регистрация /  вход

Устройства для гамма-интроскопии (стр. 1 из 2)

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 g-излучение, а во втором также и b- или a-излучение, которые имеют большую энергию и меньшую проникающую способность, чем g-излучение.

Наиболее важными для диагностики параметрами РН являются энергия g-кванта, активность РН и период полураспада. Энергия g-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 99 m Tc, индий 113 m In и йод 131 I. Два первых радионуклида дают только g-излучение. Главной областью их применения является визуализация g-изображений. Индекс "m" означает "метастабильный". От обычных изотопов метастабильные отличаются более высокой внутриядерной энергией, которую они теряют вместе с

g-квантом. Изотоп 131 I кроме g-излучения дает еще и b-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 99 m Tc и 113 m In. Короткоживущие нуклиды получают из первичных относительно долгоживущих изотопов, которые называют материнскими, а получаемые изотопы называют дочерними. В табл.1 приведены параметры 99 m Tc и 113 m In 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 NH4 MoO4 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 99 Мо захватывает электрон и перемещается из шестой группы таблицы Менделеева в седьмую, становясь технецием 99 m Тс. При этом он входит в соединение Na(99 m ТсО4 ) – 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 99 Мо – в виде раствора NH4 MoO4 . Схема генератора для получения 99 m Тс из 99 Мо показана на рис 1. Он основан на хроматографическом методе разделения веществ.

Технеций 99 m Тс применяется в 90% всех диагностических процедур в ядерной медицине. Это объясняется его короткоживучестью, малой энергией g-кванта и относительной простотой получения. С помощью 99 m Тс 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 99 m Тс и индия 113 m In в ядерной медицине широко применяют и много других изотопов:

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

хром 51 Cr – в гематологии;

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

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

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

75 Se, 32 P – 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 a-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 a-частицами, энергия которых велика ( во втором случае при поглощении нейтрона литий распадается с выделением a-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 4×106 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.

Рисунок 2. Камера для выращивания кристаллов NaI(Tl).

Кристалл 1 вытягивают из расплава смеси 99% NaI и 1% Tl. Исходное сырье плавится в платиновом тигле 2. Применение такого дорогого материала объясняется чрезвычайной агрессивностью расплава NaI, которой не выдерживает никакой другой материал. Температура плавления 924 К, или 650о С, указанная в табл.1, относится, вообще говоря, к NaI. Температура плавления таллия меньше. В процессе плавки он испаряется и его приходится постоянно добавлять.

Нагрев печи обеспечивается двумя нагревателями – боковыми 3 и нижним 4, вмонтированными в футеровку печи. Сырье поступает через питатель 5 в периферийную часть тигля, которая отделена от центральной части ситом 6, отсеивающим посторонние включения.

Для формирования кристалла используют затравку 7 – твердый кристалл NaI(Tl), прикрепляемый к держателю 8. Затравку приводят в соприкосновение с расплавом сырья в момент термодинамического равновесия (когда жидкая фаза не кристаллизуется, а твердая – не плавится). Кристаллодержатель и тигель вращаются в одну или в разные стороны для усреднения температурных полей. При этом кристалл медленно вытягивается из расплава.


Дарим 300 рублей на твой реферат!
Оставьте заявку, и в течение 5 минут на почту вам станут поступать предложения!
Мы дарим вам 300 рублей на первый заказ!