Прохождение через септу
Проблема прохождения излучения через септу коллиматоров является важной клинически и трудной в решении. Впервые она была исследована еще в 1957 г. в работе [5], но до сих пор остается актуальной.
В предыдущих разделах различные характеристики коллиматоров оценивались из простого геометрического анализа в предположении немедленного поглощения фотонов после их попадания в септу (материал) коллиматора. Однако ослабление фотонов в средах происходит по экспоненциальному закону, поэтому часть фотонов, падающих на коллиматор, достигает кристалла детектора. При низких энергиях вклад таких фотонов в изображение пренебрежимо мал, но при высоких энергиях (> 200 кэВ) он может представлять серьезную проблему.
Наиболее очевидный эффект, создаваемый такими фотонами, заключается в появлении звездоподобных структур в изображении (рис. 4.7). Этот эффект возникает, потому что фотоны проходят через септу преимущественно по кратчайшим расстояниям, т.е. по направлениям, близким к нормальному падению на фронтальную поверхность коллиматора.
Прохождение фотонов через септу создает, кроме того, диффузный фон в изображении, уменьшая тем самым контрастность изображения.
Рис. 4.7. Иллюстрация эффекта влияния на PSRF фотонов, проходящих через материал коллиматора. Три изображения сделаны с точечным (диаметр < 2 мм) высокоэнергетическим источником: А – источник 68Ga (эмиссия позитронов с последующим образованием 511-кэВ фотонов), размещенный на лицевой стороне коллиматора (F = 0) с высоким разрешением для 99mTc; B – источник 131I (основная эмиссия 364-кэВ фотоны) в той же позиции того же коллиматора; С – источник тот же 131I, но высокоэнергетический коллиматор [1]
Точное экспериментальное определение эффекта прохождения является затруднительным. В литературе было предложено несколько способов приближенного определения доли фотонов, прошедших через септу, и продолжительное время велись энергичные споры относительно приемлемого уровня этой доли. В конце концов, согласились, что терпимой является доля, равная 0,05.
В последние два десятилетия ситуация изменилась. Появился ряд компьютерных программ для лучевого анализа траекторий (определение длины пути фотонов в веществе в зависимости от направления их движения и геометрии системы). С помощью этих программ было существенно точнее определено влияние прохождение фотонов через септу на PSRF.
Еще более значимый прогресс в этом направлении был достигнут после разработки программ моделирования прохождения фотонов через коллиматор с помощью метода Монте-Карло. Применение метода Монте-Карло позволило дополнительно оценить также вклад в изображение рассеянного и флуоресцентного излучений. Эти детальные расчеты показали, что суммарное влияние эффектов, связанных с прохождением излучения через септу, рассеянием излучения и образованием флуоресцентного излучения, не так драматично, как предполагали некоторые исследователи. В результате сейчас приемлемой величиной для вклада этих компонентов в суммарный поток излучения, падающего на кристалл, считается значение, равное 0,2.
На основе результатов, полученных в подобных расчетах, в работе [6] была предложена эмпирическая формула для допустимого порога прохождения фотонов через септу. Этот критерий устанавливает, что проектируемый коллиматор будет иметь приемлемый низкий уровень прохождения, если выполняется следующее неравенство:
(4.9)
где P – безразмерная константа (≈ 12), которая зависит от формы отверстия и конфигурации решетки.
Для гексагональных отверстий критерий (4.9) принимает вид
(4.10)