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
Трубка фотоумножителя
Анод
Магнитное
экранирование
Диноды
Фокусирующая
сетка
Фотокатод
Входное
окно
Рефлективная
внутренняя
поверхность
корпуса кристалла
Сигнал на
выходе
Предусилитель
Усилитель
Высокое
напряжение
питания
Дискиминатор
энергии
Энергия E
0
Дисплей
Рентгеновское или γ-излучение
Световой
фотон
Световая трубка
Сцинтиляционный
кристалл
Таймер, скалер
+ 1200 В
+ 1100 В
+ 1000 В
+ 600 В
+ 500 В
+ 400 В
+ 300 В
https://t.me/med1917
Рис. 10.3. Основная конструкция и принцип работы фотоумножителей и
сцинтилляционных детекторов
связано с пуассоновским «шумом» или статистической неопределенностью,
присущей процессу обнаружения. Важность энергетического разрешения
заключается в подавлении рассеяния, особенно для детекторов изображений.
Излучение теряет энергию при комптоновском рассеянии внутри источника, и
поэтому рассеянное излучение с более низкой энергией можно отличить от
первичного излучения. Однако конечное энергетическое разрешение детекторов
излучения (т. е. ширина фотопика в энергетическом спектре) означает, что будет
перекрытие рассеянного и первичного излучений, как показано на рис. 10.4 (а).
По мере улучшения энергетического разрешения (т. е. уменьшения ширины
полувысоты (%) и сужения фотопика) разделение нерассеянного и рассеянного
излучений увеличивается, и можно исключить больше отсчетов,
соответствующих рассеянному излучению, при этом отбрасывая меньшее
количество отсчетов, соответствующих нерассеянному излучению.
10.3.3. Скорость счета («speed»)
Детекторы излучения имеют конечное мертвое время или время
разрешения импульса τ — обычно 5–10 мкс для современных сцинтилляционных
детекторов — и связанные с этим потери счета. Мертвое время — это период
времени, необходимый системе подсчета для регистрации события, в течение
которого дополнительные события не могут быть зарегистрированы.
287
20
40
60
80
100
( b )
Maximum height
½ maximum
height
FWHM
137
Cs
Photon energy
E (
keV
)
Относительное число подсчетов
Относительное число подсчетов
Энергетическое окно 20 %
фотопика
140 кэВ
Первичные фотоны
Рассеянные фотоны
Общее количество фотонов
Энергия фотона Eγ (кэВ)
20
40
60
80
100
120
140
160
137
Cs
Энергия фотона Eγ (кэВ)
100
200
300
400
500
600
700
½ максимальной
высоты
Максимальная высота
FWHM
662 кэВ
https://t.me/med1917
Рис. 10.4. (a) Энергетический спектр гамма-лучей с энергией 662 кэВ, испускаемых
иллюстрирующий определение энергетического разрешения как процент полной ширины на
половине максимума (FWHM) энергии фотопика Eγ. (b) Энергетический спектр гамма-лучей
с энергией 140 кэВ, испускаемых
99m
Tc, иллюстрирующий вклады первичной (нерассеянной) и
рассеянной радиации. Энергетические спектры в (a) и (b) были получены с помощью
сцинтилляционного детектора из йодида натрия (NaI(Tl)) с примесью таллия
В результате измеренная скорость счета ниже фактической скорости счета.
Детекторы излучения по скорости счета характеризуются как непарализуемые
или парализуемые (рис. 10.5). В непарализуемых системах только фактически
учитываемое излучение препятствует подсчету последующего излучения,
взаимодействующего с детектором в течение мертвого времени
предшествующего излучения. Однако в парализуемом детекторе даже
излучение, которое не учитывается (т.е. которое взаимодействует с детектором
во время мертвого времени предыдущего события), предотвращает учет
последующих приходящих излучений в течение интервала времени,
соответствующего его мертвому времени. Счетчики Гейгера (с гасящим газом)
ведут себя как непарализуемые системы, но большинство детекторов, включая
системы на основе сцинтилляционных детекторов, такие как счетчики лунок, γкамеры и ПЭТ-сканеры, являются парализуемыми. Современные
сцинтилляционные детекторы обычно включают в себя автоматизированные
алгоритмы, предоставляющие скорость счета с поправкой на потери счета за
мертвое время.
137
Cs,
288
Наблюдаемая скорость счета
Истинная скорость счета
Парализуемый
Непарализуемый
Идеальный вариант: отсутствие потерь
при подсчете мертвого времени
https://t.me/med1917
Рис. 10.5 – Наблюдаемая и истинная скорости счета для парализуемых и непарализуемых
детекторов радиации. Для парализуемых детекторов наблюдаемая скорость счета увеличивается
до максимального значения с увеличением истинной скорости счета (например, с увеличением
активности), а затем снижается по мере дальнейшего увеличения истинной скорости счета. Для
непарализуемых детекторов наблюдаемая скорость счета также увеличивается с увеличением
истинной скорости счета, асимптотически приближаясь к максимальному значению по мере
дальнейшего увеличения истинной скорости счета. В обоих случаях максимальная наблюдаемая
скорость счета напрямую связана с мертвым временем детектора τ
10.4. УСТРОЙСТВА ОБНАРУЖЕНИЯ И СЧЕТА
10.4.1. Измерительные приборы
Измерительные приборы, важнейший компонент любой программы
радиационной безопасности, представляют собой портативные газонаполненные
ионизационные детекторы с батарейным питанием (или, в гораздо более
ограниченной степени, твердотельные сцинтилляционные детекторы),
используемые для мониторинга уровней радиации окружающей среды, то есть
мощности воздействия (например, в кулонах на килограмм воздуха в час
(C · кг
измерителей с ионизационным детектором так называемые «милашки»
представляют собой ионизационные камеры с относительно низкой
чувствительностью (т. е. работают при относительно низкой разности потенциалов
между анодом и катодом) и предназначены для использования там, где
относительно высокие потоки рентгеновских лучей и γ-излучения. встречаются
лучи. Более привычные счетчики Гейгера работают при большой разности
потенциалов (риc. 10.2), что предоставляет высокий коэффициент электронного
усиления и, следовательно, высокую чувствительность. Таким образом, счетчики
Гейгера хорошо подходят для исследований низкого уровня, например, проверки
радиоактивного загрязнения. И «милашки», и счетчики Гейгера обычно
калибруются по степени воздействия. Электронный сигнал милашки, как
– 1
· ч–1)) или скорости счета (например, в импульсах в минуту). Среди
289
https://t.me/med1917
ионизационной камеры, зависит от энергии обнаруженных рентгеновских или
гамма-лучей и, следовательно, напрямую связан с воздействием всех
радионуклидов. С другой стороны, для счетчиков Гейгера импульсы сигнала
имеют одинаковую амплитуду независимо от энергии падающего излучения.
Таким образом, результаты калибровки счетчика Гейгера применимы только
к конкретному радионуклиду, использованному для калибровки счетчика (см.
ниже). В твердотельных детекторах в качестве детекторной среды
используется кристалл, не эквивалентный воздуху, и, таким образом, они не
могут измерять интенсивность воздействия, а только скорость счета.
10.4.2. Калибратор дозы
Калибратор дозы, используемый для определения активности в
радиофармацевтических флаконах и шприцах, а также в других небольших
источниках (например, источниках для брахитерапии), представляет собой
заполненную газом ионизационную камеру под давлением с герметичным
чувствительным объемом, имеющим геометрию типа «колодец». Хотя
собственная чувствительность калибратора дозы, как и других газонаполненных
детекторов, относительно низка, колодезная конфигурация его чувствительного
объема предоставляет высокую геометрическую эффективность2, делая общую
чувствительность полностью адекватной для относительно больших объемов
излучения. что делает общую чувствительность полностью адекватной для
относительно высоких радиофармацевтических активности (порядка 10–
100 МБк), обычно встречающихся в клинической ядерной медицине. медицине.
Калибраторы дозы оснащены кнопками для изотопов и/или потенциометром (с
настройками для конкретного изотопа) для корректировки различий в
энергозависимом отклике и, таким образом, для получения точных показаний
активности (т. е. кБк или МБк) для любого радиоизотопа.
10.4.3. Счетчик колодезного типа
Скважинные счетчики используются для высокочувствительного подсчета
радиоактивных образцов, таких как образцы крови или мочи, или «салфеток»
при исследовании удаляемого загрязнения (т. е. «тестирование салфеток»).
Результаты такого подсчета могут быть выражены в терминах активности
(например, МБк) с использованием калибровочного коэффициента для
измеренных изотопов (cpm/МБк) (см. ур. (10.1)). Такие приборы обычно состоят
из цилиндрического сцинтилляционного кристалла (чаще всего NaI(Tl)) с
круглым отверстием (скважиной) для образца, просверленным частично в
кристалле и снабженным ПМТ и связанной с ним электроникой. Альтернативной
конструкцией счетчиков с лункой является так называемая система обнаружения
2
Телесный угол, под которым к центру сферы прилегает вся ее поверхность равен 4π
стерадианам; стерадиан – единица измерения телесного угла. Конфигурация детектора хорошего
типа аппроксимирует точечный источник, полностью окруженный детектором, что дает
геометрическую эффективность в процентах 100 % и поэтому называется геометрией счета «4π».
290
https://t.me/med1917
«сквозное отверстие», в которой лунка просверлена через весь кристалл.
Конструкция со сквозным отверстием облегчает обмен образцами, а поскольку
образцы центрируются в детекторе по длине, она предоставляет более
постоянный отклик при различных объемах образца, а также несколько более
высокую чувствительность по сравнению с луночными счетчиками. Как в
луночном, так и в сквозном исполнении кристалл окружен толстым свинцовым
экраном, чтобы минимизировать фон от окружающего излучения.
Сцинтилляционные счетчики часто оснащаются многоканальным
анализатором для селективного подсчета энергии (т. е. изотопов) и автоматическим
устройством смены образцов для автоматического подсчета нескольких образцов.
Важно отметить, что благодаря их высокой внутренней и геометрической
эффективности (обусловленной использованием толстого кристалла и колодезной
конфигурации детектора, соответственно), колодезные счетчики чрезвычайно
чувствительны и, фактически, могут надежно использоваться только для подсчета
активности до ~100 кБк; при более высоких активностях, даже с учетом поправок
на мертвое время, потери при подсчете мертвого времени все равно могут стать
непомерно высокими, а измеренные количества неточными. Современные
скважинные счетчики часто включают в себя встроенный компьютер, который
используется для создания и управления протоколами подсчета (т. е. для указания
изотопа, энергетического изотопа, энергетического окна, интервала счета и т. д.),
управления обработкой образцов и применения поправок на фон, распада, мертвого
времени и других поправок, и, таким образом, получить чистую скорость счета с
поправкой на мертвое время скорость счета с поправкой на затухание,
скорректированную на начало текущего сеанса счета.
10.4.4. Интраоперационные зонды
Интраоперационные зонды (рис. 10.6), небольшие ручные счетные
устройства, в настоящее время широко используются при лечении рака, чаще
всего для более быстрого ускоренного выявления и локализации дозорных
лимфатических узлов и, таким образом, уменьшения необходимость в более
обширной операции, а также для выявления и локализации визуально
оккультного заболевания во время операции после системного введения
радиомеченого антитела или другого радиоактивного вещества, вызывающего
опухоль. Хотя интраоперационные зонды использовались почти исключительно
для подсчета рентгеновского и γ-излучения, бета-излучение (электроны и
позитроны) позитронных) зондов, сконструированных на основе пластиковых
сцинтилляторов. Кроме того, недавно появились небольшие (~10 см)
интраоперационные γ-камеры с полем зрения. недавно стали доступны.
Интраоперационные γ-зонды могут быть как сцинтилляционными или
полупроводниковыми (ионизационными) детекторами. Зонды на основе
сцинтилляционного детектора имеют преимуществами являются относительно
низкая стоимость и высокая чувствительность (в основном из-за их большей
толщины, ~10 мм против ~1 мм у ионизационных детекторов), особенно для
фотонов средних и высоких энергий.
291
Детектор (кристалл)
Ширина детектора
Коллиматор
Толщина детектора
Длина коллиматора
Вид сбоку
Вид с торца
https://t.me/med1917
Рис. 10.6. Типичный интраоперационный зонд (Node Seeker 900, Intra Medical Imaging LLC, ЛосАнджелес, Калифорния, Соединенные Штаты Америки). (a) Ручной детектор. (b) Блок управления
и индикации блок, который не только отображает текущую скорость счета, но и часто издает
звуковой сигнал, тон которого зависит от скорости счета. тон которого зависит от скорости
счета, что в некоторой степени аналогично звуковому сигналу, издаваемому некоторыми
счетчиками Гейгера. (c) Схема блока детектора и коллиматора типичного интраоперационного
зонда, иллюстрирующая, что детектор (кристалл) утоплен в апертуру коллиматора апертуры.
(Предоставлено компанией Intra Medical Imaging LLC, Лос-Анджелес, Калифорния, США)
К недостаткам относятся громоздкость, относительно низкое
энергетическое разрешение и относительно плохое энергетическое разрешение
и рассеяние по сравнению с полупроводниковыми датчиками. В некоторых
сцинтилляционных детекторах интраоперационные зонды, световой сигнал от
кристалла направляется на удаленный ПМТ по гибкому волоконно-оптическому
кабелю, что позволяет сделать зонд в сборе сделать его относительно легким и
компактным, и более похожим на хирургический инструмент. Однако
значительные потери света в длинном кабеле усложняют задачу отделить
рассеянные рентгеновские и γ-лучи от нерассеянных.
С другой стороны, зонды на основе полупроводников компактны и
обладают отличным энергетическим разрешением и рассеянием. Чтобы свести к
минимуму структурные несовершенства, которые ухудшают энергетическое
разрешение, полупроводниковые детекторы делаются относительно тонкими (всего
~1 мм), но ценой более низкой собственной чувствительности. Полупроводниковые
детекторы делаются относительно тонкими (всего ~1 мм), но ценой более низкой
собственной чувствительности. Основным недостатком полупроводниковых
детекторов остается их ограниченная толщина и, как следствие, более низкая
чувствительность, особенно для средних и высоких энергий рентгеновских и γлучей. Тем не менее, если сцинтилляционные детекторы можно сделать толще и,
следовательно, более чувствительными, полупроводниковые детекторы производят
292
https://t.me/med1917
больше электронов на один остановленный рентгеновский и γ-луч и, следовательно,
имеют более высокое энергетическое разрешение. На сегодняшний день
немногочисленные клинические исследования, непосредственно сравнивающие
сцинтилляционные и полупроводниковые интраоперационных зондов, не позволили
сделать однозначный выбор между этими двумя типами зондов.
10.4.5. Зонд для определения поглощения органами
Исторически зонды поглощения органов использовались почти
исключительно для измерения поглощения щитовидной железы и, таким
образом, обычно называются «тиреоидными» зондами поглощения.
2
Поглощение щитовидной железой (т.е. скорректированный на распад
процент введенной активности в щитовидной железе) может быть измерено
после перорального приема
131
I-йодида,
123
I-йодида или
99m
Tc-пертехнетата. Зонд
поглощения представляет собой систему подсчета радионуклидов система,
состоящая из широкоапертурного расходящегося коллиматора, кристалла
NaI(Tl) (обычно ~5 см толщиной и ~5 см в диаметре), ПМТ, предусилителя,
усилителя, энергетический дискриминатор (т. е. энергетическое окно) и портал
(стойка) (рис. 10.7 (a) и (b)). Коммерчески доступные зонды поглощения
щитовидной железы обычно поставляются в виде интегрированные
компьютеризированные системы с автоматизированным сбором и обработкой
данных и обработки данных, что позволяет получать результаты
непосредственно в процентах поглощения.
Каждое определение поглощения щитовидной железой включает
измерение скорости счета щитовидной железы (т. е. шеи), фоновой скорости
счета «бедра» (измеряется над бедром пациента и, как предполагается,
приблизительно соответствует вкладу внетиреоидной активности шеи),
стандартная скорость счета (часто рассчитывается в шейном фантоме,
имитирующем анатомию щитовидной железы/шеи) и окружающий (т. е.
«комнатный») фон, с интервалом 1–5 минут для каждого измерения.
Основываясь на вышеупомянутых измерениях и зная долю введенной
активности, которая находится в стандарте, поглощение щитовидной железой
рассчитывается следующим образом:
где C – общее количество подсчетов;
t – время измерения;
F – доля администрируемой активности в стандарте.
2
В свое время зонды поглощения органом также использовались для измерения временной
активности почек для оценки функции почек. Кроме того, зонды поглощения органами были
адаптированы к таким применения в колодезных счетчиках, как подсчет образцов крови и салфеток.
293
~10 см
Кристалл
https://t.me/med1917
Рис. 10.7. (a) типичная система зондирования поглощения органа («щитовидной железы»),
включающая встроенный компьютер, настроенный для измерения поглощения щитовидной
железой (система поглощения щитовидной железы (АтомЛаб 950™, Биодекс Медикал
системс, Ширли, Нью-Йорк, США). Следует отметить довольно большое расстояние от
шейки до апертуры коллиматора (обычно порядка 30 см). Хотя это снижает общую
чувствительность измерения скорости подсчета на шее, оно позволяет свести к минимуму
влияние точного размера, формы и положения щитовидной железы, а также распределения
радиоизотопа внутри железы. (b) Схема (вид сбоку) открытого, или «плоского поля»,
расходящегося коллиматора, обычно используемого с зондами для исследования
щитовидной железы. (любезно предоставлено Биодекс Медикал системс, Инк, Ширли, НьюЙорк, США)
Благодаря включению измерения стандартной активности при каждом
определении поглощения автоматически вносятся поправки на
радиоактивный распад и ежедневные изменения чувствительности системы.
Этот подход иногда называют методом «двух капсул», поскольку пациенту
вводят одну капсулу
131
I, в то время как вторая, идентичная капсула служит
стандартом и подсчитывается при каждом измерении поглощения.
альтернативно, саму капсулу пациента можно измерить непосредственно
перед ее введением, а затем каждое последующее значение поглощения
радиоактивного распада может быть скорректировано с момента измерения до
времени введения (путем умножения правой части ур. (10.2) посредством e
λ∆t
где λ – константа физического распада вводимого изотопа, а ∆t – интервал
времени введения до измерения). Этот метод иногда известен как метод
«одной капсулы». для метода с одной или двумя капсулами доля вводимой
активности в стандарте равна единице. некоторые центры вводят
радиоактивный йод в виде раствора, который более экономичен, а не в виде
капсул. Стандарт обычно представляет собой некоторое разведение вводимого
раствора, и доля вводимой активности в стандарте, следовательно, является
независимо определенной величиной, меньшей единицы; например, если
активность в стандартном растворе составляла 1/100 от значения во вводимом
растворе, значение было бы равно 0,01.
,
294
https://t.me/med1917
Измерения поглощения щитовидной железой в настоящее время часто
выполняются путем анализа интересующей области плоских сцинтиграфических
изображений шеи и стандартного (т. е. фантомного) изображения, полученного
с помощью γ-камеры с коллимацией параллельных отверстий.
Датчики поглощения органами также использовались для измерения
общей активности организма, например, в рамках индивидуального
дозиметрического лечения рака щитовидной железы радиоактивным йодом. Для
этого применения пациент может использовать свой собственный стандарт,
измеряя общий показатель массы тела пациента вскоре (через 30–60 мин) после
введения радиоизотопа — чтобы дать ему возможность несколько
распределиться по всему организму — но до того, как пациент опорожнит или
иным образом выведет из организма какую-либо введенную активность; в
ур. (10.3) ниже это обозначено как нулевое время. Измерения всего тела
выполняются при снятом с зонда коллиматоре, кристалл ориентирован
горизонтально и на высоте над полом, соответствующей среднему росту
пациента, сидящего или стоящего, на расстоянии ~3 м от кристалла. Кроме того,
проводятся измерения спереди и сзади (т. е. в режиме сопряженного обзора),
когда пациент поворачивается лицом к кристаллу, а затем от него для
соответствующих измерений. Активность всего тела (т. е. процент введенной
активности в организме) затем рассчитывается на основе среднего
геометрического значения показателей переднего и заднего счета:
где A и P – общее количество тел спереди и сзади, соответственно;
B – количество тел в помещении (фон);
tA, tP и tB – интервалы подсчета для переднего, заднего и комнатного
подсчетов, соответственно;
(0) – указывает те же величины в нулевой момент времени.
Как указано выше, общая активность организма может быть
скорректирована с учетом радиоактивного распада с момента измерения до
времени введения (путем умножения правой части ур. (10.3) на e
константа физического распада вводимого изотопа, а ∆t – интервал времени от
введения до измерения)
10.5. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ДЕТЕКТОРНЫХ И СЧЕТНЫХ УСТРОЙСТВ
КК, который может быть определен как установленный набор текущих
измерений и анализов, предназначенных для осуществления того, чтобы
эффективность процедуры или прибора находилась в заранее определенном
приемлемом диапазоне, является важнейшим компонентом обычной
λ∆t
, где λ –
295
https://t.me/med1917
практики ядерной медицины. Ниже приведен краткий обзор рутинных
процедур КК для приборов ядерной медицины, не использующих
визуализацию.
Документирование процедур КК и организованные, доступные для
извлечения записи результатов таких процедур являются требованиями
надежной, соответствующей требованиям программы КК. Письменное
описание всех процедур КК, включая допустимый диапазон результатов
каждой такой процедуры и корректирующие действия в случае получения
результата, выходящего за пределы допустимого, должно быть включено в
руководство по процедурам предприятия. Для каждой процедуры
письменное описание должно быть подписано и датировано директором
учреждения, физиком или другим ответственным лицом. Для каждого
выполненного теста КК следующие данные, а также инициалы или подпись
лица, проводящего тест, должны быть занесены в структурированный и
соответствующим образом аннотированный бланк:
— проведенное испытание;
— дата и время испытания;
— марка, модель и серийный номер тестируемого устройства;
— марка, модель, серийный номер, активность при калибровке и дата
калибровки любого используемого эталонного источника (ов);
— результат (ы) испытания;
— обозначение, указывающее, был ли результат теста приемлемым или
нет (т. е. находился или не находился в пределах указанного диапазона
допусков).
Такие записи следует архивировать в хронологическом порядке в
безопасном, но разумно доступном месте. Как правило, полезно отслеживать
результаты тестов контроля качества в продольном направлении (например, в
виде графика зависимости численного результата от даты проведения теста).
Таким образом, долгосрочные тенденции в работе прибора, часто незаметные
изо дня в день, могут стать очевидными. Разумеется, все чаще такие записи
ведутся в электронном виде. Однако желательно также вести записи в печатном
виде, как в качестве резервной копии, так и для удобного просмотра
регулирующими органами и другими инспекторами
10.5.1. Справочные источники
КК приборов для ядерной медицины часто проводится не с теми
радионуклидами, которые используются в клинической практике, а с
суррогатными радионуклидами с более длительным сроком службы в виде
так называемых эталонных источников. Такие стандарты коммерчески
доступны в различных видах деятельности и геометрии, в зависимости от
области применения. Важно отметить, что в США сертифицированные
действия таких справочных источников должны быть прослежены до
Национального института стандартов и технологий (NIST), бывшего
Национального бюро стандартов. Прослеживаемость NIST помогает
296
Соседние файлы в папке Библиотека им академика М.И. Перельмана