Устройства для гамма-интроскопии (63873)

Посмотреть архив целиком











Устройства для гамма-интроскопии



1. Физические основы и средства радионуклидной интроскопии


1.1 Радионуклиды и радиоактивные фармакологические препараты


Задачей радионуклидной диагностики является исследование человеческого организма с помощью радиоактивных изотопов, или радионуклидов (РН). Они входят в состав специальных веществ – радиоактивных фармакологических препаратов (РФП), которые вводятся в организм через кровеносные сосуды (вены), дыхательные пути или пищеварительный тракт. РФП вместе с кровью, воздухом или пищей разносятся по организму и накапливаются в определенных местах. С помощью приборов определяют их место накопления и интенсивность излучения.

РН в медицинской радиологии используются для диагностики и терапии, причем, в первом случае применяют РН, дающие только -излучение, а во втором также и - или -излучение, которые имеют большую энергию и меньшую проникающую способность, чем -излучение.

Наиболее важными для диагностики параметрами РН являются энергия -кванта, активность РН и период полураспада. Энергия -кванта РН для диагностики обычно лежит в пределах 100 – 360 кэВ. Активность РН измеряется в беккерелях (1Бк равен одному распаду в секунду) и у диагностических РН имеет величину от единиц до нескольких десятков МБк. Разумеется, активность зависит от общего количества РФП. Для диагностики используют РФП в небольших количествах, содержащие короткоживущие изотопы с периодом полураспада несколько суток, часов и даже минут. Это позволяет проводить исследования с малыми дозами облучения. Кроме того, применяют такие РФП, которые быстро выводятся из организма естественным путем.

Результирующая скорость убывания активности зависит от скорости выведения РФП из организма и характеризуется эффективным периодом полувыведения


,


где Т – период полураспада радионуклида, Тб – период полувыведения РФП биологическим путем.

Важным свойством РФП является тропность – способность проникать именно в те органы, которые собираются исследовать. К РФП предъявляют также требования по чистоте – химической, радиохимической и радионуклидной. Химическая чистота РФП определяется наличием в нем посторонних нерадиоактивных веществ. Особое внимание при этом уделяют примесям тяжелых металлов. Радиохимическая чистота определяется долей РН, находящегося в РФП в необходимой химической форме. Радиохимическая чистота – это доля общей активности препарата, обусловленная необходимым РН.

Наиболее широко в радионуклидной диагностике используются технеций 99mTc, индий 113mIn и йод 131I. Два первых радионуклида дают только -излучение. Главной областью их применения является визуализация -изображений. Индекс "m" означает "метастабильный". От обычных изотопов метастабильные отличаются более высокой внутриядерной энергией, которую они теряют вместе с

-квантом. Изотоп 131I кроме -излучения дает еще и -излучение и поэтому используется также и в лучевой терапии.

Источниками получения искусственных радионуклидов служат реакторы, циклотроны и специальные портативные генераторы. Последние являются основными источниками, поставляющими 99mTc и 113mIn. Короткоживущие нуклиды получают из первичных относительно долгоживущих изотопов, которые называют материнскими, а получаемые изотопы называют дочерними. В табл.1 приведены параметры 99mTc и 113mIn и их материнских РН.


Таблица 1 Параметры короткоживущих РН

Дочерний РН

Период полураспада

Энергия, кэВ

Материнский РН

Период полураспада

99mTc

6 ч

140

99Мо

67 ч

113mIn

100 мин

393

113Sn

118 сут


Как видно из табл.1, дочерние изотопы весьма короткоживущие, и готовить их нужно непосредственно перед исследованием.



Раствор NH4MoO4 играет роль элюента 1. Он поступает в разделительную колонку 2, через которую пропускается хлорид натрия. В результате образуется элюат 3, который проходит через фильтр 4 и поступает в герметичный сосуд емкостью около 10 мл. В колонке происходит распад материнского РН. Изотоп 99Мо захватывает электрон и перемещается из шестой группы таблицы Менделеева в седьмую, становясь технецием 99mТс. При этом он входит в соединение Na(99mТсО4) – пертехнетат. Колонка находится в защитном корпусе из свинца 5, вся установка также закрыта защитным кожухом.

Материнские РН поставляют из реакторов в жидкой или газообразной форме, например, молибден 99Мо – в виде раствора NH4MoO4. Схема генератора для получения 99mТс из 99Мо показана на рис 1. Он основан на хроматографическом методе разделения веществ.

Технеций 99mТс применяется в 90% всех диагностических процедур в ядерной медицине. Это объясняется его короткоживучестью, малой энергией -кванта и относительной простотой получения. С помощью 99mТс проводят распознавание опухолей мозга, исследование центральной и периферической гемодинамики, исследование щитовидной железы, костной системы. В 1990 г. было произведено 300000 генераторов технеция. Стоимость таких генераторов достаточно высока (около 300 долл.). Однако основной проблемой здесь является поставка исходного сырья – молибдена.

Кроме технеция 99mТс и индия 113mIn в ядерной медицине широко применяют и много других изотопов:

йод 131I, 132I – для исследования йодного обмена, функции печени и почек;

хром 51Cr – в гематологии;

24Na, 42Ka, 86Rb, 82Br – изучение водно-солевого обмена;

198Au, 111In – легкие, печень, головной мозг;

газообразные нуклиды 133Xe, 75Kr – легкие, центральная и периферическая гемодинамика;

75Se, 32P – исследования в онкологии.

Широко применяются также короткоживущие и ультракороткоживущие изотопы с позитронным распадом. Речь о них пойдет ниже.


1.2 Параметры и технология сцинтилляторов


Качество работы гамма-камеры зависит прежде всего от детекторной системы и ее "сердца" - сцинтиллятора. Поэтому он заслуживает отдельного рассмотрения. Как уже отмечалось выше, в качестве сцинтилляторов детекторных систем применяют NaI(Tl). Однако в некоторых случаях применяют и другие соединения, например, CsI(Na), CsI(Tl) – для счета -частиц, LiF(W) и LiI(Eu) –для счета нейтронов. Параметры некоторых сцинтилляторов в сравнении с NaI(Tl) приведены в табл.3.


Таблица 3 Параметры сцинтилляторов.

Тип сцинтиллятора

NaI(Tl)

CsI(Na)

CsI(неактиви-рованный)

LiF(W)

Плотность, г/см3

3,67

4,51

4,51

2,64

Температура плавления, К

924

894

894

1133

Коэффициент преломления

1,85

1,84

1,95

1,4

Гигроскопичность

да

да

слабая

нет

Длина волны излучения, нм

415

420

310

430

Световой выход, в % к NaI(Tl)

100

85

5 – 6

3 – 5

Время основного свечения, мкс

0,23

0,63

0,01

40


Как видно из таблицы, самый большой световой выход имеет кристалл NaI(Tl). Однако он очень гигроскопичен и требует надежной герметизации. Кристаллы CsI и LiF(W) имеют малый световой выход, но в обоих случаях сцинтилляции вызываются -частицами, энергия которых велика ( во втором случае при поглощении нейтрона литий распадается с выделением -частицы). Все кристаллы существенно тяжелее стекла, а коэффициент преломления у них почти такой же.

Большинство кристаллов излучают синий свет, и только CsI дает УФ излучение. Сцинтилляция характеризуется временем основного свечения и послесвечения, которое составляет несколько процентов от основного. Этот параметр определяет максимально возможную скорость счета. Например, для кристалла NaI(Tl) она составляет около 4106 имп/с, что намного больше встречающейся на практике максимальной скорости счета.

Технология изготовления сцинтилляционных кристаллов весьма сложна, и поэтому стоят они дорого. Производство сцинтилляторов и детекторов для РН диагностики, и в частности, для гамма-камер – чрезвычайно наукоемкая отрасль. Выпуском таких детекторов уже давно занимается научно-производственное объединение НИИ монокристаллов (г. Харьков). Его продукция успешно конкурирует на мировом рынке и экспортируется во многие страны, в том числе, США, Японию и др.

Рассмотрим кратко технологию производства самых распространенных кристаллов NaI(Tl). Кристалл NaI(Tl) выращивают в специальной вакуумной печи (камере). Ее конструкция показана на рис.2.


Случайные файлы

Файл
132401.rtf
54351.doc
177876.rtf
186917.rtf
72755.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.