Базовые конструкционные параметры коллиматора
Начнем с материала коллиматора.
Коллиматоры изготавливаются из материалов
с высокой плотностью и высоким атомным
номером, чтобы основным процессом
взаимодействия фотонов было
фотоэлектрическое поглощение. Наиболее
часто коллиматоры делаются из свинца
с добавлением небольшого количества
(3 ÷ 6 %) сурьмы. Однако при анализе
распределений высокоэнергетических
р/н (особенно
кэВ)
необходимая толщина коллиматора
становится слишком возрастает (> 10
см), что из-за большого веса подобного
коллиматора создает много дополнительных
трудно решаемых проблем. Для изготовления
коллиматоров были предложены также
такие материалы как вольфрам, тантал и
золото, имеющие большую плотность, чем
свинец. Однако трудности в плавке и
механической обработке этих материалов,
а также стоимостные проблемы препятствуют
их широкому применению в этой области.
После выбора материала коллиматора следующая группа фундаментальных задач, решаемых при проектировании коллиматора, относится к его геометрии. Однако прежде чем приступить к их изучению, необходимо ответить на ряд принципиальных вопросов, в первую очередь связанных с расположением и ориентацией каналов коллиматора, что, в свою очередь, зависит от предполагаемой области применимости. Базовая геометрия коллиматора требует спецификации: 1) ориентация осей каналов; 2) форма поперечного сечения и расположение каналов; 3) сужаемость диаметра каналов. Из трех перечисленных спецификаций наибольшее влияние на качество изображения имеет ориентация геометрических осей каналов.
Исторически простой пинхольный коллиматор был первым коллиматором, нашедшим применение в медицине. Хотя изображение, даваемое этим коллиматором является перевернутым и зависит от положения источника, он обладает очень хорошим пространственным разрешением. Однако пинхольный коллиматор из-за малой апертуры обладает плохой чувствительностью. В настоящее время наибольшее распространение в медицине нашли коллиматоры с параллельными каналами (КПК). Им и уделяется основное внимание в этой главе. В некоторых приложениях коллиматоры с альтернативной ориентацией каналов обладают определенными преимуществами перед ними, однако они сложнее в проектировании и производстве и дороже.
Новые предложения и
усовершенствования конфигурации и
координатной сетки расположения
отверстий в КПК часто обсуждаются в
литературе, многие варианты экспериментально
исследуются и патентуются. Однако
производители неохотно идут на серьезные
изменения [1]. На рис. 4.2 показаны четыре
наиболее часто используемые конфигурации
отверстий каналов КПК. Она характеризуется
двумя взаимозависимыми элементами:
действительная форма поперечного
сечения канала (круглая, квадратная и
гексагональная) и относительной позицией
канала на передней поверхности КПК. Так
как конфигурация отверстий периодически
постоянна, положение отверстия
определяется двумя базисными векторами
(
),
специфицирующими ячейку решетки. Эти
вектора связывают центры прилегающих
отверстий каналов (рис. 4.2).
Рис. 4.2. Конфигурация отверстий для четырех разных коллиматоров с параллельными каналами. Для каждого вида ячейки решетки показаны базисные векторы [1]
В большинстве случаев из формы поперечного сечения канала естественно вытекает структура решетки. Однако, хотя круглые отверстия могут располагаться как в квадратной, так и в гексагональной решетке, они обычно размещаются в гексагональной, так как это максимизирует площадь отверстий на лицевой поверхности КПК.