与水箱10的外表面贴合，以提高蓄热、隔热的效果。

内壳体60的具体材料不限，例如，聚苯乙烯，其蓄热、隔热的效果好，密度低。

内壳体60与水箱10之间的连接方式不限，例如，粘接等。

内壳体60位于入射窗的一侧设有通孔，以使质子束穿过内壳体60的通孔后能够再穿过入射窗进入到储水腔10a中。

一些实施例中，参阅图1，保温装置包括外壳体50，外壳体50内设有保温腔50a，内壳体60位于保温腔50a中且与保温腔50a的内壁间隔设置。外壳体50为热的不良导体。通过外壳体50以及外壳体50与内壳体60之间间隔设置所形成的空气层，进一步提高提高蓄热、隔热的效果。

外壳体50的具体材料不限，例如环氧树脂、聚苯乙烯等。其材料蓄热、隔热的效果好，密度低。

外壳体50位于入射窗的一侧设有通孔，以使质子束穿过外壳体50的通孔、内壳体60的通孔后能够再穿过入射窗进入到储水腔10a中。

一些实施例中，测量系统包括若干个可沿上下方向伸缩调节的调节支脚，调节支脚连接于内壳体60的底壁与保温腔50a的底壁之间，以使内壳体60与外壳体50之间沿上下方向间隔，同时，通过调节支脚实现内壳体60中水箱10的水平布置。

可以理解的是，在未受到质子束照射的情况下，需要保持水箱10中的水温度稳定。

一些实施例中，参阅图4，测量系统包括调温装置，测量系统包括调温装置，调温装置包括水温温度计80、热交换器70和加热器，水温温度计80的感应端伸入储水腔10a中，热交换器70包括可发生热传导的本体71和热交换支路72，本体71位于保温腔50a中，热交换支路72位于储水腔10a中，加热器位于储水腔10a中，水温温度计80、热交换器70和加热器均与数据处理装置电连接。

热交换器70用于降低水箱10中的水温。热交换器70中设有可在本体71和热交换支路72之间流动的制冷剂，通过制冷剂的流动将热量在本体71和热交换支路72之间传导。

加热器用于加热水箱10中的水温。

水温低于测量所需的工作温度时，可以通过加热器加热升温；水温高于测量所需的工作温度时，可以通过热交换器70降温。这样使得水温能够保持稳定，降低对热敏探针22正常工作的影响。

水温温度计80将储水腔10a中的水温信息实时发送给数据处理装置，数据处理装置根据水温信息判断需要升温或者降温以及计算需要调控的具体温度值，并控制热交换器70和加热器工作。

一些实施例中，参阅图1，热交换支路72位于量热装置20的后侧，也就是背离与入射方向的一侧，以避免热交换支路72对质子束造成遮挡。

冷交换器的主体部211分可以位于水模体的后侧。这样，可以避让来自前侧的射线束。

水温温度计80的测量点与量热装置20的测量点在相同高度。这样，水温温度计80和量热装置20能够测量同一高度处的温度场变化。通过水温温度计80对水箱10中的水温实时监控。

水温温度计80具体类型不限，例如铂电阻温度计。

一些实施例中，在保温壳的上表面开设第一穿设孔和多个第二穿设孔，第一穿设孔用于引出量热装置20的信号线，以便于与数据处理装置电连接。第二穿设孔用于穿设水温温度计80。

水温温度计80可以有多个，多个水温温度计80均设置于保温壳的上表面。这样，第二穿设孔就有多个，每个第二穿设孔设置于一个水温温度计80。多个水温温度计80可以进一步准确测定水箱10中的水温。

一些实施例中，请参阅图，调温装置包括设置于保温腔50a中的外壳温度计，外壳温度计用于检测保温腔50a中的温度。通过外壳温度计对保温腔50a中的温度实时监控。外壳温度计与数据处理装置电连接。

外壳温度计具体类型不限，例如铂电阻温度计。

一些实施例中，参阅图1，调温装置包括位于储水腔10a中的搅拌器81，磁力搅拌子用于搅动水液，以加速储水腔10a中的水温平衡，消除可能存在的温度梯度，加速水液对流，从而快速达到水温平衡。

储水腔10a中的水温控制在4℃(degree Celsius，摄氏度)，此温度下水的体积膨胀系数为零，以减小热对流。

储水腔10a中的最高液面位置与储水腔10a的顶壁之间间隔，以使得储水腔10a中具有一定的体积余量以适应储水腔10a中水的体积变化。

可以理解的是，需要将热敏探针22中热敏电阻的电阻变化值转化为测量位置的温升值。

一些实施例中，数据处理装置包括电阻测量电路，电阻测量电路与热敏探针22电连接，以将热敏探针22的电阻变化值转换为电压变化值以获得测量位置的温升值。

一些实施例中，参阅图4，电阻测量电路包括：惠斯特电桥，惠斯特电桥由可调电阻、热敏电阻和标准电阻模块构成；标准电阻模块包括两个定值电阻，可调电阻、热敏电阻和标准电阻模块构成惠斯特电桥的四个桥臂；

激励电压输入模块，用于为惠斯特电桥提供交流激励信号；

电压跟随模块，电压跟随模块设置在激励电压输入模块和惠斯特电桥之间，用于对激励电压输入模块输入惠斯特电桥的交流激励信号进行缓冲和隔离；

相位调节模块，相位调节模块连接标准电阻模块，用于调节惠斯特电桥内的电压信号的相位，使得交流激励信号和惠斯特电桥的电压变化信号的相位相同；

电源模块，用于为电压跟随模块和相位调节模块供电；

锁相放大器模块，用于从惠斯特电桥输出的交流激励信号中提取惠斯特电桥的电压变化信号；电压变化信号表征热敏探针22的电阻变化值。

惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路，如图4中的可调电阻、热敏电阻和标准电阻模块中的两个定值电阻，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂。惠斯通电桥电路常用来进行电阻的测量，它具有测量精度高，线性度好，测量原理简单，操作简便等特点。它的作用是将电阻的变化信号转化为电压或电流信号，根据供桥电源类型，电桥可以分为直流电桥和交流电桥。由于直流放大器存在零点漂移问题，影响测量结果，所以采用交流电桥电路。

通过交流惠斯通电桥可以获取热敏电阻的阻值变化。

参阅图5，桥臂阻抗与输出电压的关系如式(1)所示。

交流惠斯通电桥有两种工作模式：零位和接近零位。零位工作模式下，惠斯通电桥为平衡电桥，只能用于测量相对稳定的电阻值。当惠斯通电桥平衡时，桥臂上阻抗满足式(2)，其为复数方程，输出电压V为零。

Z

即惠斯通电桥的平衡条件为：1)相对桥臂阻抗幅值乘积相等，2)相对桥臂阻抗相位之和相等。由式(2)可知，交流惠斯通电桥平衡条件只与桥臂阻抗有关，与激励电压Vs大小、频率以及输出电压V测量系统内部阻抗无关。然而当惠斯通电桥平衡时，对输出电压V的测量精度取决于激励电压Vs的幅值、探测器的灵敏度和电桥系统的噪声。当四桥臂阻抗满足Z1＝Z2、Z3＝Z4时，电桥输出电压为0，此时测量某一桥臂的阻抗变化ΔZ，电桥具有最佳灵敏度。

在接近零位的工作模式中，惠斯通电桥为非平衡状态，桥路的非平衡电压就能反映出桥臂电阻的微小变化，因此，就可以检测出外界物理量的变化(温度、压力等)。电桥两端会产生微小的电压偏移量，适用于测量连续变化的电阻值。例如，在质子束水吸收剂量实验中，通过测量热敏探针中的热敏电阻的阻值变化，从而计算得到辐射温升，所以可以选择非平衡交流电桥作为测量热敏电阻的电阻值变化的工具。

热敏电阻的电阻变化即为热敏探针22的电阻变化值。

当交流电桥偏移电压接近零时，可由式(1)得到，电桥某一桥臂阻抗Z的细微变化ΔZ与电桥两端输出电压变化ΔV具有式(3)所示的关系。

由式(3)可知，电桥两端输出电压变化ΔV与阻抗相对变化量ΔZ/Z近似成正比关系。通过电路中相位调节模块，可使得电路中容抗值近似为0，则电桥两端输出电压变化ΔV与桥臂阻值变化量ΔR/R成正比关系。

应理解，上述阻抗可以理解为电阻。

本实施例中惠斯特电桥内的电压信号，指图4中电桥的A、B两点之间电压，对应图5中的电桥两端输出电压V。

由惠斯通电桥工作原理可知，电桥两端输出电压变化ΔV可反应桥臂阻值变化ΔR，可以通过图4所示的基于惠斯通电桥的电阻测量电路，对由辐射温升导致的热敏电阻的电阻值变化进行测量。

在开始测量之前，需要对热敏电阻进行校准，获取热敏电阻的阻值变化随温度变化的关系ΔT/ΔR。

然后控制惠斯通电桥处于平衡状态，固定热敏电阻的电阻值，进行电桥的欧姆校准，通过调节可变电阻的电阻值，然后获取电桥输出电压，可以获得桥臂阻值变化与电桥输出电压变化的关系ΔR/ΔV。

在开始测量热敏电阻的电阻值时，固定可变电阻的电阻值，由于热敏电阻的电阻值是随温度变化的，热敏电阻的阻值变化会导致电桥输出电压的变化ΔV，从而得到热敏电阻的温度变化ΔT。

通过上述原理，可以通过惠斯通电桥测得由于辐射温升导致的热敏电阻的阻值变化产生的电桥输出电压的变化ΔV，根据ΔV可以获得热敏电阻当前的电阻值。

在实际使用中，将图4中的可调电阻和标准电阻模块中的两个定值电阻的电阻值固定，热敏电阻的电阻值根据温度变化。

随着环境温度的变化，热敏电阻的阻值发生变化，导致惠斯特电桥两端输出电压ΔV发生变化，根据ΔV可以获得热敏电阻当前的电阻值，再对照热敏电阻的电阻-温度对应表就可以知道当前环境的温度了。

电压跟随模块设置在激励电压输入模块和惠斯特电桥之间，用于对激励电压输入模块输入惠斯特电桥的交流激励信号进行缓冲和隔离，实现激励电压输入模块与电桥主体间的缓冲及隔离。电压跟随模块的主要元器件可以是运算放大器，运算放大器可以起到缓冲、隔离和滤波的作用。

相位调节模块连接标准电阻模块，用于调节惠斯特电桥内的电压信号的相位值，使激励信号和电桥电压的变化信号相位相同，便于锁相放大模块对电压变化信号的检出和放大。相位调节模块的主要元器件可以是运算放大器和可调电容，可使得电路中容抗值近似为0。

激励电压输入模块用于电桥的激励信号输入，激励电压输入模块可以包括锁相放大器，将激励信号通过锁相放大器进行滤波、放大及输出。

锁相放大模块用于对电压变化信号进行提取、放大及输出，以检出电桥电压的变化信号。

一些实施例中，参阅图6和图7，测量系统包括移动平台82，移动平台82包括承载板821、升降柱822、底盘板823和若干个移动滚轮825，承载板821和底座板平行相对布置，承载板821位于底座板的上方，支撑柱连接于承载板821和底座板之间且可沿上下方向伸缩。移动滚轮825设于底座板的底部，水箱10设于承载板821的顶部。通过支撑柱沿上下方向伸缩，使得水箱10的入射窗的位置适应质子束入射位置的高度。通过设置移动滚轮825，能够使得水箱10整体移动，便于水箱10的搬运，以适应质子束发射源的位置。

一些实施例中，移动滚轮825为万向轮，以使得移动平台82能够在水平方向上任意移动，提高了挪移移动平台82的便利性，也提高了移动平台82对安放位置的适应性。

一些实施例中，移动滚轮825包括轮本体71和轮座，轮本体71可转动地设置于轮座上并位于轮座的底端，轮座与安装组件连接且可沿竖直方向伸缩，通过不同移动滚轮825的轮座沿竖直方向伸缩不同的距离，以将水箱10调整至大致水平，以降低地面坑洼不平对质子束剂量检测所造成的误差。

可以理解的是，移动滚轮825具有锁止功能，以使得移动平台82移动至预设位置后固定。

一些实施例中，移动平台82包括电控箱824，电控箱824位于底座板的顶部，数据处理装置设于电控箱824中，以对数据处理装置起到安放和保护的作用。

在设有外壳体50的实施例中，外壳体50位于承载板821的顶部。

本发明实施例还提供一种计量方法，应用于前述实施例中的质子束剂量的测量系统，该计量方法具体包括：

S1：制备超纯水。

S2：将热敏探针22装入容纳腔21a中并注入超纯水。

S3：驱动量热装置20到达储水腔10a中的测量位置。

可以理解的是，储水腔10a中的不同测量位置对应所模拟人体中的组织结构的不同位置。

S4：响应于电离室30的质子束感应信号，获取热敏探针22的电阻变化值。

质子束进入到储水腔10a中后，电离室30发生感应并向数据处理装置发出质子束感应信号。在数据处理装置获得质子束感应信号后，读取此时热敏探针22的电阻变化值，从而避免了在质子束未进入储水腔10a的情况下，测量位置的温度异常变化所产生的误报导致的错误。

S5：根据电阻变化值获得测量位置的温升值，并根据温升值计算质子束剂量值。

温升值与质子束剂量值的关系如式(4)所示。

D

其中，D

需要说明的是，质子束在水中某测量位置引发的温升将受到热传导、热对流和热损失等的干扰，通过一系列修正系数对此干扰进行修正。具体的修正系数以及其数值在相关技术中已经得到应用，在此不加以赘述。

一些实施例中，制备超纯水步骤如下：

滤除自来水中的悬浮固体、95％的溶解性杂质，得到TOC含量在30μg/L(microgramper Liter，微克每升)以内，电阻率大于5MΩ·cm的中间产物。将中间产物经双波长的紫外光灯进行照射，以氧化水中的有机分子并杀灭细菌。再去除所残留的痕量级的离子和有机污染物，以达到超纯水的标准。

紫外光灯所发出的双波长紫外光波长为184nm(Nanometer，纳米)和254nm。

可以理解的是，纯水制备装置在排出超纯水进行使用的过程中，需要实时使用TOC监测仪和高灵敏度电阻率测量仪测量水中TOC数值和电阻率数值，一旦数值超标，需要立即停止超纯水的排出。

一些实施例中，前述实施例中所述的将热敏探针22装入容纳腔21a中并注入超纯水，具体包括：

S21：使用超纯水清洗量热容器21和热敏探针22。

超纯水能够清洗掉附着于量热容器21和热敏探针22表面的污物和游离氧。其清洗的具体方式不限，例如，采用流动的超纯水不断冲洗。冲洗的时长不限，例如，连续冲洗5天时间。

S22：烘干量热容器21，使用氢气吹洗并冷却量热容器21，直至量热容器21的温度降至室温。

通过烘干量热容器21，降低清洗后的量热容器21重新附着空气中的水汽造成污染的几率。

采用烘箱进行烘干。

氢气密度低，不易扩散，通过氢气进行吹洗量热容器21能够使得量热容器21散热更加均匀，冷却更加迅速，同时不会引入新的杂质。

S23：将超纯水充满容纳腔21a，装入热敏探针22至容纳腔21a。

S24：从容纳腔21a的底部充入鼓泡气体，直至超纯水中溶解的鼓泡气体饱和。

鼓泡气体进入超纯水中，改变了超纯水中溶解氧的分压，从而使得超纯水中的溶解氧以气体的形式析出，从而进一步降低超纯水中的氧含量而不带入杂质。

鼓泡气体充入的速度不限，例如80cm

在鼓泡过程中，每秒中控制在2至3个鼓泡，一方面使得鼓泡气体能够及时从量热容器21中排出，避免积聚在容纳腔21a中；另一方面，减少鼓泡所产生的气泡对热敏探针22的冲击。

从容纳腔21a的底部充入鼓泡气体能够使鼓泡气体尽可能多地与容纳腔21a中的超纯水发生接触。

S25：密封容纳腔21a。例如，使用密封圈密封第一管部213和第二管部214的敞开位置。

可以理解的是，在通风环境中将鼓泡气体充入容纳腔21a中。

一些实施例中，鼓泡气体包括氢气或者氮气。

氢气纯度不小于99.999％，其中，O

氮气纯度不小于99.9995％，其中，O2含量<1ppm，总烃<0.5ppm。

鼓泡气体充入容纳腔21a的时长不限，例如110min(minute，分钟)、120min、130min等。

本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。