Многоканальный позиционно-чувствительный детектор позитронно-эмиссионного томографа

• Автор: Башарули, Нукри Валикович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Методологические принципы ПЭТ
1.1. Различные методики ПЭТ-обследований
1.2. Позитроны в ПЭТ
1.3. Фильтрация событий ПЧД
1.4. Пространственное и энергетическое разрешение детекторной системы
1.5. Выводы к главе
2. Конструкция модуля детектора
2.1. Сцинтиллятор ПЧД для ПЭТ
2.2. Фотоумножитель для ПЧД
2.3. Радиоактивные источники в экспериментах
2.4. Электроника полупроводникового детектора и анализ событий
2.5. Зарядочувствительные предусилители
2.6. Выводы к главе
3. Программное обеспечение эксперимента
3.1. Протоколы передачи данных
3.2. Выводы к главе
4. Экспериментальные измерения
4.1. Собственная радиоактивность сцинтиллятора
4.2. Измерение абсолютного световыхода
4.3. Зависимость между светосбором и временем интегрирования
4.4. Счётные характеристики
4.5. Зависимость световыхода от типа светоотражающего покрытия
4.6. Исследование зависимости световыхода и времени высвечивания от концентрации
активных добавок в сцинтилляторе
4.7. Нормировка и калибровка детектора
4.8. Чувствительность детектора
4.9. Время восстановление детекторной системы
4.10. Временные измерения ПЧД на пучке л"-мезонов
4.11. Временные измерения с использованием ПЧД
4.12. Измерение глубины поглощения ПЧД
4.13. Выводы к главе
5. ПЧД на лавинных фотодетекторах
5.1. Результаты исследований экспериментального образца APD
5.2. Сцинтилляционная фибра + JlCell APDg
5.3. TOF-измерения с fJCell APDg с органическим сцинтиллятором
5.4. Измерения в схеме: APDG + фибра + 238Pu
5.5. Измерения APD с неорганическими сцинтилляторами (CdS, ZnS)
5.6. Выводы к главе
Публикации и доклады
Заключение
Основные выводы
Благодарности
Литература
Введение
Актуальность темы. Создание позиционно-чувствительного детектора для регистрации у-квантов с энергией 511 кэВ является одной из ключевых задач разработки отечественного позитрон-эмиссионного томографа (ПЭТ), предназначенного для диагностики на ранней стадии онкологических, неврологических и кардиологических заболеваний. Разрабатываемый детектор должен иметь высокую эффективность регистрации у-квантов для того, чтобы в обследовании можно было использовать радиофармпрепараты с меньшей активностью или с более коротким временем полураспада.
ПЭТ - современная технология для измерений биохимической активности организма, представленной локальной концентрацией радиофармпрепарата в ткани пациента. Полученные при этой технологии изображения отражают физиологические процессы, протекающие на молекулярном уровне. Эта информация может быть использована для характеристики многих жизненно важных процессов, включая метаболизм глюкозы, кровообращение, утилизацию кислорода, на основании чего врачи-клиницисты способны оценить состояние живых органов и тканей. Стремительный интерес к этому методу врачей в нашей стране обусловлен статистикой заболеваний. В отличие от таких традиционных диагностических технологий, как КТ, ЯМР и УЗИ, которые предоставляют информацию об структурных изменениях, ПЭТ даёт возможность оценить функцию органа или ткани, которая в большинстве случаев нарушается раньше, чем появляются структурные изменения.
Путём введения радиофармпрепаратов, содержащих источник позитронов, имеющих тропность к тем или иным живым органам, и последующего изучения распределения этих препаратов в них медики имеют возможность определить малейшие отклонения от их нормального функционирования. Изучение распределения (концентрации) радиофармпрепарата возможно благодаря регистрации аннигиляционных у-квантов. Регистрация происходит при помощи детекторных модулей, состоящих из сцинтилляторов и фотодетекторов. Далее импульс обрабатывается аналоговой и цифровой электроникой для получения

изображения. Подтверждением того, что произошёл факт аннигиляции позитрона, является одновременная регистрация двух у-квантов противоположно расположенными позиционно-чувствительными детекторами. Этого можно добиться с помощью кольца детекторов или медленно вращающейся пары противоположно расположенных детекторов. Последнее решение нуждается в меньшем количестве электроники и детекторов, но требует более продолжительного времени измерений или более высокой дозы радиофармпрепарата.
Данная информация необходима для визуализации концентрации радиофармпрепарата в исследуемом объекте. Размер восстанавливаемого изображения и задачи по обработке данных определяется полем видимости каждого детектора и зависит от геометрии детекторов, их физических характеристик и других факторов.
В онкологии ПЭТ применяется для раннего и точного выявления безопасным путём злокачественных опухолей и их метастазов любых локализаций. Исследование всего тела занимает от одного до двух часов. Метод ПЭТ незаменим при определении стадии и распространённости новообразований, при подборе адекватной терапии, а также в оценке эффективности проведённого хирургического, лучевого лечения и/или химиотерапии. В кардиологии ПЭТ является «золотым стандартом» в диагностике нарушений кровоснабжения и метаболизма миокарда. ПЭТ успешно применяется при уточнении характера изменений в миокарде при ишемической болезни сердца, а также в сложных диагностических случаях, когда данные, полученные другими методами исследования, оказываются сомнительными или противоречивыми, особенно когда пациенту противопоказаны пробы с физической нагрузкой. ПЭТ позволяет оценить жизнеспособность миокарда, точно определять показания к реконструктивным операциям, контролировать состояние миокарда после оперативного вмешательства, подбирать оптимальные дозы лекарственных препаратов, проводить динамический контроль эффективности лечения, верифицировать кардиомио-патию, миокардиодистрофию и т. д. [82]. Существующие ПЭТ-томографы в России достаточно современны, но их мало: ПНИРРИ (Siemens ЕСАТ Exact,

2. Конструкция модуля детектора
Создание детектора для регистрации у-квантов с энергией 511 кэВ является одной из ключевых задач при разработке позитрон-эмиссионного томографа. Одним из необходимых условий является разработка и исследование новых, более совершенных типов детекторов с использованием самых последних достижений в области фотодетекторов, сцинтилляторов и быстродействующей электроники.
В рамках данной работы решались следующие задачи:
- Создание инфраструктуры для проведения расчётных и конструкторско-технологических работ;
- Выбор метрологического оборудования и разработка методики отбора сцинтилляторов ЬбО с требуемыми параметрами, проведение исследований кристаллов, выращенных по различной технологии, оптимизация размеров конструкции одиночного детектора, состоящего из кристалла ЬБО и фотоприёмника;
- Разработка конструкции и технологии изготовления одиночных детекторов и модулей на их основе, а также методики и оборудования для контроля основных параметров и проведения испытаний одноканальных детекторов и детектирующего канала в целом;
- Изготовление двух прототипов ПЧД-детекторов и проведение их испытаний на пучках у-квантов, определение временного, энергетического и пространственного разрешения детекторов;
- Разработка конструкции и технологии изготовления автономной детектирующей секции с системой охлаждения и термостабилизации.
В процессе работы над диссертацией учитывались существующие современные технологии, электронные и алгоритмические решения создания ПЭТ-сканеров, ПЧД-детекторов нового поколения, работающих в режиме счёта оди-