加速稳定技术（精选7篇）
加速稳定技术 篇1
摘要：随着社会的发展,土地资源越来越少,怎样将城市周边的垃圾填埋场进行生态修复使其再次利用显得尤为重要。利用好氧降解方法,能加速垃圾场在封场生态修复中的稳定。垃圾场经过生态修复后,能有效改善周边环境,实现社会可持续发展。
关键词：填埋场,好氧降解,稳定化技术,生态修复
随着我国城市化进程速度的加快和人民生活水平的提高,城市产生的垃圾量不断增加,对城市的生态环境和居民健康构成严重的威胁。我国600多座主要城市每年产生垃圾1.6亿t,人均垃圾年产量440 kg,且以每年超过10%的速度增长。这些城市已堆放或填埋各类垃圾80亿t,垃圾堆存量计侵占土地5亿m2,有2/3城市被垃圾包围。据不完全统计,我国生活垃圾年产量占世界垃圾总产量的26.5%。城市中,许多已到库容量的垃圾填埋场,对其进行生态修复及景观绿化,不但能降低污染,实现可持续利用土地资源,还能为城市居民提供全新优美的景观和游憩空间。
1 技术原理
对垃圾填埋场加速稳定化所采用的好氧降解技术,也被称为好氧生物反应器技术。核心是:通过一定的设备或设施,向垃圾填埋场中注入空气。生活垃圾中的可降解有机物在有氧条件下发生降解。降解的最终产物是稳定组分、二氧化碳和水。由于垃圾填埋场中的垃圾具有不均一性,好氧降解的反应过程比较复杂。好氧降解期间排放出的垃圾填埋气体的主要成分是CO2、过量的O2,和极少量的CH4,同时还有少量可挥发有机物排出。当降解率(理论值)达到100%时,不再产生CO2和CH4。为了使好氧降解达到较好的反应条件,需要使垃圾的含水率达到40%～60%。而当含水率不足时,采用渗沥液回灌和向垃圾填埋场中注水的方式补充水分。垃圾降解产生的气体可以自然扩散排出垃圾堆体,也可以采取强制抽取的方式将其抽出并排放。
2 工程技术方案实施
设定工程技术实施方案的设计依据为:某垃圾填埋场的治理面积为51.2万m2,垃圾总量为700万m3,平均填埋深度为10 m。
2.1 系统构成
1)气体系统:
包括注气风机(泵)、气体换热器、抽气风机、汽水分离器、空气管道、注气井、抽气井、冷凝水收集器、气体过滤器、配套阀门、配套仪表等。注气风机(泵)将空气压缩,经过气体换热器换热降温,通过空气管道、注气井注入垃圾填埋场中。垃圾中的可降解有机物在有氧条件下发生好氧降解,生成以CO2为主要成分的垃圾填埋气体,该气体被抽气风机从抽气井中抽出,经气水分离器后进入气体过滤器,最后排放到大气中。管道中的冷凝水进入冷凝水收集器。
(1)注气井数量和分布
网格状布置注气井,单井实际作用面积1 000 m2,叠加系数1.25。故应该布置的注气井总量为512口,总深度(总进尺)为5 120 m。
(2)抽气井数量和分布
网格状布置抽气井,抽气井与注气井相间分布,单井实际作用面积1 000 m2,叠加系数1.25。故应该布置的抽气井总量为512口,总深度(总进尺)为5 120 m。
(3)注气风机的数量和布置
按每50万m3垃圾设置一台50 m3/min,75 kPa的多级离心鼓风机,共需鼓风机总数约15台(套)。
风机布置考虑供风半径,可以根据实际情况分3个区分区布置。
(4)引气风机的数量和布置
按每50万m3垃圾设置一台50 m3/min,-33 kPa的多级离心引风机,共需引风机总数约15台(套)。
风机布置考虑引风半径,与注气风机配套,可以根据实际情况分3个区分区布置。
(5)气体换热器
气体换热器与注气风机配套,共需数量15套,以保证管道气体的温度不高于60 ℃。
(6)气水分离器
用于分离引风机从垃圾填埋场抽取的气体中的水分,以保证引风机的正常运行。
气水分离器的数量按风机工作站的数量设定,共需3套。
(7)气体过滤器
用于过滤引风机从垃圾填埋场抽取的气体中的有害成分,保证排放气体不对大气产生污染。
气体过滤器的数量按风机工作站的数量设定,共需3套。
(8)气体管道
气体管道共分三级,主管道采用DN250的HDPE(高密度聚乙烯,英文名称为“High Density Polyethylene”)管,二级管道采用DN200的HDPE管,三级管道采用DN63的UPVC(聚氯乙烯树脂,英文名称为“Unplasticised Polyvinyl Chloride”)管。
2)水系统:
包括蓄水池、水泵、水管道、渗水沟渠、渗沥液井、渗沥液泵、空气压缩机、配套阀门、配套仪表等。水泵将水从蓄水池中抽出,送入注水井或渗水沟槽,从而增加垃圾堆体的湿度。垃圾渗沥液由空气压缩机提供动力的渗沥液泵从渗沥液井中抽出并直接回灌。
(1)蓄水池
用于储存收集的渗沥液和其它水,用于回灌,以保证垃圾填埋场的含水率。
根据垃圾填埋场的实际情况,设置12个蓄水池,蓄水池的容量为100 m3。
(2)渗水沟渠
在垃圾填埋场地面设置的用于渗沥液回灌的沟渠。
(3)渗沥液井和渗沥液泵
布置于垃圾填埋场中,用于回收渗沥液的井和配套的水泵。根据垃圾填埋场的实际情况设置,数量约为100 口(套)。
(4)水管道
水管道主要采用HDPE管道,主管道和二级管道的规格分别为DN100和DN65 。
3)监测系统:
包括各种监测井、气体监测仪、温度传感器、湿度传感器、配套的型号处理组件等。对主要气体成分CO2、CH4、H2S、CO、O2、温度、湿度等参数进行监测和检测。
(1)综合监测井
设置在垃圾填埋场中,为监测治理过程中气体成分、温度、湿度等变化情况的井。
综合监测井,对气体成分、温度、湿度全面监测。设置于注气井和抽气井之间及部分有代表性的位置。平均2 000 m2设置1口综合监测井,共设置综合监测井256口。
(2)AEMS 现场气体自动监测系统
用于自动监测垃圾填埋场的气体成分变化。每套设备设置采样口9个,每套系统覆盖面积5万 m2,共需AEMS 现场气体自动监测系统11套。
(3)便携垃圾气体分析仪
用于日常常规现场气体监测。
共需6套。
(4)温度监测系统
用于测量现场的垃圾温度,并将数据直接回传到控制室。
根据现场抽气井数量、监测井数量(每口监测井根据深度设置2～3个传感器),共需温度传感器1 200支。
另设置数据转换装置和传输装置。
(5)湿度监测系统
用于测量现场的垃圾湿度,并将数据直接回传到控制室。
根据现场监测井数量(每口监测井根据深度设置2～3个传感器),共需湿度传感器700支。
另设置数据转换装置和传输装置。
(6)地下水观测井
用于监测垃圾填埋场对地下水的污染。
布置于垃圾填埋场的周围,共设置20口。
4)控制系统:包括计算机、信号处理装置及软件等对系统进行控制管理。
采用集中控制方式,对气体系统的运行、水系统的运行控制,对监测系统的数据收集和处理。
5)动力及辅助系统。
(1) 配电系统
根据系统要求配置动力、维护系统。包括配电室(含变压器)等。估算最大负荷2 500 kW·h。
(2)维护维修系统
(3)办公建筑和设施
(4)围墙
(5)垃圾场边界防渗及导水系统
(6)地面平整(不含绿化)
2.2 实施步骤
1)前期工作:
收集分析垃圾填埋场原始资料,包括填埋过程资料、垃圾成分记录、填埋深度、垃圾成分及分布,并通过地质、水文勘查及取样分析达到评估目标,为设计提供依据。
2)设计:
包括注气井、抽气井、注水井、管的布置和数量;温度检测井、湿度检测井、地下水观测井、渗沥液提升井的布置和数量;注气系统、抽气系统、水调节系统等的管路选择和布置。各系统参数的确定和设备的选型、设计。
3)工程施工:
包括钻井和井位安装,管路安装,设备仪表安装。
4)设备调试和试运行:
保证机电设备和控制系统仪器仪表达到设计要求,能正常联合运行。
5)治理运行:
系统设备调试完毕即可进行正式治理运行。通过监测治理区域堆体内的温度、湿度、气体成分的变化,调节和控制进气、排气、水分的含量,使堆体内的垃圾有机物始终保持在一个最佳的好氧工作状态,同时密切关注监测垃圾温度、排气的变化,保证其在一个安全的运行范围。
2.3 治理工期
1)前期工作
包括立项、可研、环评、工程设计等内容:6个月。
2)工程建设施工
包括其它配套、建井、管道安装、设备采购和安装、调试、联合试车等:6个月。
3)项目治理运行
达到治理目标:约24个月。
2.4 治理目标
1)治理后填埋场垃圾可降解有机物的生物降解率BDM≤3%。
2)治理后填埋场垃圾堆体内部沼气浓度稳定值≤1.5%。
3)治理后填埋场垃圾渗沥液产生量大幅减少,渗沥液COD、BOD5、NH3-N指标参考国家标准GB 8978—1996《污水综合排放标准》规定的第二类污染物二级标准中的上限值予以协商评定,即:
BOD5≤150 mg/L;COD≤300 mg/L;NH3-N≤50 mg/L;
4)填埋场状态稳定,基本不再沉降,沉降率≤0.2%/a。
2.5 国内外应用情况
1)国外应用:
好氧降解技术是近年来发展起来的垃圾填埋场治理技术,已得到美国国家环境保护局(EPA)的认可。截止目前,在美国已经实施的填埋场好氧治理项目20多个,典型项目有美国Florida州New River区垃圾填埋场(NRRL)、美国Arizona州Tucson市的Rio Nuevo垃圾填埋场、美国Kentucky州Louisville市的Outer Loop垃圾填埋场等。意大利VERONA省的Legnago垃圾填埋场也采用了好氧治理技术。
2)北京实例:
北京市石景山区黑石头垃圾消纳场,占地面积约200亩,从1989年开始运行到2003年封场,填埋容量约140万立方米。由北京清华紫光泰和通环保技术有限公司采用好氧降解加速稳定化治理技术对该场实施环保治理,项目总投资4 500万元,建设工期12个月,运行时间24个月(2009年12月1日-2011年11月30日)。治理目标:可降解有机物的含量小于5%,堆体CH4的含量小于5%,地面沉降率小于0.5%。近期,北京市政市容委委托清华大学环境工程学院、中国城市建设研究院、全国环境卫生协会专家委员会、北京市环境卫生设计科学研究所等科研院所的有关专家进行了专项论证。专家们一致认为:该技术是使填埋场达到快速稳定,解决环境污染的一种新技术。通过空气注入管和空气抽气管及自控装置的作用,使温度、湿度、气体含量和分布等保持垃圾反应所需最佳条件。同时,该法能有效的控制有害气体产生和防止污染地下水,是安全、可靠、快速、彻底、消毒、无后期处理的垃圾处理技术方案。
3 治理费用估算
以石景山区黑石头垃圾消纳场投资为参考,处理单价为4 500万元/140万亩=32.2元/亩,考虑到物价上涨等因素,则本场的处理单价设定为35元/m3。本场的垃圾总量为700万m3,工程处理费用单价按35元/m3计算,则直接工程费用为7 000 000×35=24 500万元;其他二类费用按20%计算,则该场的工程总投资为24 500×120%=29 400万元,见表1。
4 结 论
中国的垃圾填埋场规模巨大,面对有限的土地资源,应力求通过生态修复解决环境问题,并缓解人地矛盾,促进城市可持续发展,未来对于垃圾填埋场的修复与绿化领域将面临巨大挑战与机遇。垃圾填埋场生态修复及景观绿化的设计理念从解决问题开始,既满足场地的特殊要求,又充分考虑了周边区域特征。对场地地形、景观水体进行了充分把握,根据场地特征,在宏观“生态第一”概念下采取不同的尺度。该项目对改善区域生态环境,提升城市形象起着十分重要的作用。
参考文献
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连翘的加速稳定性实验研究 篇2
在过去的研究中, 一般仅对原料药或药物制剂进行稳定性实验[2,3]。连翘, 作为一种中药材, 被用于多种中药成方制剂, 它的稳定性直接影响了制剂的质量稳定。目前, 对于连翘饮片还没有系统的稳定性研究, 本实验将对采用沸水煮8 min, 加水量为6 倍炮制方法炮制的三批连翘样品及连翘生品进行稳定性实验, 以薄层鉴别、杂质、水分、总灰分、浸出物及含量测定为评价指标, 对其稳定性进行评价。
1 材料和方法
1.1 实验材料及仪器
Agilent 1200 高效液相色谱仪 (美国Agilent公司) ;旋转蒸发仪RE52 (上海亚荣生化仪器厂) ;Sarturius-BS110S分析天平 (北京赛多利斯天平有限公司) ;SK22OOH超声波提取器 (上海科导超声仪器有限公司) ;数显鼓风干燥箱 (上海博讯实业有限公司医疗设备厂) ;恒温水浴锅 (余姚市东方电工仪器厂) ;马弗炉 (沈阳市节能电炉厂) ;HZS-H水浴振荡器 (哈尔滨市东联电子技术开发有限公司) ;连翘苷 (批号:110821-201112, 中国药品生物制品检定所) ;连翘酯苷A (批号:111810-201102, 中国药品生物制品检定所) ;乙腈, 冰醋酸 (均为色谱纯, 天津市科密化学试剂开发中心) ;连翘 (采于山西省黎城县) ;其他试剂均为分析纯, 所用水均为哇哈哈纯净水。
1.2 实验方法
1.2.1 实验样品
采用沸水煮8 min, 加水量为6 倍炮制方法炮制的三批连翘样品及连翘生品作为实验材料, 见表1。
1.2.2 加速条件
采用温度 (40±2) ℃, 相对湿度75% 的条件下保存。分别在第1, 2, 3, 6 个月各取样一次, 并按照检测项目进行考察。
1.2.3 检测指标及方法
(1) 薄层鉴别:称取连翘粉末1 g, 加石油醚20 ml, 密塞, 采用超声处理15 min, 滤过, 弃去石油醚提取液, 残渣挥干石油醚, 再加甲醇20 ml, 密塞, 用超声处理20 min, 滤过, 得到的滤液蒸干, 残渣加甲醇10 ml溶解, 作为供试品溶液。另称取一份连翘对照药材1 g, 采用相同法制成对照药材溶液。再取连翘苷、连翘酯苷A对照品, 加甲醇制成浓度为0.25 mg/ml的溶液。照薄层色谱法 (2010 版《中国药典》附录VI B) 实验, 分别吸取上述4 种溶液各2μl, 点于同一硅胶G薄层板上, 以醋酸乙酯:甲酸: 水 (9:2:1) 为展开剂, 进行展开, 取出, 晾干, 再喷以10% 硫酸乙醇溶液, 使其在105 ℃加热至斑点显色清晰。观察在供试品色谱中, 与对照药材色谱和对照品色谱相应的位置上, 是否显相同颜色的斑点。 (2) 杂质:采用2010版《中国药典》附录Ⅸ A法测定其各类杂质重量, 计算其在供试品中的含量 (%) 。 (3) 水分:称取供试品30 g, 精密称定, 置于短颈园底烧瓶中, 加甲苯200 ml, 按照药2010 版《中国药典》附录Ⅸ H第二法, 检读水量, 并计算出供试品中的含水量 (%) 。 (4) 总灰分:取供试品约2 g, 按照药2010 版《中国药典》附录Ⅸ H法操作, 根据残渣重量, 计算供试品中总灰分的含量 (%) 。 (5) 浸出物:取供试品约4 g, 按照药2010 版《中国药典》附录Ⅹ A法操作, 并计算供试品中醇溶性浸出物的含量 (%) 。 ( 6 ) 含量测定[4]:色谱柱选用A g e l a V e n u s i l X B P - C 1 8 ( 2 ) ( 5 μm, 100 Å, 4.6×250 nm) ;以乙腈 (A) -0.3% 醋酸溶液 (B) 为流动相, 梯度洗脱, 0~5 min, 85%~83% A, 5~10 min, 83%~80% A, 10~15 min, 80%~77% A, 15~20min, 77%~75% A, 选择流速0.8 ml/min;柱温为25 ℃;波长230 nm。精密称取连翘酯苷A对照品, 加甲醇制成浓度为0.1 mg/ml的对照品溶液, 需临用配制, 避光保存。精密称取连翘苷对照品, 加甲醇制成每浓度为0.2 mg/ml的对照品溶液。取本品粉末 (过三号筛) 约1.0 g, 精密称定, 置于具塞锥形瓶中, 加入70% 甲醇30 ml, 称重, 采用超声处理30 min (250 W, 40 k Hz) , 放冷, 再称其重量, 用70%甲醇补足减失的重量, 摇匀, 滤过, 量取续滤液0.8 ml, 置于5 ml的容量瓶中, 用70% 甲醇定容至刻度, 即得供试品溶液。精密吸取对照品溶液与供试品溶液各10 μl, 分别注入液相色谱仪测定, 即得。
2 实验结果
按2.3 实验方法对样品进行考察, 考察结果见表2~4。
实验结果表明, 连翘炮制品在加速条件下, 6 个月各项指标均稳定, 无明显改变, 由此初步确定保质期为2 年[5,6]。
3 讨论
通过对连翘炮制样品6 个月的加速稳定性考察, 结果发现连翘酯苷A及浸出物含量随时间逐渐减小, 但减小的趋势并不明显, 而连翘苷等其他指标几乎无变化。由此可知连翘样品中连翘苷稳定性较连翘酯苷A好。
参考文献
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加速稳定技术 篇3
医用回旋加速器作为一种大型医用设备近几年来在临床科研实践中得到了较多的应用,它主要用来生产不同类型的正电子核素,如18F、15O、13N、11C等。加速器正常工作状态时离子源气体电离为等离子体,经振荡射频提取加速粒子并进入加速轨道,在加速D电极及外加磁场的共同作用下加速,加速后在适当的位置安置碳萃取膜将加速粒子引出加速轨道,进而轰击靶体实现相关核反应[1,2]。当前,回旋加速器的临床应用为医院核医学学科的发展提供了有利的促进作用,利用其生产的正电子核素可以合成多种类型的正电子显像药物以适应临床检查及科研的需要,从而使得分子核医学的研究变得更为方便。在日常工作中要实现以上目的必须保证加速器运行的稳定性,其中最直接的指标便是其工作状态下加速束流的稳定性。束流加速时加速环境的真空度要求较高,一般不得低于10-5mbar数量级;束流的提供系统,即离子源必须气流稳定,离子源气体必须电离充分,以满足足够的加速离子供给;加速离子的引出端准直器电流越小,表明离子束越窄,系统的离子聚焦效果越好,且准直器电流的变化情况可反映加速离子束的稳定状况。本研究通过对加速器离子源引出的单、双束流进行检测,实现对其在工作状态下束流稳定性进行系统分析。
1 实验设备及方法
1.1 实验设备
医用回旋加速器PETtrace(GE Medical System),测试用Dummy靶。
1.2 方法
1.2.1 实验参数设置
单束流轰靶条件下设定引出束流为75μA,双束流轰靶时两靶的引出束流均为35μA;单束流轰靶测试时间为4.0h,双束流轰靶测试时间为2.0h;偏转磁场电流均设定为435.1A,束流加速电极电压37.0k V,两加速电极压差为1.5k V;射频腔射频发射功率13.3k W,反馈功率0.2k W;离子源气体选择高纯氢气(气体纯度大于99.999%),供气流量设定为5.0m L/min。
1.2.2实验方法
高纯氢气自离子源处电离,使其处于等离子态,利用射频系统的高频振荡电压将H+自离子源提取并加速,在加速末端通过碳膜将H+萃取[3]。分别检测单双束流引出轰靶的实时参数,两种情况下选择不同时刻检测并记录离子源电流强度、引出点上下准直器的电流强度及真空腔真空度;单束流轰靶每间隔10~20min记录1次各实验参数;双束流轰靶每间隔5~10min记录1次各实验参数。
2 结果
2.1 单束流轰靶条件下诸参数的变化特征(见表1)
2.2 双束流轰靶条件下诸参数的变化特征(见表2)
两种测试条件下诸参数随实验时间的增加,数值均有不同程度的变化。比较测试的前120min,单束流测试条件下加速离子加速环境的真空度变化较小(13.0-14.4)×10-6mbar,双束流条件下真空度变化略大(13.0-17.0)×10-6mbar。两测试条件下离子源电流值都呈缓慢增加的趋势,两者的变化幅度相当,双束流情况下变化相对略大;随测试时间的递增,两种情况下上下准直器电流值都呈缓慢递减的趋势,且测试1h后上下准直器电流之和趋向稳定,但双束流条件下,束流在两测试准直器的电流分配差异较大。
3 讨论
医用回旋加速器属于医院大型设备,在目前的医院运行设备中它的购置成本及运行投入都是首屈一指的。该设备系统组成复杂,工作条件苛刻,其任何子系统稍有故障便会影响整台设备的正常运行。因此,日常工作中密切监测各子系统的运行参数并及时调整,对于保障设备的正常工作降低故障率显得尤为重要。对于加速器运行参数的监测最直观的指标是加速束流的动态特征,同时加速器的束流稳定性关系着加速器的所有子系统[4,5],因此对其稳定性的监测也可间接反映加速器的整体稳定性,这是本实验的意义所在。
束流在加速过程中要确保整个过程中加速粒子不发散,即加速粒子相对于平衡轨道作自由振荡。这就要求在磁场的中心平面上,加速粒子所受到的洛伦兹力FL=Ze VB与其受到的离心力FC=mv2/r相等,从而保证粒子的加速过程处于平衡轨道。加速粒子处于平衡轨道的前提是保证加速粒子在轨道径向(中心平面上粒子加速轨道的半径方向)与轴向(与中心平面的垂直方向)的稳定性[6,7,8]。本实验依据前苏联加速器专家阿·伯·格林别格所研究的加速束流的电磁聚焦理论成果[9],即加速D形电极内的粒子所能达到的那部分空间的形状从侧面表现为“不对称的扁梭形”(作者注),通过检测加速粒子引出时准值器电流的变化情况来评价加速粒子在最外围加速轨道的空间形状,从而实现衡量束流稳定性的目的。
通过实验我们发现:小型医用回旋加速器PETtrace在加速束流特性上表现出较佳的稳定性,离子源电流的增加反映离子源气体电离为等离子态的能力,预示加速粒子密度的增加,从而保证充足的加速粒子自离子源的提取。准直器上电流的逐渐减小,反映了加速束流在加速过程中的良好聚焦,没有出现较大程度的发散,这对于提高加速器靶区的核反应效率是极其有益的;对于双束流轰靶时真空腔真空度的稍大变化,我们认为是由于双束流比单束流引出粒子的数量上变化较大,从而引起加速粒子注入加速轨道的粒子密度出现相对大的波动造成的,但这种轻微的真空度变化不会对加速束流造成明显的影响。
总之,加速器束流稳定性反映了加速器所有子系统的协调性及加速器的整体性能,日常工作中应加强对加速束流的检测,及时发现问题并实施干预,并尽量采用单束流模式运行,这也是节约生产耗材的需要。尤其要重视加速器束流提取系统的准直器电流的检测,避免出现大的波动以及上下准直器差异较大的现象,从而尽可能减少加速器故障率,使其更好地为临床及科研服务。
摘要：目的 分析医用回旋加速器两种工作状态下加速束流的基本特征;监测加速器在较高负荷运行条件下的束流稳定性。方法 利用高纯氢气作为离子源气体,分别自加速末端提取单、双束流,测试两种条件下离子源电流、引出束流及加速环境的真空度随时间的变化趋势。结果 真空腔的真空度、离子源电流及准直器电流在双束流测试时变化幅度相对较大,两种测试条件下,真空度及离子源呈缓慢递增趋势,准直器电流呈缓慢递减趋势,60min后趋于稳定。结论 正常工作状态下,单束流比双束流轰靶的束流稳定性强,且两种条件下束流最终处于较稳定的工作状态。应优先选择单束流工作模式。
关键词：医用回旋加速器,准直器,束流,稳定性,测试用Dummy靶
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加速稳定技术 篇4
关键词：锥形束CT,辐射剂量,空气比释动能,影像引导放射治疗
影像引导是放射治疗的新技术,目前主要用医用电子直线加速器机载的kV级锥形束CT获取患者治疗部位的影像,然后与治疗计划设计时采用的CT图像进行配准,得到患者的摆位误差并进行相应修正[1,2]。kV级锥形束CT成像过程中必然增加患者的辐射剂量,同时,X线机头辐射输出量的大小和稳定性对影像质量影响很大。在保证影像质量的前提下,尽量减少患者的照射剂量,需要掌握X线机头辐射输出量的特性[3,4,5]。本研究采用Unidos剂量仪和0.6cc电离室在空气中对Synergy医用电子直线加速器机载kV级锥形束CT系统的辐射剂量随管电压、管电流和曝光时间的变化、辐射剂量输出稳定性及其随机架角度的变化进行测量分析;在RW3固体水中测量了百分深度剂量;并对影响剂量的因素进行讨论。
1 材料与方法
1.1 锥形束CT
本研究采用医科达公司的XVI锥形束CT,它由X线高压发生器(Comet DX-9 X)、非晶硅探测器面板(Perkin Elmer Optoelectronics)和基于FDK重建算法的数据采集和分析软件组成。高压发生器采用风冷式散热、脉冲式输出,常用的高压主要有80、100、120和140 kV,采用相同的过滤。准直器包括大中小3类多种规格,可以根据解剖部位进行小视野、中视野和大视野成像。非晶硅探测器面板相对于射线源的位置在成像时根据选取准直器的大小作相应调整。成像预置参数主要包括高压、管电流、每桢图像的获取时间、准直器型号和机架旋转角度等,重建参数主要包括重建算法和像素矩阵大小。成像功能有拍片(PlanarView)、透视(MotionView)和锥形束CT(VolumeView)3种模式。
1.2 空气比释动能
X线诊断设备的输出剂量常用空气比释动能表示,可以直接测量。将0.6cc电离室在碳纤维治疗床面上用胶带固定,为了避免床面散射线的影响,电离室伸出床面。调整治疗床的位置使电离室灵敏体积的中心位于加速器等中心。Unidos剂量仪作为静电计,测量前预热半小时,输入治疗室温度和气压。剂量仪经国家计量院校准。改变管电压、管电流、曝光时间,测量计数。分析比释动能随管电压、管电流、曝光时间和图像桢数的变化。为了提高信噪比,减少测量误差,本研究的测量条件选取最大曝光条件。
输出剂量的稳定性对影像质量影响很大,拍片模式下选取管电压100kV、管电流为160mA、单帧图像曝光时间为40ms,重复测量20次,分析其平均值和标准偏差。输出剂量随加速器机架角的变化采用相同的曝光条件,加速器机架角在0°到360°范围内每隔30°测量,每个角度重复测量3次,取平均值。
1.3 百分深度剂量
百分深度剂量主要用于计算患者体内的吸收剂量。百分深度剂量用0.6cc电离室和Unidos剂量仪在RW3固体水中测量。固定源皮距SSD=100cm,改变固体水的厚度,测量计数。百分深度剂量用体模表面的剂量值归一。
2 结果
2.1 空气比释动能
单帧图像的曝光时间固定为4 0 m s,对不同的管电压和管电流,拍片模式下空气比释动能随管电压的变化如图1所示。结果显示,输出剂量随管电压非线性变化,可用二次多项式函数拟合。管电流为160 mA时,拟合方程为Kair=-0.605-0.0011●kV+0.000304●kV2。
固定管电压,空气比释动能和管电流、曝光时间的关系见图2、图3。由图2和图3可以看出,输出剂量随管电流和曝光时间线性变化。
管电压为140 kV和曝光时间为40 ms时,空气比释动能随管电流变化的拟合结果为Kair=-0.033+0.0328●m A,线性相关系数R=0.999。
管电压为1 2 0 k V和管电流为8 0 m A时,空气比释动能随曝光时间变化的拟合结果为,Kair=-0.069+0.0477●ms,线性相关系数R=0.999。
透视模式管电压常用80 kV和100 kV,管电流250m A曝光时间40 ms条件下空气比释动能和图像桢数的关系见图4。管电压为100 kV,管电流为250 mA,单帧图像曝光时间为40 ms,空气比释动能随图像桢数变化的拟合结果,Kair=-0.0349+0.0476●frame,线性相关系数R=0.998。
2.2 输出剂量的稳定性
输出剂量稳定性的测量分为连续重复测量和分次重复测量进行。连续重复测量时,由于采用的管电流和曝光时间比较高,X线机的热容量很快上升,靶温度升高,射线输出量随之增加。当热容量达到90%时,停机冷却至9%继续测量。分次测量时,每次控制测量间隔,使热容量保持在9%到20%之间,X线输出量有波动,但数值变化较小,见图5。结果显示空气比释动能的相对偏差小于1%
管电流为250 mA、曝光时间为40 ms时,空气比释动能随机架角度的变化见图6。结果表明,输出剂量随机架角度稍有变化,变化幅度小于1%,变化幅度和机架角度以及射线质没有关联。
2.3 百分深度剂量
源皮距SSD=100 cm时,采用S20准直器,RW3固体水中测量的百分深度剂量由图7给出。所有能量的X线,最大剂量点位于体模表面;能量越高,百分深度剂量越大。
3 讨论
锥形束CT采用的X线能量较低,空气中散射产生的次级电子能量低,射程短,轫致辐射份额很小,吸收剂量数值上近似等于空气比释动能,X线输出剂量常用空气比释动能来表示,用电离室在空气中直接测量。空气比释动能和射线质、准直器、管电压、管电流以及曝光时间有关。XVI采用脉冲式设计,透视模式下曝光时间等于图像桢数与单桢图像曝光时间的乘积。本文的测量结果显示,XVI系统X线输出剂量稳定,模体中的百分深度剂量符合kV X线的剂量学特性,管电压越高百分深度剂量越大。
锥形束CT是一种新型的成像设备,X线发生器和探测器既不同于常规诊断的X线机,也不同于常用的CT设备。功能上既能进行平面拍片和透视成像,也能进行CT扫描。独特的功能和设计,使其X线剂量输出别具特色。了解和掌握设备的剂量输出性能有利于发挥设备的功能。
辐射危害的定量评估是放射医学、辐射剂量学和辐射防护面临的重大课题。放射治疗中对患者的防护是值得关注的问题。X线输出剂量对影像质量影响很大,根据具体的临床需求,在保证影像质量的同时,最大限度地减小患者接受的剂量。锥形束CT的使用次数多,成像参数和辐射剂量的动态变化范围大,使用过程中应定期对X线输出剂量、射线质、射线束照射野的均匀性和稳定性进行检测,测量结果归档记录,是质量保证与控制的重要内容。
参考文献
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[3]Moores BM.Patient dose measurements in radiological practices[J].Phys Med Biol,2006,51:L31-L34.
[4]ICRU.Patient dosimetry for x rays used in medical imaging[C].ICRU Report74,Bethesda,Maryland,ICRU,2005.
广域网单边加速技术研究 篇5
随着互联网的广泛应用, 互联网上信息传递的数量每年呈几何级数的增加。虽然我们在不断地增加网络带宽, 改善网络环境, 却仍然很难让用户满意。究其原因主要因为基于局域网的TCP协议在广域网中应用存在缺陷, 具体地说因为广域网存在的长延时、丢包、抖动与大量的无效连接, 会降低网络带宽的利用率。
针对广域网增加带宽不增速的问题, 国内外一些企业如Cisco、Riverbed、Juniper、ChinaCache、信服科技、华夏创新等, 开发了一些广域网加速的产品, 如Cisco AVS3120, Riverbed Steelhead, 信服科技的WANACC等, 试图在现有的网络环境下, 解决网络带宽资源利用率低下的问题。思科针对Web的应用, 通过对安全套接字层 (SSL) 的加密和解密与压缩处理, 以及在服务器上卸载任务应对来自服务器的重复请求, 通过缩短延时和减少Web应用需要的带宽实现应用的加速。信服科技则利用TCP协议代理、数据流CACHE、多路复用QoS、对象管理技术, 实现对FTP、HTTP、CIFS与数据库文件的加速。近年广域网加速设备市场蓬勃发展, 但绝大部分是双边加速产品, 对有分支机构的企事业单位的远程文件传输与多业务应用的确起到了较好的推动作用。然而, 由于可供选择的单边加速的产品仍然很少, 广大上网用户并没能从中获益。
广域网加速技术主要有4种:一是研究如何重构网络传输协议, 提高当前广域网信息的传输速度;二是优化网络的传输协议, 改善拥塞避免协议, 提升带宽的利用率;三是采用数据压缩技术, 减少实际信息的传递;四是采用对象缓存、数据分发与资源共享技术, 针对不同网络应用的加速。双边加速可双边部署, 通常采用数据压缩、对象缓存与私有协议实现广域网的加速;单边加速只能在服务器或客户端单端部署, 受协议兼容性的限制, 一般通过优化TCP拥塞避免协议, 对队列的精细化控制, 开发高效的智能控制技术实现加速。
TCP拥塞避免是研究TCP协议在源端的窗口控制、数据包重发与拥塞控制等机制, 在保证对端设备协议兼容性的前提下提高网络信息的传输效率。队列控制是研究宽带宽高延时广域网的端到端的链路队列控制。智能流控加速则是采取人工智能的方法, 以网络QoS参数为依据, 通过对网络加速系统的各个部件与端源设备的控制, 从而实现加速。
本文第一节介绍广域网单边加速的研究现状, 需进一步研究和解决的问题以及可采用的技术和方法。第二节概述广域网单边加速的关键技术;文中的第三节概述广域网单边加速的基本原理和系统构架;最后介绍广域网单边加速的应用, 展望其发展的前景。
2 广域网单边加速的关键技术
典型的加速技术分为传输层加速与应用层加速两种。应用层的加速指对流媒体、WEB与E-Mail等具体应用的加速。传输层的加速包括拥塞避免, 队列控制与相关的智能加速。因为传输层加速具有良好的通用性, 本文只讨论该层的单边加速技术。
2.1 拥塞避免
单边加速重点研究的内容之一就是TCP拥塞避免机制。研究[1,2,3,4,5,6,7]表明, 针对不同的网络环境, 设计或选择一款好的拥塞避免算法, 可有效减少分组损失, 避免网络拥塞, 提升网络带宽的利用率。
常见用于宽带高延时网的拥塞避免算法有三种, 即:基于丢包 (Loss-based TCP) 、基于延迟 (Delaybased TCP) 与混合型 (Hybrid) 的拥塞避免算法。典型的丢包算法有TCP Reno[1]、TCP New Reno[2]、TCP CUBIC[3]等, 延时的算法有TCP Vegas[4]与FAST TCP[5], 混合型算法有复合TCP[6]与TCP Illinois[7]等。其中, 丢包算法中的TCP Reno与CUBIC是Linux的默认算法, 而混合型TCP[6]已部署在Windows Vista系统中。
基于丢包的拥塞算法以丢包为条件调整拥塞窗的大小。由于无线网络设备的移动存在多径干扰会丢包, 因此, 丢包算法不适宜用于无线网。研究表明[6]丢包算法要有好的效果, 需要一个大的拥塞窗与小的丢包概率, 而现今的广域网很难满足这两个要求, 因此, 单纯的丢包算法也不适宜用于广域网。
Vegas算法[4]将回路响应延时作为拥塞判断的依据, 它通过比较实际吞吐量来调整拥塞窗的大小, 避免一丢包就减小窗口的丢包算法的缺陷。它通过判断长的时延, 不等收到第三个重复ACK就重发数据包, 可改善网络带宽的利用率。Vegas算法如下:
(1) 期望吞吐量:Expected=cwnd/BaseRTT (BaseRTT:回路最小延时)
(2) 实际吞吐量:Avtual=cwnd/RTT (RTT:回路实际延时)
(3) 变量值:Diff= (Expected-Actual) ×BaseRTT
调整拥塞窗口:
公式 (1) 中α<β (α=1, β=3) 。Vegas的目标是要保持网上有α∼β的额外数据量。
研究表明Vegas算法比Reno算法能提高50%左右的吞吐量[4]。延迟算法对经常随机丢包的网络表现出更好的弹性与公平性。当然, 延时算法也存在一些缺点:
Vegas算法没有考虑路径更新的问题, BaseRTT会因路径变化而计算不准确, 影响拥塞判断的效果。
对非对称网络, 存在前向路径与返回路径的不对称问题, 延时算法可能会压制前向流量的性能发挥, 存在上行压死下行的现象。
Vegas采用主动拥塞避免机制, 在丢包前就减小拥塞窗口, Reno采用反应式拥塞控制机制, 在确认丢包后才减小窗口, 而延时增加不一定丢包, 两种协议共存Reno会窃取Vegas的带宽, 存在协议兼容性问题。
考虑到上述两种算法的优缺点, 有人提出在高延时网中采用丢包与延时的混合型算法, 如复合型TCP[6]与TCP Illinois[7]等。在复合TCP[6] (CTCP) 算法中, 它在标准TCP Reno中添加一个可扩展延时组件, 利用两个组件协调控制数据包的发送速率。CTCP算法如下:
发送窗:win=min (cwnd+dwnd, awnd) , (awnd:允许发送窗)
丢包的拥塞窗:cwnd=cwnd+1/ (cwnd+dwnd) (见TCP Reno[1])
延时拥塞窗:
公式 (2) 中, Diff用Vegas算法获得, γ是衡量延时判断变量Diff的阈值, ζ决定拥塞窗减小的速率, α、β和κ决定可扩展与响应的平稳性。
CTCP算法是将信息流分为两个流, 用两种拥塞协议通信。一个流受丢包的TCP控制, 另一个则受延时TCP控制。丢包控制的流可在标准的TCP流中获得竞争性的吞吐量, 延时控制的流在表现出良好拥塞瓶颈的适用性能。
CTCP算法的优点是可改善RTT公平性, 具有较好的带宽扩展性。缺点是变量Diff的阈值γ与其他的参数都不太好确定, 需要寻找好的自适应算法。
目前, 一些TCP拥塞避免算法在特定的应用环境下表现不错。但对新一代高带宽、高延时广域网而言, 其拥塞避免的能力仍有待改善, 具体说可做如下几方面的工作:
(1) 探索连接的有效性, 进一步提升网络连接的吞吐量。
(2) 研究不同RTT的竞争流协议的公平性。
(3) 研究相同路径不同的TCP竞争流的公平性。
(4) 采用预测的方法提高拥塞判断条件的有效性。
2.2 队列控制
广域网中的分组的丢失主要源于缓存溢出, 通常互联网的网关会因缓存溢出丢掉10%以上的数据包[9]。一个有效的拥塞控制方法是端到端的TCP拥塞控制, 但单纯的拥塞控制却不能执行流的隔离。通常端到端的拥塞控制能力依赖于源的协作, 而单边加速环境很难满足。因此, 作为中间件的单边加速设备缓存的队列离不开链路级的控制。一个好的队列控制机制, 可降低网络拥塞的程度, 缩短队列的延时, 减少丢包事件的发生。
一般链路的队列控制包括队列管理与队列调度。队列管理是为到达的分组分配存储空间, 在通过选择丢弃分组来控制队列的长度。队列调度是按一定的标准或策略确定各个流的带宽, 并在等待服务的队列中选择分组输出到链路中去。队列调度算法性能的好坏直接影响到网络的带宽分配、延时和抖动等QoS性能指标的高低。
(1) 队列管理
传统的队列管理有拥塞才反应的“被动队列管理” (PQM) 。如:队列满时丢弃随后分组的“尾部丢弃” (Drop-tail) 管理, 队列满时丢弃前端分组的触发管理 (Drop-from-front) , 与队列满时随机丢弃 (Random drop) 管理等。前者存在“死锁”、“满队列”、“全局同步”缺陷, 触发管理能防止流隔离产生的不公平性, 而后者则可改善后启动连接的公平性, 提高长RTT流的吞吐量。
常用的队列管理技术是预见性的“主动队列管理” (AQM) , 它除了使用分组丢弃, 还使用分组标记来通知源端降低速率。典型AQM算法是用平均队列管理拥塞的RED, 它能够克服网关偏袒突发业务而造成的不公平性。RED算法如下:
其中, Wq是权值, 它相当于低通滤波器的时间常数;q是当前队列长度。该算法通过平均队列反映拥塞情况。由平均队列可算出丢包概率:
这里, count是介入队列包的数量。若avg Q
RED的改良算法有:Stabilized RED[10], Flow RED[11], AVQ[12]等。SRED针对RED队长波动的特点, 通过估计流的个数来调整报文标记和丢失概率, 它可鉴别非友好流, 不受活跃流数量的影响, 能较好地保持FIFO队列长度的稳定。SRED的不足是缺乏限制恶意流的机制。FRED则为解决RED流的公平性而设计, 其优点是能有效的鉴别与限制非自适应流, 保护脆弱的流。缺点是计算量大, 需维持庞大流的状态表。自适应虚拟队列AVQ以输出链路的带宽利用率作为首要控制目标, 采用实际队列与虚拟队列对比的方法判断拥塞, 透过自适应参数来控制输出链路的带宽, 保证网络带宽的利用率。
主动队列管理技术是近期端到端链路拥塞控制研究的热点。它的设计目标是避免全局同步, 消除对突发流的歧视, 减少分组丢弃, 实现低延迟交互服务。
(2) 队列调度
分组调度算法也是近来链路控制的研究热点, 至今发现的调度算法不下数十种。考虑到单边加速设备性能的限制, 要求队列调度算法在保证提供精确的带宽保证和最大时延上限的前提下, 越简单越好。因此, 可选用的算法不多。典型的队列调度算法有加权公平队列 (WFQ[14]) 、加权循环队列 (WRR[15]) 以及差额循环队列 (DRR) 等。
加权公平队列 (WFQ) 及其改进算法, 都基于通用处理机共享模型, 使用虚时间virtualtime) 进行数据包转发。WFQ算法在业务流受漏斗约束的情况下可提供精确的带宽和时延保证, 其数据包的转发不受其他业务流特性影响。它在对带宽的控制以及公平性方面有出色的表现。字加权循环算法 (DWRR) 是基于轮询的算法, 它结合了WRR算法的优点, 各业务流在一次轮询中所允许发送的数据包个数由队列权重决定, 它能够为不同的服务精确地分配带宽, 保证不同的服务类都能够得到公平的待遇。WFQ与DWRR缺点是实现起来较复杂。而差额循环调度算法DRR引入了差额计数器, 记录由数据包长度不同引起的服务量差, 通过量差来修改队列的服务间隔, 调整队列的速率。它解决了传统RR算法中由于变长分组带来队列间的不公平性。DRR的缺陷是不能很好地满足业务的时延特性。轮询类算法复杂度虽较低, 却无法提供确定的带宽保证和时延上限。
文献[13]中提出了的加权队列调度SPFQ算法, 由于采用了指数移动平均算法和阀值触发平均数据包长度更新, 使得服务概率计算量大幅降低。它依据各队列的服务概率进行数据包转发, 时延特性与对业务流的公平性都比较好, 且算法简单。该算法如下:
其中, 是当前包平均长度估值, 是更新后的估值;是当前被转发包长度。µ, ν是权重因子, 观测平均长度。假设有N个队列通过某节点转发数据包, 其中第i个队列的服务权重为wi (1≤i≤N) , 队列Q为空则不参与调度, 其服务概率为0, AQ (N) 表示N个队列中的有效队列, 则每个队列的服务概率为:
发生变化时, 服务概率计算器重新计算各业务流的服务概率, 并维护一个服务概率表供调度器使用。SPFQ算法依据各队列的服务概率调度规则进行数据包转发。
分组队列调度算法实现的基本功能是带宽分配、时延控制与相对优先级控制。好的调度算法应该对不同的业务流有良好的时延保证, 可为不同的业务流分配相对公平的链路带宽, 而且要求调度算法简单。
2.3 智能控制
智能控制的功能是采集和计算网络环境QoS预测值, 然后, 依据特征值对加速设备各部件、源与端设备实施控制。
(1) Qos测量
(1) 丢包预测
通常的丢包率指单位时间内的丢包与接收包和丢包数之和的比值。丢包有指数加权滑动平均和丢失间隔加权平均丢包率算法[16]。由下面的公式可计算丢包的预测值:
这里, l r (m) 是第m个探测周期的路径r平均丢包率, β是加权系数, n是探测周期数量, lprj是路径r的第j个预测周期的预测丢包率。
(2) 时延预测
端到端时延或时延抖动是重要的QoS参数, 准确地预测时延有助于优化实时应用、拥塞控制与控制系统的性能。考虑到处理速度, 可用低通滤波器来估计延时:
这里, Rttm为最近所测得的来回时间;Rtt n为上一探测包的平均RTT估值;β∈[0, 1]为滤波器的增益常量。
(3) 带宽测量
网络带宽测量分为主动测量与被动测量。主动测量通过向网络注入探测包, 完成端到端的带宽测量;被动测量则是通过捕获数据包的测量。主动测量灵活且测量精度高, 但需发送大量的探测报文, 会占用网络带宽。被动测量一般速度较慢, 需要专门的硬件。
带宽测量又分为双端测量与单端测量。单边加速可用单端测量工具Showneck[17], 它通过检测TTL到期返回的ICMP报文, 判断探测包途经链路背景流量大小, 计算可用带宽。该方法准确率较高, 对网络资源消耗小, 且性能优异。
(2) 智能控制
智能控制是控制理论发展的高级阶段, 它主要用来解决传统方法难以解决的复杂系统控制问题。近年来, 以模糊逻辑控制、神经网络控制、实时专家控制系统等为主要代表的智能控制理论和技术得到了很大的发展和应用, 可用网络环境QoS指标作为输入变量, 针对广域网加速存在的问题, 把智能控制技术引入到加速系统的分析和设计中来。
3 广域网单边加速的基本原理与系统架构
本节在简述广域网单边加速的基本原理基础上, 给出广域网单边加速的系统构架, 为进一步研究广域网单边加速技术奠定基础。
(1) 广域网单边加速的基本原理
单边加速主要解决长延的广域网丢包、抖动与连接的不稳定性问题。其加速原理是通过调整TCP协议栈参数, 如调整对端与源端双方发送窗口的大小, 防止中间网络过载。调整接收窗大小, 实现接收端流量控制。采用快速重传和选择性应答机制, 减少TCP应答在广域网中传输的次数。应用链路级的队列控制, 解决延时与丢包问题。
考虑到发送窗是取对端容许发送窗与拥塞窗的最小值, 要保证实际的发送窗不随意减小, 就要寻找一个好的拥塞避免算法, 维持一个大的拥塞窗。考虑到单边加速很难直接控制对端设备, 可采用网络探测技术发现网络的实际拥塞状况, 使发送窗不受对端容许发送窗大小的限制。可用诱导技术或者采用路径寻优技术, 获得好的发送条件, 保证连接对端的发送窗的大小不随意降低下来, 使网络维持一个较高数据发送水平。
队列的管理与监控是网络加速必须处理好的实际问题。前者为到达的队列分配存储空间, 并在适当的时候选择丢弃某些分组来控制队列的长度。后者则从所有等待服务的队列中, 按一定的标准选择分组输出到网络链路中去。选择好的队列管理机制可提高网络传输的效率。通常的队列机制可采用典型IP QoS的基于PHB (单个网络节点行为控制) 的流量控制体系结构, 对穿越本设备的数据包进行限制和整形。
流分类在广域网加速中也很重要, 它是队列建立的基础。依据流分类可以设定流的优先级, 在网络带宽资源紧张时, 可按优先级分配流量。流量监管是测量、标记与监督进入网络的某一流量的规模, 流量监管技术对保证IP网络中的QoS有很大的影响。
研究发现采用丢包与延时结合作为拥塞判断的条件效果比较好, 而用预测的方法可进一步提高拥塞判断的水平。用智能学习、自适应技术, 或者改变流量形状可直接控制或引导远端的发送行为, 间接参与应用层的流量控制。
广域网单边加速技术的核心是针对基于局域网设计的TCP/IP协议在广域网中应用存在的缺陷, 提出兼容TCP的改进算法, 引入现代智能控制技术实现网络加速。
(2) 广域网单边加速系统构成
广域网单边加速技术是最近几年才发展起来的新技术。较早发现的单边加速技术是一项由George Lee等人于2008年5月发表的美国发明专利[8]。该专利介绍了“一个用于网络通信加速的特定中间件”作为主机与客户端之间的路由“通用代理”设备, 采用FAST TCP技术[5], 给主机的应用加速。国内也有几家公司如华夏创新采用Zeta-TCP技术开发了类似的产品。典型单边加速系统框架见图1,
各部件功能如下:
(1) 分类器:根据包携带的信息判别流量的类型, 将其纳入不同流的队列。并根据CAR (Committed Access Rate) 采取不同的处理策略, 如对未授权分组的丢弃、重排与调度。
(2) 漏桶:设定漏桶 (缓存) 的规模, 限制数据在漏桶中漏出的速度, 从而控制数据注入到网络的速率, 平滑突发流量。
(3) 流量管理:测量、标记与监督进入网络的某一类流量的规模, 保证网络资源有效利用。
(4) 拥塞避免:通过对通信量的约束、调配实现拥塞控制。
(5) 队列控制:为到达的分组分配存储空间, 选择丢弃某些分组来控制队列的长度, 决定哪些流可占用队列;按一定的标准或策略在等待服务的队列中选择分组输出到网络链路中去。
4 结束语
本文从三方面介绍了广域网单边加速的基本原理和系统开发的一些关键件技术。研究发现可从如下几个方面进一步的探索和研究:
对TCP协议优化。包括源端TCP机制的约束性改进, 链路的队列控制技术的进一步的研究。
智能流量控制技术。包括:带宽精确侦测、丢包与时延预测、方向流量控制、智能
学习及自适应机制研究。
(3) 针对不同应用对象的单边加速技术的研究。
随着“云”技术的升温, 提高“云”体验, 解决局部“云”拥塞, “云”单边加速必将成为研究的热点。传感网与物联网在高层的信息交互正在统一到TCP上来, 将单边加速的研究成果移植到物联网或传感网, 对信息集聚部位的加速也具有非常重要的科学意义。
摘要：广域网普遍存在长延时、抖动和丢包等问题, 即使增加带宽也很难避免网速下降。对端的双边加速技术虽可提高广域网某些应用的速度, 但对广大的上网用户而言, 单边加速技术有更广阔的市场前景。介绍广域网单边加速系统开发涉及的TCP拥塞避免、队列控制与智能控制的关键技术, 提出单边加速系统构建方法与单边加速技术研究的方向。
医用直线加速器技术简述 篇6
目前,按产生射线能量,MLA可分为低能单光子(4~6m V)和高能双光子带电子线两大类。临床实践证明,约80%的深部肿瘤可以用6m V的X线进行治疗,现在绝大部分的医用电子直线加速器均包含这一能量。其它在临床上常用的中高能X线为10m V、15m V和18m V,如较深部位(腹部)需X射线16~18m V;对于比较表浅的肿瘤,有时也使用4~22Me V的电子束进行治疗。由于放射线不可避免地同时存在治疗和损伤作用,该类设备配置的需全面考虑以保证其射线范围、定位、强度和剂量精准,操控智能便捷,维护维修成本低,不仅关系到疾病的治疗效果和效率,而且关系人体正常组织器官健康甚至生命安全。
医用直线加速器的工作原理,如图1、图2。
1 医用直线加速器的核心硬件
1.1 为加速器提供电子束的电子枪
目前普遍采用的三级栅控电子枪比二级枪增加了一个控制极(栅极),通过其在阴极上加负电压,截止阴极发射,从而对电子注流进行控制。枪结构有一定的耐压强度,结构简单,易于加工、安装和检修,可单独从加速管上拆卸更换,使医用直线加速器的维修停机时间最短。
1.2 匹配加速电子的相位变化和速度的真空波导系统(即加速管)
根据微波在加速管中不同的工作方式分为行波和驻波加速管,二者区别见表1。
1.3 加速电子的高频功率源(即微波发生器)
大功率微波源分为磁控管和速调管两类,二者区别见表2。
1.4 将电子束引向最终治疗部位的磁场偏转系统
磁场偏转还可起到束留稳定控制器的作用,它分为90°和270°,二者区别见表3,电子线和X线出束原理见图3。
1.5 替代射野挡铅并可灵活调节进行调强治疗的多叶准直器(MLC)
由钨和钨合金制成的单个梯形截面叶片,目前多用20~60对叶片,叶片越薄适合度越好,但制作越难,造价越高,且故障率也越高。计算机控制的电动多叶准直器(MLC)在今天几乎成为加速器上的标准配置,用于生成临床所需的X线射束形状。使用MLC与使用挡铅块相比,可以大幅度地提高效率,是三维适形放射治疗和调强放射治疗的必备装置。当前多叶准直器在治疗平面投影的叶片宽度通常在10mm以内,宽度在5mm或更小时一般称为高精度MLC系统;总的叶片数量在27~80对之间,以40或60对比较常见。
多叶准直器可以是由加速器生产商提供并直接内置在加速器中,亦可以由第三方生产由用户安装在加速器的机头下方,称为外挂式MLC。一般内置式MLC效率较高、使用方便、通用性较强;后者通常可满足一些特殊可求,如较低的成本或特别高的精度或特别的治疗模式。现在临床上使用比较多的还是内置式MLC系统。
2 核心软件功能
2.1 调强放射治疗功能(IMRT)
本技术是随着计算机控制的电动多叶准直器和治疗计划系统的发展而得到广泛应用的一项放疗技术。IMRT可以对极不规则的肿瘤靶区进行高适形度的治疗,使得放疗的适用范围和治疗效果都得到了有效的提高。当前调强技术主要分为静态调强(step and shot)和动态调强(Sliding window)两种方式,这两种技术的差别主要表现在治疗所需的时间上,静态调强在给靶区投照2Gy剂量所需要的时间一般为15~40min,而动态调强照射同样的剂量所需的时间在10min以下。一般而言,调强放疗技术的治疗效果要优于常规的放疗技术,但其应用所需的技术力量和设备都较多,治疗时间也比较长。
2.2 电子射野影像系统
射野影像系统(Portal Imaging System)是在射束透过靶区后的出射方向采集影像的装置,早期系统为光激荧光板影像系统,现在通常为非单晶硅X线探测板系统,称为电子射野影像系统(Electronic Portal Imaging System,EPID)。可以用于治疗前的定位验证和治疗过程中的验证照相。既可用于位置验证,也可用更于剂量验证。电子射野影像系统可以为放疗计划提供最为直观的验证,以保障治疗的质量,同时使用EPID系统的效率较高通常只需要1~2min。
2.3 图像引导放疗技术
图像引导技术一直伴随着放射治疗的发展而不断进步,从广义上说,所有的影像设备(如CT、MRI、X线机)均可以用于确定肿瘤靶区和危及器官位置,也就是引导放射治疗。现在所说的图像引导放疗,一般指的是在治疗室采集病人影像并用于提高放疗精度的技术。以直观的影像证据确定了在放射治疗每次摆位时,肿瘤靶区误差的数值大小。在2002年、2003年和2008年,Varian、Elekta和Siemens公司分别发布了各自的加速器机载k V影像系统,可以在治疗时在治疗位置对病人采集X线透视和锥形束CT影像,如瓦里安的Trilogy、Clinac i X,Elekta的Axesse、Synergy、Synergy S和Siemens的Artist。
2.4 容积旋转调强技术
2008年以来,Varian、Elekta分别推出了Rapid Arc和VMAT的容积旋转调强技术,这一技术在做加速器出束时,同时进行机架旋转速度、多叶准直器形状、输出剂量率等多个设备参数,可以在2~3min内对靶区投照2Gy的剂量,并达到不低于调强治疗(IMRT)的剂量分布效果。从而极大地提高了高适形度放射治疗的速度,使得快速的调强治疗成为可能,同时也带动了大分割治疗的应用。
综上所述,就目前看来,影像引导放疗和快速容积旋转放疗技术代表着将来一定时期内的放疗发展。我们相信作为一种肿瘤学科的核心治疗设备,医用直线加速器的技术发展将决定着肿瘤攻克的进展,在不久的将来,使肿瘤疾病彻底攻克。
摘要：本文对医用直线加速器(LA)的技术参数进行了简介,供相关工作参考。
关键词：医用直线加速器,放射治疗,工作原理,技术参数
参考文献
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1960年:加速农业的技术改造 篇7
在大力倡导“科技兴国, 人才强国”的今天, 当记者翻开1960年的《农业机械》杂志时, 仍能深深地感受到这种思想的存在。任何时候, 人才和科技都是不会过时的话题, “科学技术是第一生产力”这句话无时无刻不在提醒着每一个时代的决策者们。
20世纪五六十年代, 由于受到当时国情的影响, 我国主要通过苏联援华建设项目和中苏科学技术合作等路径, 从苏联引进先进农业机械技术和现代化农具, 这在很大程度上提高了当时我国的农业机械化水平, 新式水稻收割机, 插秧机也不断问世, 但由于苏联式农具大都以大型设备为主, 操作较为复杂, 而在当时, 我国广大农村地区的农民受教育水平有限, 技术指导人员严重不足, 造成部分苏式农具在推广使用的过程中受到了严重的阻碍, 加之, 随着我国工业化、农业机械化进程改造的不断加快, 城市和乡村劳动力不足的现象日益突出, 加速农业技术改造, 将劳动生产率成倍的提高, 成为了当时我国人民面临最为迫切的重大任务。
为此, 农业机械部于1960年1月1日制定了《1960至1967年农机技术发展纲要》, 提出“加强企业技术改造, 发展现代化农机生产, 发展农机新产品”的总体方针。
《人民日报》也于1960年1月13日发表题为《农村工具改革的新发展》的社论, 号召“在全国范围内大力推广和改良工具, 促进农业技术的改造和农业生产的大发展, 要求在1960年的农业建设中, 把科学研究工作和人才队伍建设放在重要的位置, 力求更快、更好地发展新式农具, 为农业现代化建设添砖加瓦”。这从根本上确定了我国1960年的总体任务, 加速农业的技术改造, 培养农业机械科技人才成为了其中的重中之重。
“农业发展的根本出路在于机械化, 改良农具和推广半机械化农具, 是实现农业机械化的先行步骤, 而且是必须经过的步骤。”这是当时的农业机械部农具改良局局长宋维静在制定关于1960年农具改良运动任务时所作的讲话, 该讲话充分地揭示和分析了当时我国农业的发展状况, 指出我国农业存在着传统、半机械化与机械化农具“三足鼎立”的局面, 在实际生产中, 如何正确把握三者之间的关系, 显得尤为重要。
1960年, 毛主席在谈到关于机械化与半机械化的关系时, 首次提出“土洋并举、大中小并”的改革方针, 要求将新技术、新机器、高标准的产品与传统农具相结合, 创造性地解决生产上的问题, 为当时我国农业技术改造指明了方向。
在这场全国范围内的农业技术改造运动之中, 农业机械部于1960年上半年, 先后在北京召开了两次全国农业机械系统的基建厂长会议, 来自全国各地的代表们积极讨论, 踊跃发言, 提出了必须抓紧计划与组织工作、设计工作同时进行的总方针。
经过讨论, 第一次会议主要确定了我国农业机械工业从设计、施工、生产准备, 一直到投入生产, 都要采取边基建、边试制、边生产平行交叉相结合的“三边”方法, 在随后召开的第二次会议中又确定了“需要深入到最基层, 总结农具改良的成就, 考察农村发展的实际情况, 从而找到适合我国农业机械化发展的道路”的发展路线。
与此同时, 随着国家对人才培养的重视, 农业机械科学的人员队伍不断发展壮大, 越来越多的人投入到了农机事业中来, 很多的农民和工人也表现出了浓厚的兴趣, 为此, 1960年年初, 农业机械部党组制定了《加速培养全国农业机械工业系统技术队伍》的规划, 提出在培训工作上采取两条腿走路的方针, 要求在全国范围内实行中央与地方办校同时并举, 正规教育与业余教育并举, 长期与短期速成并举, 实现工厂企业、科研、机关大家动手办学校。
当时的东北农学院教务长余友泰提出了“提高教育质量, 加速农业技术改造”的主张, 邢台工业专科学校提出了“抓紧思想建设是办好学校的关键”的思想, 山西省晋南农业机械学校发表了《白手起家办学校》的文章, 纷纷宣传自己的办学宗旨, 意在吸引更多的优秀人才, 培养更多的优秀人才。为方便全国各地基层群众认识和了解, 1960年的《农业机械》杂志更是花了大部分版面对此进行介绍。
1960年4月11日, 全国人大二次会议在北京胜利召开, 当时的农业机械部部长陈正人在会议上作了题为《加速实现农业技术改造》的发言, 指明“由于农业机械工业的服务面是全国的广大农村, 产品繁多, 地区适应性强, 这就决定了农业机械工业建设的分散性、广泛性和适应性, 因此, 加速农业的技术改造, 是我国社会主义建设现阶段的迫切要求。”进一步明确了现阶段我国农业机械化发展的主要问题, 找到适合、切合实际的农具改良之路至关重要。
1960年5月29日, 农业机械部又在上海召开了全国机械工业技术革新、技术革命现场会议, 陈正人部长在那次会议上作了题为《更广泛、更深入、更持久地开展技术革新技术革命运动, 为加速实现我国农业机械化而斗争》的报告, 指出:“实行农业的技术改造, 实现农业的现代化, 是把我国建设成为一个强大的社会主义国家的基本任务之一。”
随着国家对农业技术改造的大力支持, 越来越多的工人和农民加入到了技术改造的队伍之中, 不仅通过学习努力提升自己的专业实力, 同时也对当时的农业机械化发展现状积极进言献策, 主要提出了有关我国农业技术改造的以下4点意见。一是农业机械科学研究工作, 一定要面向生产, 结合实际, 因地制宜, 产品设计必须适应我国现有的资源情况。二是大力开展原材料的节约代用工作, 发展多种经营, 大搞资源的综合利用。三是大力发展科学、技术研究的群众工作, 加速培养和壮大农业机械的科学技术队伍, 更广泛更深入地开展5亿农民的农具工具改良运动。四是农业机械科学技术力量的安排和研究课题的选择, 应当掌握重点, 明确中心。
进入1960年以后, 我国大部分地区降雨偏少, 特别是部分小麦地区干旱严重, 全国粮食产量大幅下降, 我国承受了建国以来最为严重的自然灾害, 支援抗旱成为了当时阶段农业机械战线上的中心任务, 为保证夏季粮食大丰收, 全国各地各行各业, 均积极地投入到这场斗争之中, 河南、山东、湖北、云南、安徽、广东、山西、河北等11个省先后成立了抗旱机构, 分别召开电话会议, 组织生产竞赛活动, 旨在加紧修造排灌机械, 缓解农业生产压力。
1960年7月, 《人民日报》先后于17日、23日发表关于工商业大力支援农业技术改造的文章, 指出:“工业支援农业, 城市支援农业, 不只是发展农业的要求, 也是发展工业、交通运输业及其他经济事业的要求。”为此, 全国工商业有关部门也纷纷响应号召, 与机械、化工等部门密切配合, 及时地成套地供应和修配农业排灌机械, 掀起了一个工业支援农业的高潮。
在过去的几年间, 由于部分生产企业过分追求产值, 使自己陷入了重产值而不重配件生产的错误之中, 相关农业设备的零件存在严重短缺, 使农机设备不能得到及时、有效地维修, 针对以上现象, 中共中央于1960年10月5日批转了农业机械部党组《关于农业机械配件生产情况和意见的报告》, 提出要划一批专门生产农机配件的专业工厂, 把配件工作作为完成计划的重要任务, 扭转现在重产值不重配件的生产性错误局面。
临近1960年年末, 农业机械部于11月中旬在北京召开了第3次全国农业机械厅局长会议, 那次会议主要总结和反思了1960年我国农具改革运动中所存在的问题, 并根据“调整、巩固、充实、提高”的方针, 制定了1961年的生产和建设计划, 强调“小农具第一, 维修第一, 补齐配套第一”。