Параметры конструкции коллиматоров
Общее рассмотрение
Коллиматор выполняет важнейшую функцию локализации р/н в пациенте, фокусируя γ-излучение, выходящее из его тела. Фокусирование падающего излучения коллиматор реализует через его поглощение. В основе механизма, таким образом, лежит простая геометрия. Идеальный коллиматор пропускает падающий фотон, если только его траектория проходит целиком внутри каналов коллиматора. Если же фотон падает на поглощающий материал стенок, называемый септой, или на верхнюю часть септы (поверхность между отверстиями каналов), то в идеальном коллиматоре он должен немедленно поглощаться, не давая никакого вклада в изображение. Следовательно, ответ на вопрос, пройдет конкретный фотон через коллиматор или поглотится, зависит геометрии траектории фотона.
Чтобы пройти через коллиматор, фотон должен иметь направление движения, находящееся в пределах небольшого телесного угла. При отсутствии рассеяния в теле пациента фотон распространяется по прямой линии от точки эмиссии до точки детектирования в кристалле гамма-камеры. Таким образом, коллиматор накладывает сильную корреляцию между позицией в изображении и точкой образования фотона внутри пациента. В силу ограничения допустимых направлений распространения фотонов до пределов малого телесного угла, б'ольшая часть фотонов поглощается в материале коллиматора. В типичном варианте только 0,01 % испускаемых фотонов попадает через каналы коллиматора в кристалл камеры. Поэтому даже небольшое усовершенствование в конструкции коллиматора может существенно повлиять на статистику регистрируемых событий.
Параметры, определяющие конструкцию коллиматора, можно разделить на три группы [1]. К первой группе относятся параметры, которые не могут быть изменены и определяются фундаментальными свойствами системы визуализации. Во вторую группу входят параметры, определяющие основные характеристики коллиматоров. Эти параметры в определенных пределах, не нарушая общей концепции конструкции коллиматора, допустимо варьировать. Третья группа состоит из простых геометрических размеров каналов, которые подстраиваются производителями для тонкой регулировки.
Системные параметры
Хотя параметры первой группы изменению не подлежат, тем не менее, коллиматор должен проектироваться так, чтобы компенсировать часть этих факторов. Известный пример – выбор р/н. Радиофарпрепараты, применяемые в ЯМ, по разным причинам связываются сегодня с широким набором р/н, каждый из которых имеет свой энергетический спектр испускаемого γ-излучения. Так как проникновение через септу коллиматора очень существенно зависит от энергии фотонов, то это, в свою очередь, влияет на свойства изображения. В результате клиники обычно обеспечиваются набором коллиматоров для разных энергетических диапазонов.
Другой параметр, влияющий на конструкцию коллиматора, – это собственное (внутреннее) разрешение камеры. Оно сложным образом зависит от толщины детектора и электроники камеры. В типичном варианте собственное разрешение, измеряемое как FWHM, находится в интервале 3 – 4 мм. Если коллиматор спроектировать с разрешением лучшим, чем собственное разрешение системы, то это будет бесполезной потерей части отсчетов камеры.
Еще один фактор первой группы – расстояние (зазор) B между задней поверхностью коллиматора и плоскостью изображения внутри кристалла детектора (рис. 4.1). Типичный зазор составляет 4 мм, он необходим, чтобы обеспечить безопасность кристалла особенно во время ротации. Еще несколько (~3) миллиметров добавляется для учета расстояния, которое фотон в среднем проходит в кристалле перед взаимодействием, так что полная величина B ≈ 7 мм.
Рис. 4.1. Основные параметры геометрии коллиматора с параллельными каналами при визуализации точечного источника [1]
Существенно влияют на конструкцию и параметры коллиматора (особенно на разрешение коллиматора) среднее расстояние (F) между источником и фронтом (передней поверхностью) коллиматора. При клиническом применении обычно F ≈ 10 ÷ ÷ 20 см. Если источник находится на расстоянии, меньшем чем толщина коллиматора, появляется неоднородность в чувствительности.
Ограничения на конструкцию накладывает также допустимая доза для пациента при проведении процедуры. Если допустима высокая доза, то чувствительность коллиматора не имеет значения. В противном случае ситуация меняется.