К числу невизуализирующих приборов относятся и приборы для интраоперационной радиометрии. Они имеют зондовые сцинтилляционные или полупроводниковые детекторы г-излучения. Их используют для определения локализации и оценки уровня мелкодисперсного 99mТс-коллоида в "сторожевых" лимфатических узлах. По результатам интраоперационной радиометрии решается вопрос о необходимости хирургического удаления лимфоузлов, пораженных опухолевым процессом, или проведении их прицельной пункционной биопсии.
Визуализация распределения в теле радиофармпрепаратов осуществляется с помощью гамма-камер или с помощью установок для однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ), или с помощью позитронных компьютерных томографов (ПЭТ).
Позиционно-чувствительные детекторы г-квантов, как правило, позволяют определять координаты и энергию падающего на элемент детектора г-кванта. Обычно применяются сцинтилляционные детекторы, полезная площадь которых может достигать 50x200 см.
Основные их характеристики и показатели: чувствительность; пространственное энергетическое разрешение; характеристика скорости счета; однородность и линейность изображения. Сцинтилляционные детекторы обеспечивают высокую эффективность регистрации, большое быстродействие, большую площадь регистрации, хорошее энергетическое и пространственное разрешение. Принцип действия гамма-камеры поясняется рисунком 1.
1 - коллиматор; 2 - сцинтилляционный кристалл; 3 - световод;
- фотоэлектронные умножители; 5 - усилители заряда; 6 - сумматор;7 - устройство выделения сигналов; 8 - устройство визуализации
Рисунок 1 – Упрощенная структура і-камеры
Радиофармопрепарат распределяется по телу пациента в зависимости от свойств соответствующих органов. Испускаемые им г-кванты через коллиматор 1 попадают на сцинтилляционный детектор 2. При этом возникают световые вспышки, интенсивность которых статистически зависит от энергии г-кванта. В результате трехмерное распределение в теле радиофармопрепарата преобразуется в двухмерное распределение свечения кристалла оцинтиллятора. Под воздействием квантов света на выходах фотоумножителей 4 появляются электрические импульсы, значения которых тем больше, чем ближе к точке сцинтилляции расположен конкретный ФЭУ.
Сигналы электронных фотоумножителей усиливаются зарядно-чувствительными усилителями 5 (усилителями заряда). Их выходные сигналы суммируются с одинаковыми весами в сумматоре 6. При этом получают сигнал,
который характеризует интегральную энергию зарегистрированного излучения.
Энергетический сигнал используется для амплитудного анализа импульсов с ФЭУ, обеспечивая пропускание их только в том случае, если их значение лежит в пределах "окна" анализатора, т. е. между верхним и нижним уровнями, заданными энергетическим сигналом сумматора 6. "Окно" анализатора предварительно настраивается по максимальному значению излучения, характеризующего используемый радионуклид, т. е. настраивается, исходя из фотопика гамма-спектра [4]. При настройке детектора индивидуальной регулировкой чувствительности каждого из ФЭУ добиваются независимости энергетического сигнала от местоположения точки сцинтилляции.
Для уменьшения влияния флуктуации сигналов фотоэлектронных умножителей их значения делятся на суммарный сигнал, исходя из которого формируется энергетическое окно пропускания. Эти процессы выполняются в устройстве выделения сигналов 7. Полученные таким образом сигналы используются для визуализации изображения в устройстве 8. В современных гамма-камерах для этих целей применяются цифровые устройства с цифровым графическим дисплеем. В них преобразование аналогового сигнала в цифровой происходит на выходе усилителей. Все операции над сигналами ведутся в цифровой форме: суммирование сигналов; деление координатных сигналов на энергетический сигнал; амплитудная селекция сигналов; коррекция неоднородности и нелинейности [3].
Помимо основных элементов в комплект гамма-камер входят: кровать-каталка для укладки пациента, видеомонитор - для контроля правильности укладки, вспомогательные приспособления. Гамма-камеры для визуализации всего тела пациента снабжены устройством перемещения изображения вдоль матрицы, на которую осуществляется его регистрация. В ряде конструкций пациент перемещается относительно блока неподвижных детекторов с помощью специального стола.
Детекторы для радионуклидной диагностики
Чтобы зарегистрировать излучение радионуклидных превращений, внутри чувствительного объема детектора должны быть сформированы ионизированные или возбужденные атомы. г-излучение регистрируется по заряженным частицам, возникающим при взаимодействии фотонов с веществом детектора либо с окружающими его материалами. Ионизация и возбуждение лежат в основе работы большинства детекторов, используемых в медицине. При выполнении детекторов стремятся обеспечить минимальное взаимодействие фотонов с веществом до попадания в детектор и большую вероятность взаимодействия при попадании в него. Для создания детекторов чаще всего применяются:
- газонаполненные ионизационные камеры;
- полупроводниковые детекторы;
- сцинтилляционные детекторы.
Газонаполненные ионизационные камеры являются наиболее дешевыми и простыми. Они содержат два электрода, находящиеся в газовой среде. К электродам подключен внешний источник напряжения. Когда частицы, вызывающие ионизацию газа, попадают в газовую среду между электродами, возникает импульс электрического тока. Регистрируя их, можно оценить количество частиц, вызвавших процессы ионизации газа. Газонаполненные камеры в медицине используются для регистрации относительно больших активностей, например, для контроля поставляемых радиоактивных препаратов. Работающий при более высоких напряжениях счетчик Гейгера-Мюллера используется в индивидуальной дозиметрии. Он позволяет эффективно регистрировать г - и в-излучения.
Созданы и выпускаются камеры в виде игл и зондов (СБМ-9, -11, -12), предназначенные для медицинской диагностики, а также высокочувствительные камеры, в которых активная поверхность электродов
доведена до нескольких метров, торцевые счетчики Гейгера с толщиной окна в 4-5 мкм и. большим числом анодов и др. Газонаполненные камеры ограниченно применяются в качестве детекторов радиоактивного излучения.
Полупроводниковые детекторы могут выполняться из кремния или германия. В основе их работы лежит изменение электропроводности при воздействии квантом ионизирующего излучения. Но кремниевые детекторы мало пригодны для регистрации г-излучения из-за небольшого атомного номера кремния, а германиевые детекторы, имеющие существенные преимущества по многим параметрам, требуемую разрешающую способность по энергии обеспечивают при температуре жидкого азота.
В настоящее время разработаны твердотельные детекторы г-излучения, работающие при комнатной температуре. В них использована комбинация кадмия (Cd), цинка (Zn) и теллура (Тl) (CZT-детектор). Они имеют хорошее энергетическое разрешение, высокую эффективность регистрации, высокую временную и температурную стабильности, хорошее соотношение "сигнал-шум", высокую эффективность регистрации в диапазоне энергий до 511 кэВ, приемлемую стоимость. Отдельные CZT-кристаллы небольшого размера (3x3 мм) собирают в плотные сборки. При этом получаются позиционно чувствительные детекторы г-излучения. Известны коммерчески значимые реализации гамма-камеры с детектором на основе CZT-кристалла (фирма Digirad) [3].
Сцинтилляционные детекторы являются распространенными. К числу их достоинств относятся: высокая плотность вещества в чувствительном объеме детектора, что обеспечивает высокую эффективность взаимодействия с ним квантов излучения; умеренная стоимость; небольшое время реакции на частицу или квант, вызвавших сцинтилляцию; возможность выбора требуемых размеров и свойств сцинтиллятора.
Работа таких детекторов основана на том, что при поглощении энергии ионизирующего излучения в ряде веществ возникает слабая вспышка видимого
света. Ее появление обусловлено процессом возбуждения атомов вещества (люминесценция). Интенсивность свечения пропорциональна энергии, поглощенной материалом сцинтиллятора. По существу, в сцинтилляционных детекторах используется свойство отдельных материалов преобразовывать в видимый свет энергию падающего на них радиоактивного излучения. Поэтому их следует рассматривать как преобразователи спектра излучений. Широкое распространение сцинтилляционных детекторов обусловлено тем, что видимое излучение (оптического диапазона частот) хорошо регистрируется с помощью фотоумножителей и полупроводниковых фотодиодов и фототранзисторов, в то время как высокоэффективные дешевые, надежные, имеющие большой ресурс работы и нужные технические характеристики преобразователи радиоактивных излучений в электрические сигналы пока не созданы.
Вещество, которое используется в качестве сцинтиллятора, должно быть хорошим поглотителем излучения. Интенсивность испускаемого им света должна быть пропорциональна поглощенной энергии в широком диапазоне ее значений. Сцинтиллятор должен быть прозрачен для испускаемого им света так, чтобы в нем поглощалась только небольшая часть светового излучения. Длина волны, излучаемая им, должна совпадать с максимум чувствительности фотоприемника.
Известны органические и неорганические сцинтилляторы. У органических сцинтилляторов можно получить короткое время высвечивается (менее 10 нс), высокий световой выход сцинтилляции, малую зависимость коэффициента поглощенной энергии в свет от внешних условий. Возможно их изготовление любой формы, с большой площадью поверхности. Они могут быть твердотельными (пластическими) или жидкостными. В твердотельных сцинтилляторах используется полистирол с добавками. Жидкостные выполняют на основе растворителей толуола, ксилола, бензола с удаленным из них кислородом.
Неорганические сцинтилляторы выполняют на основе соединений
CaWC4, ZnW04, Lil(Eu), BaF2 и др. Но наиболее часто используются кристаллы Nal(Tl). В скобках – малые добавки (0,1-0,5%), введение которых улучшает характеристики сцинтилляторов.
Для четкого выделения зон, из которых идет излучение, используются специальные коллимирующие устройства или коллиматоры. Они выполняются разной формы и с разными геометрическими параметрами. Наиболее часто применяют плоскопараллельные коллиматоры. В них каналы выполнены в форме отверстий, расположенных по линии. Толщины перегородок (септы) между линиями и их количество проектируется исходя из энергии г-квантов. Низкоэнергетические коллиматоры имеют тонкую септу и большое количество отверстий (до нескольких тысяч). Чем больше толщина коллиматора, тем ниже уровень измерения на его выходе, но лучше пространственное разрешение. Некоторые из известных конструкций коллиматоров, предназначенных для использования в г-камерах, приведены на рисунке 2. Коллиматоры с параллельно расположенными каналами (рис. 2,а) относятся к числу наиболее распространенных. Дивиргентные коллиматоры, имеющие расходящиеся от детектора каналы (рис. 2,б), применяются при необходимости исследовать протяженные объекты. Пинхольный (рис.2,в) и конвергентный (рис. 2,г) коллиматоры используются при исследованиях малоразмерных объектов. Причем пинхольный - есть частный случай конвергентного. В нем имеется один канал, сходящийся к источнику излучения. В качестве материала коллиматоров используется свинец или другие материалы, в которых радиоактивное излучение быстро затухает. Благодаря его наличию детекторами регистрируется только то излучение объекта, которое прошло через отверстия или каналы коллиматора.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
