Добавил:
Sekretar
kiopkiopkiop18@yandex.ru
t.me/Prokururor I Вовсе не секретарь, но почту проверяю
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Ординатура / Хирургия / Библиотека им академика М.И. Перельмана / Книга_148_библиотеки_им_акад_М_И_Перельмана
.pdf
ρ
(г/см3)
Z
эфф
E
g
(эВ)
Wa
(эВ)
Подвижность
(см
2
/В·)
Подвижность ×
время жизни (см2/В)
μe
μh
μeτe
μhτh
Si (300 K)
2,3
14
1,12
3,6
1 350
480
>1
~1
Si (77 K)
1,16
3,8
21 000
11 000
>1
>1
Ge (77 K)
5,3
32
0,72
3,0
36 000
42 000
>1
>1
CdTe (300 K)
6,2
50
1,44
4,7
1 100
80
3·10–3
2·10–4
Cd
0,8Zn0,2
Te
(CZT-300 K)
~6
50
1,5–2,2
~5
1 350
120
4·10–3
1·10–4
HgI2 (300 K)
6,4
69
2,13
4,2
70 4 5·10–3
3·10–5
https://t.me/med1917
полученные собирающие электроды. Длина пути, который может пройти
носитель заряда за свое время жизни, определяется следующим образом:
Если это время не превышает глубину детектора, носители заряда
будут потеряны.
6.3.2. Полупроводниковые детекторы
Некоторые свойства полупроводниковых детекторных материалов,
имеющих отношение к ядерной медицине, а именно: плотность ρ, эффективный
атомный номер для фотоэлектрического эффекта Z
подвижности µ
и произведения подвижностей, а также время жизни носителей
e,h
, значение E
eff
и W,
gap
заряда представлены в таблице 6.2.
Кремний представляет интерес прежде всего для (позиционночувствительного) обнаружения рентгеновских лучей низких энергий, β-частиц и
световых квантов. Последние обсуждаются в Разделе 6.4.2.2.
ТАБЛИЦА 6.2. СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ДЕТЕКТОРОВ
a
См. раздел 6.1.4.2.
Для регистрации рентгеновских лучей в диапазоне от ~300 эВ до 60 кэВ
используются планарные круговые дрейфовые p-i-n детекторы на основе Li обозначаются Si(Li) – коммерчески доступны с толщиной до 5 мм. Диаметры
находятся в диапазоне 4–20 мм. Для типичных напряженностей поля ~1000 В/см
время дрейфа до электродов составляет порядка десятков наносекунд.
Энергетическое разрешение (FWHM) при 5,9 кэВ составляет ~130–220 эВ, если
работает при температуре 77 К. Коммерчески доступны позиционночувствительные кремниевые детекторы с большим разнообразием пиксельных
структур. Кремниевые детекторы также используются в персональных дозиметрах.
197
https://t.me/med1917
Германий, обладающий более высокой плотностью и атомным номером,
является основным материалом для спектроскопии γ-лучей высокого
разрешения. Детекторы изготавливаются из высокочистого материала.
Детекторы большого объема изготавливаются из цилиндрических кристаллов с
удаленной сердцевиной (коаксиальная геометрия). Используется высокочистый
n-тип или p-тип с соответствующими контактами перехода снаружи и
блокирующими контактами внутри. Германиевые детекторы работают при
температуре 77 К. Цилиндрические детекторы диаметром ~10 см и высотой ~10
см. Время дрейфа до электродов может достигать ~100 нс. Типичное
энергетическое разрешение составляет ~1 кэВ при энергии γ-лучей 122 кэВ и ~2
кэВ при энергии 1332 кэВ.
Теллурид кадмия (CdTe) и теллурид кадмия-цинка (CZT) представляют
интерес потому, что их атомный номер значительно выше, чем у германия,
поскольку их атомный номер значительно выше, чем у германия, а работа при
комнатной температуре возможна благодаря более широкой полосе
пропускания. Используется материал n-типа или p-типа высокой чистоты.
Энергетическое разрешение хуже, чем у Ge-детекторов, например, 2,5 % FWHM
при 662 кэВ. Это связано в первую очередь с относительно коротким временем
жизни дырок, что приводит к неполному сбору заряда. Используются методы
электронной коррекции и/или детекторы со специальной конфигурацией
электродов (маленькие пиксели или решетки), чтобы наблюдать только
электронный сигнал. Размеры детекторов достигают примерно 25 мм × 25 мм ×
10 мм. Имеются детекторы размером 25 мм × 25 мм × 5 мм с 16 пикселями × 16
пикселей. Такие детекторы используются, например, для инноваций в ОФЭКТ.
В принципе, HgI2 (йодид ртути) является привлекательным материалом для
эффективного обнаружения γ-лучей благодаря большой плотности и высокому
атомному номеру. Благодаря относительно большой полосе пропускания
возможна работа при комнатной температуре. Однако подвижность низкая, а сбор
заряда, в частности дырок, плохой. Следовательно, применение ограничено
толщиной детектора ≤ 10 мм. Напряженность поля составляет 2500 В/см, и, как и
в случае CdTe и CZT, используются методы, позволяющие наблюдать только
электронный сигнал. Площадь детекторов достигает ~30 мм × 30 мм.
6.4. СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ ДЕТЕКТОРЫ И НАКОПИТЕЛЬНЫЕ
ЛЮМИНОФОРЫ
6.4.1. Основные принципы
Сцинтилляция материала — это быстрое испускание света при
взаимодействии с излучением. В ядерной медицине наиболее важны
неорганические ионные кристаллы. Они сочетают высокую плотность и
атомный номер с быстрым откликом и высоким световыходом, и из них
можно выращивать большие кристаллы. Эти кристаллы служат основой для
обнаружения рентгеновских и γ-лучей. Другую группу составляют
органические сцинтилляторы – кристаллы, пластики и жидкости, которые
198
https://t.me/med1917
имеют низкую плотность и атомный номер и представляют интерес в первую
очередь для подсчета β-частиц. В некоторых неорганических
сцинтилляторных материалах возникают метастабильные состояния
(ловушки), которые могут существовать от миллисекунд до месяцев. Такие
материалы называются запоминающими люминофорами. Сцинтилляторы и
люминофоры рассматриваются далее в этом разделе. Однако, поскольку
обнаружение света имеет первостепенное значение, сначала будут
представлены датчики света.
6.4.2. Датчики освещенности
6.4.2.1. Фотоэлектронные умножители
Схема сцинтилляционного детектора показана на рис. 6.4 (a).
Сцинтилляционный кристалл соединен с ПМТ. Внутри входного окна
эвакуированного стеклянного колпака находится фотокатод, который
преобразует фотоны в электроны. Фотокатод состоит из тонкого слоя щелочных
материалов с очень низкой рабочей функцией, например, двухщелочного
K2CsSb, многощелочного Na2KSb:Cs или материал с отрицательным сродством
к электрону (NEA), например GaAs:Cs,O. Эффективность преобразования
фотокатода η, называемая квантовой эффективностью, сильно зависит от длины
волны (см. рис. 6.5). При 400 нм η = 25–40 %. На испускаемые электроны
фокусируются на первый динод с помощью электродной структуры.
Приложенное напряжение находится в диапазоне 200–500 В, а эффективность
сбора α ≈ 95 %. Типичными материалами для динодов являются BeO-Cu, Cs3Sb
и GaP:Cs. Последний является материалом NEA. Если электрон попадает на
динод, электроны высвобождаются в результате вторичной эмиссии. Эти
электроны фокусируются на следующий на следующий динод и испускают
вторичные электроны и т.д. Число динодов n находится в диапазоне 8–12. Сигнал
поступает с последнего электрода — анода. При междинодном напряжении
~100 В коэффициент умножения на динод δ ≈ 5. Как правило, для первого
динода применяется более высокий коэффициент умножения, например, δ1 ≥ 10,
чтобы улучшить разрешение одноэлектронного импульса и, следовательно,
отношение сигнал/шум. Начиная с N фотонов в сцинтилляторе и предполагая
полный сбор света на фотокатоде, число электронов Nэл на аноде определяется
следующим образом:
Прибыль от 106 –107 получены. Отрицательное высокое напряжение (1000–
2000 В) часто используется отрицательное высокое напряжение (1000–2000 В),
при этом анод находится в потенциале земли, и необходимо следить за
металлическими деталями вблизи катода. Кроме того, корпус детектора никогда
не следует открывать при включенном напряжении. Воздействие дневного света
может привести к необратимому повреждению фотокатода.
199
(a)
Окно
Рефлектор
Оболочка
Сцинтиллятор
Оптическое
соединение
Фокусирующие электроды
Фотокатод
оконного ФЭУ
Оконный ФЭУ
Микроканальные
пластины
Анод фотокатода
Квант
света
Диноды
Анод
(b)
https://t.me/med1917
Рис. 6.4. (a) Схема сцинтилляционного детектора со сцинтилляционным кристаллом,
оптически соединенным с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ); (b) схема
фотоэлектронного умножителя с микроканальными анодами
ПМТ выпускаются с большим разнообразием спецификаций, включая
круглые, квадратные или шестиугольные фотокатоды. Диаметры катодов
находятся в диапазоне от ~10 до ~150 мм. ПМТ диаметром ~50 мм имеет длину
~150 мм, включая контактные штыри. Существуют также пикселизированные
многоанодные ПМТ. Для оптимизации временного разрешения изготавливаются
специальные трубки с почти одинаковым временем прохождения электронов до
анода, независимо от положения катода, в котором испускается электрон. Хотя
время пролета электронов составляет порядка 30 нс, стандартное отклонение
разброса времени пролета отклонение не превышает ~250 пс, а время нарастания
сигнала ~1,5 нс.
ПМТ, нацеленный на сверхбыструю синхронизацию, – это микроканальный
пластинчатый (MCP)-ПМТ. Для умножения электронов в нем используется
структура MCP, а не динод. (см. рис. 6.4 (b)). MCP (толщина ~1 мм) состоит из
большого количества плотно упакованных полых стеклянных трубок (диаметр
каналов: 5–50 мкм). Внутренняя поверхность трубок покрыта вторичным
эмиссионным материалом, а именно PbO. Стеклянные поверхности с передней и
задней стороны покрыты металлическими контактами. MCP помещается в вакуум,
и к контактам прикладывается напряжение ~1000 В. между контактами,
положительное с обратной стороны. Электрон, попавший в стеклянную трубку с
передней стороны, ударится о стенку, и произойдет вторичная эмиссия. Вторичные
электроны Вторичные электроны будут притянуты электрическим полем к задней
стороне, ударятся о стенку ударяются о стенку канала и производят вторичную
эмиссию и т. д. В конце концов они выйдут из трубки в задней части. Размножение
электронов ~104 может быть получено. В MCP-PMT, используются два MCP на
близком расстоянии. Стеклянные трубки расположены под углом, что не позволяет
ионам набирать слишком много энергии. Такая структура из двух MCP называется
шевроном. При напряжении ~3000 В достигается стабильное усиление порядка 106.
Преимуществом MCP-PMT является малая длина пути электронов, в результате
чего время прохождения электронов составляет несколько наносекунд, а разброс
времени прохождения ~100 пс. MCP-PMT коммерчески доступны с круглыми
(диаметром ~10 мм) и квадратными фотокатодами, причем последние имеют
многоанодную структуру. Чувствительность варьируется от 115 нм (окно MgF2) до
инфракрасного диапазона.
200
Фотоэлектронный
умножитель
Кремниевый
фотодиод
УФчувствительн.
Квантовая эффективность (%)
Длина волны (нм)
https://t.me/med1917
Рисунок 6.5 – Квантовая эффективность в зависимости от длины волны сцинтилляции для
фотоумножителя с синей чувствительностью (сплошная линия), фотоумножителя с
чувствительностью в ультрафиолетовом диапазоне (пунктирная линия) и кремниевого фотодиода
6.4.2.2. Фотонные датчики на основе кремния
Хотя ПМТ широко используются в ядерной медицине, их относительно
большие размеры, высокие напряжения, малая квантовая эффективность и
чувствительность к магнитным полям большие размеры, высокое напряжение,
малая квантовая эффективность и чувствительность к магнитным полям. В
некоторых приложениях предпочтительнее использовать кремниевые
фотодиоды. Эти диоды обычно имеют структуру p-i-n (PIN-диоды). Они имеют
Толщина ~2 мм, включая упаковку, и имеют круглую, прямоугольную или
квадратную форму, до ~30 мм × 30 мм. Напряжение смещения составляет
< 150 В. Квантовая эффективность кремниевых диодов может составлять > 80
% при больших длинах волн (рис. 6.5). Большой емкость 20–300 пФ и ток утечки
~1–10 нА являются недостатком, что приводит к значительному уровню шума,
который негативно влияет на энергетическое разрешение в спектроскопии.
Лавинный фотодиод (APD) – это полупроводниковый аналог
пропорционального счетчика. Высокое электрическое поле создается в
небольшой зоне, где дрейфующий электрон может получить энергию,
достаточную для образования электронно-дырочной (e–h) пары. В результате
возникнет лавина. Критическое поле для умножения составляет ~107 В/м. Чем
выше напряжение, тем выше коэффициент усиления. В зависимости от типа,
напряжение прикладывается в диапазоне 50–1500 В. Коэффициенты усиления
находятся в диапазоне от M < 200 до ~1000. Коэффициент усиления поднимает
сигнал намного выше шума по сравнению с кремниевым диодом. При
определенном коэффициенте усиления преимущество становится оптимальным.
При очень высоких электрических полях происходит спонтанное умножение
заряда. Соответствующее напряжение называется напряжением пробоя Vbr. Для
усиления M ≈ 105–106, APD можно использовать при напряжениях > Vbr, где он
201
https://t.me/med1917
работает в режиме Гейгера. Импульсы равны по величине. Необходимо
использовать методы гашения сигнала. Доступны круглые и квадратные APD с
площадью в диапазоне от субквадратного миллиметра до ~1 см2. Доступны
различные пикселированные APD, например, 4 пикселя × 8 пикселей с шагом
~2,5 мм и коэффициентом заполнения ≤ 40 %.
В гибридном фотоэлектронном умножителе (ГФУМ) фотоэлектроны
ускоряются в электрическом поле, возникающем из-за разности напряжений ~10
кВ, приложенных между фотокатодом и кремниевым диодом, который размещен
внутри вакуумного корпуса. Диод имеет относительно небольшие размеры, что
позволяет снизить емкость и, соответственно, уровень шума. Поскольку на
производство 1 пары e-h затрачивается 3,6 эВ, на один падающий электрон в
диоде образуется ~3000 пар e–h. Следовательно, сигналы от одного или
нескольких фотонов можно наблюдать хорошо разделенными. При
использовании APD общий коэффициент усиления составляет ~105. HPMT были
изготовлены с пиксельными диодами. Диаметр окна достигает ~70 мм.
Кремниевый фотоумножитель (SiPM) представляет собой массив крошечных
APD, которые работают в режиме Гейгера. Их размеры находятся в диапазоне от
~20 мкм × 20 мкм до 100 мкм × 100 мкм. Следовательно, количество APD на
квадратный миллиметр может варьироваться от 2500 до 100. Коэффициент
заполнения варьируется от < 30 % для самых маленьких размеров до ~80% для
самых больших. Сигналы всех APD суммируются. При коэффициентах усиления
M ≈ 105–106 можно легко наблюдать сигнал от одного фотона. Установив порог
выше отклика одного электрона, можно исключить спонтанные импульсы Гейгера
импульсы Гейгера могут быть устранены. Временной разброс сигналов SiPM очень
мал, < 100 пс. Сообщалось о превосходных временных разрешениях. Массивы
размером 2 пикселя × 2 пикселя и 4 пикселя × 4 пикселя размером 3 мм × 3 мм,
каждый с шагом 4 мм. коммерческого производства. Недавно был представлен
массив 16 пикселей × 16 пикселей размером 50 мм × 50 мм. недавно был
представлен. Синечувствительные SiPM имеют эффективность обнаружения
фотонов эффективность обнаружения фотонов составляет ~25 % на длине волны
400 нм, включая коэффициент заполнения 60 %.
6.4.3. Сцинтилляторные материалы
6.4.3.1. Неорганические сцинтилляторы
В неорганическом сцинтилляторе полоса пропускания должна быть
относительно большой, чтобы избежать теплового возбуждения и позволить
сцинтилляционным фотонам проходить в материале при отсутствии поглощения
(E
≥ 4 эВ). Следовательно, неорганические сцинтилляторы основаны на ионно-
gap
кристаллических материалах. Рассматриваются три этапа производства
сцинтилляционных фотонов (рис. 6.6): (i) взаимодействие излучения с объемным
материалом и термализация образующихся электронов и дырок – в энергетической
шкале электроны оказываются в нижней части полосы проводимости, а дырки – в
верхней части валентной полосы; (ii) перенос этих носителей заряда к внутренним
202
Центр
свечения
Валентная зона
Возбуждение
Полоса проводимости
Релаксация
Сцинтилляция
Возбуждение
Ловушка
Неизлучательная
рекомбинация
Термализация
https://t.me/med1917
или легированным центрам люминесценции; (iii) взаимодействие с этими
центрами, т. е. возбуждение, релаксация и сцинтилляция. Используя эту модель,
число фотонов Nф, образующихся при поглощении γ-луча с энергией E, равно:
Первое слагаемое справа — это количество пар e–h на краю запрещенной
зоны. Обычно β ≈ 2,5. S и Q – это эффективности двух последних этапов.
Рис. 6.6. Энергетическая диаграмма, показывающая основные этапы процесса в
неорганическом сцинтилляторе
Для наиболее подходящих сцинтилляторов длина волны в максимуме
излучения λ
662 кэВ R
, световой выход Nph, наилучшее энергетическое разрешение при
max
и время затухания сцинтилляционного импульса τ представлены в
662
последних четырех колонках таблицы 6.3. В первых колонках приведены
некоторые свойства материала, а именно: плотность, эффективный атомный
номер для фотоэлектрического эффекта Z
, длина затухания при 511 кэВ, 1/μ
eff
511
и процент взаимодействия по фотоэлектрическому эффекту при 511 кэВ. Эти
сцинтилляторы являются коммерчески доступными. Если они гигроскопичны, их
консервируют отражающим материалом (рис. 6.4). Только BaF2 и BGO имеют
собственный центр люминесценции. В других сцинтилляторах в качестве ионов
Tl+ или Ce3+ в качестве в качестве легирующего центра люминесценции.
Сцинтилляторы, легированные церием, демонстрируют относительно быстрый
отклик порядка десятков наносекунд благодаря разрешенному дипольному
переходу 5d → 4f иона Ce. Переходы в сцинтилляторах, легированных Tl,
запрещены и, следовательно, происходят гораздо медленнее. В целом смешанные
или со-допированные кристаллы имеют преимущества в выращивании
кристаллов, времени отклика, световом выходе или эффекте послесвечения.
Большие различия наблюдаются для светового выхода. В основном это связано с
тем, что S < 1, т. е. существуют ловушки различного типа, приводящие к потере e-
,
203
Сцинтиллятор
ρ
(г/см3)
Z
эфф
1/μ
511
(мм)
Фотоэффект
(%)
(нм)
(фотоны/МэВ)
R
662
(%)
(нс)
NaI:Tla
3,67
51
29
17
410
41 000
6,5
230
CsI:Tl
4,51
54
23
21
540
64 000
4,3
800, 104
BaF2
4,88
23 220
310
1 500
10 000
0,8
600
Bi3Ge4O
12
(BGO)
7,1
75
10,4
40
480
8 900
300
LaCl3:Cea
3,86
49,5
28
15
350
49 000
3,3
25
LaBr3:Cea
5,07
46,9
22
13
380
67 000
2,8
16
YAlO3:Ce
(YAP)
5,5
33,6
21
4,2
350
21 000
4,4
25
Lu
0.8Y0.2
Al:Ce
(LuYAP)
8,3
65
11
30
365
11 000
–
18
Gd2SiO5:Ce
(GSO)
6,7
59
14,1
25
440
12 500
9
60
Lu2SiO5:Ce,Ca
(LSO)
7,4
66
11,4
32
420
~36 000
7
36–43
Lu
1.8Y0.2
SiO5:
Ce (LYSO)
7,1 12 420
30 000
7
40
https://t.me/med1917
h пар путем нерадиационных переходов. Используя ур. (6.6) и подходящие
значения E
, только LaBr3:Ce, по-видимому, имеет S ≈ Q ≈ 1.
gap
ТАБЛИЦА 6.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ
СЦИНТИЛЛЯТОРОВ
a
Гигроскопичный.
6.4.3.2. Органические сцинтилляторы – кристаллы, пластики и жидкости
Механизм сцинтилляции органических сцинтилляторов основан на
молекулярных переходах. На них почти не влияет физическое состояние материала.
Существуют чистые органические кристаллы сцинтилляторов, такие как антрацен,
пластики, такие как полистирол, и жидкости, такие как ксилол. Кроме того,
существуют растворы органических сцинтилляторов в органических твердых
(пластиковых) и жидких растворителях. Типичные комбинации – п-терфенил в
полистироле (пластике) и п-терфенил в толуоле. Существуют также системы с
добавлением POPOP (пара-фенилен-фенилоксазол) для сдвига длины волны. В
целом, органические сцинтилляторы люминесцируют при ~420 нм, имеют световой
выход ~10 000 фотонов/МэВ поглощенной энергии γ-лучей, а время распада
составляет около 2 нс. Сцинтилляторы обычно обозначаются коммерческим кодом.
204
https://t.me/med1917
6.4.3.3. Накопительные люминофоры – термолюминесценция и оптически
стимулированная люминесценция
Люминофор – это материал, аналогичный неорганическому сцинтиллятору.
Отличие заключается в том, что значительная часть энергии взаимодействия
сохраняется в долгоживущих ловушках. Это и есть биты памяти запоминающего
люминофора. Время жизни должно быть достаточно большим для
рассматриваемого применения. Считывание происходит либо путем термической
стимуляции (нагрев), либо путем оптической стимуляции. Электрон поднимается
из ловушки в полосу проводимости и переносится к центру люминесценции.
Интенсивность люминесценции регистрируется. Эти процессы получили
название термолюминесценции и оптически или фотонно-стимулированной
люминесценции. Накопительные люминофоры используются для дозиметрии уже
более пятидесяти лет (термолюминесцентный дозиметр). В частности, широко
используется LiF:Mg,Ti (коммерческое название TLD-100). Чувствительность
находится в диапазоне от ~50 мкГр до ~1 Гр. Новым и более чувствительным
материалом является LiF:Mg,Cu,P (GR-200), чувствительность которого
находится в диапазоне от 0,2 мкГр до 1 Гр. Недавно был представлен
люминесцентный материал с оптической стимуляцией - Al2O3:C. Его
чувствительность находится в диапазоне от 0,3 мкГр до 30 Гр. Накопительные
люминофоры также используются в радиографии.
БИБЛИОГРАФИЯ
INTERNATIONAL CONFERENCE ON INORGANIC SCINTILLATORS AND THEIR
APPLICATIONS, SCINT 2007, IEEE Trans. Nucl. Sci. 55 (2008) 1029–1564.
SCINT 2009, IEEE Trans. Nucl. Sci. 57 (2010) 1157–1520.
INTERNATIONAL WORKSHOP ON ROOM-TEMPERATURE SEMICONDUCTOR X- AND
GAMMA-RAY DETECTORS (15th workshop), IEEE Trans. Nucl. Sci. 54 (2007) 761–880.
(16th workshop), IEEE Trans. Nucl. Sci. 56 (2009) 1697–1884.
KNOLL, G.F., Radiation Detection and Measurement, 4th edn, John Wiley & Sons, New York (2010).
LEO, W.R., Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, 2nd edn, Springer, Berlin (1994).
PROCEEDINGS OF NUCLEAR SCIENCE SYMPOSIUM AND MEDICAL IMAGING
CONFERENCE (annually), IEEE Trans. Nucl. Sci. (recent volumes).
RODNYI, P.A., Physical Processes in Inorganic Scintillators, CRC Press, Boca Raton, FL (1997).
SCHLESINGER, T.E., JAMES, R.B. (Eds), Semiconductors for Room Temperature Nuclear
Detector Applications, Academic Press, San Diego, CA (1995).
TAVERNIER, S., GEKTIN, A., GRINYOV, B., MOSES, W.M. (Eds), Radiation Detectors for Medical
Applications, Springer, Dordrecht, Netherlands (2006).
205
https://t.me/med1917
ГЛАВА 7
ЭЛЕКТРОНИКА, СВЯЗАННАЯ С УСТРОЙСТВАМИ
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЕ
Р. ДЖ. ОТТ
Объединенное отделение физики,
Королевская больница Марсден
и Институт исследований рака,
Суррей
Р. СТЕФЕНСОН
Лаборатория Резерфорда Эпплтона,
Оксфордшир,
Великобритания
7.1. ВСТУПЛЕНИЕ
Визуализация в ядерной медицине обычно основана на обнаружении
рентгеновских лучей и γ-лучей, испускаемых радионуклидами, введенными
пациенту. В предыдущей главе были описаны методы, используемые для
обнаружения этих фотонов, чаще всего основанные на сцинтилляционном
счетчике, хотя существуют устройства визуализации, в которых
используются либо газонаполненные ионизационные детекторы, либо
полупроводники.
Какое бы устройство ни использовалось, изображения ядерной
медицины создаются из очень ограниченного числа фотонов, главным
образом из-за уровня радиоактивности, который можно безопасно ввести
пациенту. Следовательно, изображения ядерной медицины обычно состоят
из на много порядков меньшего количества фотонов, чем, например,
изображения рентгеновской компьютерной томографии (КТ). Однако,
поскольку получаемая информация, по существу, носит функциональный
характер по сравнению с анатомическими деталями КТ, явно более низкое
качество изображения компенсируется характером создаваемой
информации.
Низкие уровни фотонов, обнаруженные в ядерной медицине, означают, что
можно выполнить подсчет фотонов. Здесь каждый фотон детектируется и
анализируется индивидуально, что особенно ценно, например, для возможности
отбраковки рассеянных фотонов. В этом отличие от рентгеновской
визуализации, где изображения создаются путем интегрирования потока,
поступающего в детекторы. Однако подсчет фотонов накладывает тяжелую
нагрузку на электронику, используемую для визуализации в ядерной медицине,
с точки зрения электронного шума и стабильности.
В этой главе будет обсуждаться, как сигналы, создаваемые в процессе
обнаружения первичных фотонов, могут быть преобразованы в импульсы,
206
Соседние файлы в папке Библиотека им академика М.И. Перельмана