CC BY
35
УДК 539.1.074.3
МЕДИЦИНСКИЙ ГАММА-ЗОНД НА ОСНОВЕ СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО КРИСТАЛЛА LaBr3:Ce
А. К. Бердникова1'2, Ф.А. Дубинин2, В. А. Канцеров2
Приведено описание медицинского гамма-зонда для ра-дионуклидной диагностики, выполненного на основе детектора, состоящего из сцинтилляционного кристалла LaBr3:Ce и кремниевого фотоумножителя. Проведено исследование спектрометрических характеристик детектора. Получено энергетическое разрешение 3.6% на линии 662 кэВ, и 10% на линии 140.5 кэВ. Приведено описание технических характеристик разработанного гамма-зонда; показано, что по совокупности характеристик он не уступает лучшим мировым аналогам.
Ключевые слова: гамма-спектрометрия, сцинтилляционный детектор, галогенид лантана, гамма-зонд, радионуклидная диагностика.
Введение. Одним из мощных методов современной клинической медицины является диагностика заболеваний человека путём введения в его организм радиоизотопов, содержащихся в индикаторных количествах в составе специальных радиофармацевтических препаратов (РФП) и визуализация пространственного распределения гамма-излучающих РФП в энергетическом диапазоне 35-662 кэВ для наблюдения и оценки физиологических функций внутренних органов и тканей [1, 2]. В ряде клинических случаев важно проведение радиодиагностического исследования непосредственно во время хирургической процедуры (радионавигационная хирургия [3]). В качестве диагностических приборов в радионавигационной хирургии используются компактные гамма-зонды (gamma probe), предназначенные для локализации областей накопления радиофармпрепаратов в живом организме.
Гамма-зонд на основе сцинтилляционного кристалла LaBr3:Ce. В данной работе использован неорганический сцинтилляционный кристалл LaBr3:Ce цилиндрической формы с диаметром 5 мм, высотой 10 мм, специально выращенный в Институте физики
1 Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", 115409 Россия, Москва, Каширское ш., 31.
2 ФИАН, 119991 Россия, Москва, Ленинский пр-т, 53; e-mail: yagn.anastaia@gmail.com.
твердого тела РАН, г. Черноголовка [4], в сочетании с кремниевым фотоумножителем БеизЬ МлсгоЕС с чувствительной площадью 3x3 мм2. Поскольку кристалл ЬаВг3:Се гигроскопичен, была разработана специальная сборка сцинтилляционного кристалла и кремниевого фотоумножителя, заключенная в единый герметичный алюминиевый корпус. Данная конструкция позволила увеличить светосбор, защитить фотоумножитель от внешней засветки, а сцинтиллятор - от влаги. Спектрометрические характеристики исследовались на установке, схема которой представлена на рис. 1. Спектры регистрировались многофункциональным осциллографом Ьесгоу 620Zi, обладающим возможностью амплитудного анализа импульсов. Для обеспечения питания фотодетекторов использовались источники Актаком АТН-2031 и Ро1ои 1904.
Рис. 1: Принципиальная схема установки.. 1 - сцинтиллятор, 2 - оптическая смазка, 3 - фотоприемник, 4 - анализатор импульсов, 5 - контроль напряжения питания и
тока, 6 - источник питания.
Исследования спектрометрических характеристик детекторной сборки проводились с использованием радиоизотопа Сб-137 (662 кэВ), а также медицинского радионуклида 99тТс, имеющего линию гамма-излучения с энергией 140.5 кэВ. Амплитудные спектры гамма-излучения радионуклидов 99тТс и 137 Сб, измеренные с помощью исследуемой сборки, представлены на рис. 2(а) и (б), соответственно. Энергетическое разрешение составило 10% на линии 140.5 кэВ, и 3.6% на линии 662 кэВ.
Технические характеристики гамма-зонда. Для исследования технических характеристик гамма-зонда на основе сцинтилляционной сборки использовался свинцовый
Рис. 2: Амплитудные спектры радионуклида 99т Тс (а) и радионуклида 137 Св (б), полученные с помощью исследуемой сборки (1 канал = 0.1 мВ).
коллиматор в форме трубки диаметром 14 мм, с толщиной стенки 3 мм, входная часть которого имеет форму усеченного конуса высотой 7 мм. Диаметр входного отверстия коллиматора составляет 4 мм. Испытания технических характеристик гамма-зонда были проведены в соответствии со стандартной процедурой, принятой в мировой практике для медицинских гамма-зондов - протоколом Национальной ассоциации производителей электрооборудования США NEMA NU3-2004 "Руководство по измерению технических характеристик и контролю качества невизуализирующих гамма-зондов" [5]. К числу контрольных параметров гамма-зондов относятся чувствительность, пространственное разрешение, пространственная селективность.
Чувствительность определяется как количество зарегистрированных гамма-квантов на единицу активности гамма-источника, расположенного на определенном расстоянии от гамма-зонда. Чувствительность гамма-зонда пропорциональна произведению геометрической светосилы коллиматора и эффективности регистрации гамма-излучения детектором. Пространственное разрешение определяется как полная ширина на половине высоты (FWHM) координатного распределения скорости счета гамма-зонда вдоль оси, перпендикулярной оси симметрии гамма-зонда. Пространственное разрешение характеризует точность, с которой определяется местоположение локального гамма-источника при помощи гамма-зонда, а также возможность различить два источника гамма-излучения, расположенных вблизи друг от друга. Пространственная селективность - это полная ширина на половине высоты (FWHM) углового распределения скорости счета гамма-зонда (варьируется угол наклона гамма-зонда относитель-
но прямой, соединяющей источник гамма-квантов и центр входного окна детектора). Пространственная селективность определяет поле зрения детектора. Более узкое поле зрения позволяет более надежно выделить полезный сигнал на фоне гамма-излучения от прилегающих мягких тканей.
Измерения были проведены с использованием квазиточечного источника гамма-квантов Со-57 (122 кэВ, 136 кэВ) с активностью 49.1 МБк. В качестве тканеэквива-лентной рассеивающей среды использовалась вода в сосуде размерами 30x30x30 см3. Результаты измерений технических характеристик гамма-зонда представлены в табл. 1 для двух глубин залегания гамма-источника: 30 и 50 мм.
Таблица 1
Технические характеристики гамма-зонда
Среда Чувствительность, имп/(с-МБк) Пространственная селективность, град Пространственное разрешение, мм
Глубина 30 мм
Воздух 1074 ± 33 19.1 ± 1.2 17.8 ± 0.2
Вода 653 ± 26 26.6 ± 1.4 20.3 ± 0.3
Глубина 50 мм
Воздух 514 ± 23 19.5 ± 1.2 25.9 ± 0.4
Вода 249 ± 16 25.1 ± 1.6 31.5 ± 1.0
Результаты экспериментальных испытаний гамма-локатора показали, что по техническим характеристикам он не уступает лучшим мировым образцам гамма-зондов [6].
зЗаключение. Создан медицинский гамма-зонд на основе сцинтилляционного детектора, состоящего из кристалла ЬаБг3:Се и кремниевого фотоумножителя, упакованных в общий герметичный светоизолированный корпус. Исследование спектрометрических характеристик детектора показало, что его энергетическое разрешение составляет 3.6% на линии 662 кэВ и 10% на линии 140.5 кэВ. Приведено описание технических характеристик гамма-зонда, разработанного на основе данного сцинтилляционного детектора; показано, что по совокупности характеристик он не уступает лучшим мировым аналогам.
Работа выполнена при поддержке Программы повышения конкурентоспособности НИЯУ МИФИ.
ЛИТЕРАТУРА
[1] M. Wernick, J. Arsvold, Emission tomography: the fundamentals of PET and SPECT (Elsevier, Academic Press, 2004).
[2] S. P. Povoski, R. L. Neff, C. M. Mojzisik, et al., World J. Surg Oncol. 7, 11 (2009).
[3] G. Mariani et al., Radioguided surgery. A comprehensive team approach (Springer Science+Business Media, LLC, 2008).
[4] А. С. Симутин и др., Приборы и техника эксперимента № 5, 40 (2013).
[5] NEMA NU3 Performance measurements and quality control guidelines for non-imaging intraoperative gamma probes. 2004.
[6] M. Zamburlini, K. Keymeulen, M. Bemelmans et al., Nucl. Med. Commun. 30, 854 (2009).
Поступила в редакцию 6 июля 2016 г.
