Одна из основных задач – локализация источника испускания γ- квантов в биологическом объекте. γ-диагностика используется в поисках локальных образований. - презентация

1 Одна из основных задач – локализация источника испускания γ- квантов в биологическом объекте. γ-диагностика используется в поисках локальных образований опухолей (уплотнений). РФП (γ-источник) вводится в организм и концентрируется в области злокачественных образований. Детектор γ- квантов позволяет локализовать место образования. Один из таких возможных приборов может быть выполнен в виде детектора для регистрации γ-квантов. Для указанных задач необходим детектор γ-квантов в области энергий 60 ~ 600 кэВ. Радионуклидная γ - диагностика

2 СцинтилляторСветовыход относительно световыхода [NaI(TI)] Эфф.Zt, nsλmax, nm ρ, г/см 3 NaI(Tl) ,67 LYSO1, ,3-7,4 LSOДо ,41 BGO0, ,13 LaBr 3 Ce1, ,3 Проанализировав, таким образом, сцинтилляционные кристаллы, можно сказать, что наиболее полно, указанным выше требованиям, удовлетворяют кристаллы LYSO, LaBr3Ce. Таблица 1. Параметры сцинтилляторов.

3 SiPM – кремниевый фотоприёмник. Основные параметры, по которым были отобраны твердотельные фотодетекторы: 1.Спектральная характеристика близка к спектру излучающего сцинтиллятора; 2.Высокая квантовая эффективность ~ % ; 3.Коэффициент усиления ~ 10^5 – 10^6; 4.Напряжение питания от 20 до 100 В.; 5.Габариты: 3х3мм; 6.Нечувствительность к магнитным полям; 7.Уровень шумов 1 МГц (порог 0,5 фотоэлектрон), 0,12МГц (порог 1,5 фотоэлектрон)

4 В данной работе, использовались фотоприёмники (рис.1)и сцинтилляторы (рис.2) со следующими спектральными характеристиками: Рис.1. Спектральные характеристики фотоприёмников. 1 – SiPM Hamamatsu,2 – SiPM MAPD-3, 3 – ФЭУ Hamamatsu. Рис.2. Спектральные характеристики сцинтилляторов. 1 – NaI, 2 – LSO, 3 – LYSO, 4 – BGO, 5 - LaBr3:Ce.

5 ФотоприёникUсм,VIg, mkAλ, nm Эффективность, % Колличество ячеек, pixl/mm2 ФЭУ Hamamatsu152, SiPM Hamamatsu (3x3) mm2 72,472,41, SiPM MAD-3 Zecotek (3x3) mm2 90,50, Таблица 2. Параметры фотоприёников.

6 Экспериментальная установка. На рис.3. приведена схема экспериментальной установки, с помощью которой проводились измерения. Рис.3. SiPM- фотодиод; сцинтиллятор – LYSO, LaBr3Се; Att.-аттенюатор; У.- усилитель; Л.Р.- линейный разветвитель; Л.З.- линия задержки;Д.- дискриминатор; QDC-ЗЦП (Lecroy2249).

7 Источни к Период полу- распад а Энергия Е γ,, кэВ Интенсивность излучения, % Сопутствующее излучение Активность, расп./с 137 Сs30 лет661,685γ, β~ Am 432,2 года 6036γ, β~ м Тс6 часов14080γ~ 3÷10*10 8 В качестве источников гамма – излучения использовались стандартные лабораторные источники 137Cs и 241Am. Характеристики источников приведены в таблице 3. Таблица 3. Характеристики источников.

8 Полученные экспериментальные данные. Ист. 137 Сs (662кэВ) ER=8% Ист. 241 Am (60kэВ) ER=28% Ист. 137 Cs (662кэВ) ER=13% Ист. 241 Am (60kэВ) ER=44% Спектры SiPM Hamamatsu 3х3; Сцинтиллятор LaBr 3 :Ce ;Сцинтиллятор LYSO ; Рис.4. Экспериментальные спектры.

9 Таблица 3. Результаты экспериментальных измерений. Фотоумножитель кристалл LaBr 3 :Ce 137 Cs 241 Am ER,%N1/N2(фотопик)ER,%N1/N2(фотопик) ФЭУ Hamamatsu SiPM Hamamatsu SiPM MAPD-3 (Zecotek) SiPM МИФИ SiPM MPPC Hamamatsu Фотоумножитель кристалл LYSO 137 Cs 241 Am ER,%N1/N2(фотопик)ER,%N1/N2(фотопик) ФЭУ Hamamatsu SiPM MPPC Hamamatsu SiPM MAPD-3 (Zecotek) SiPM МИФИ SiPM MPPC Hamamatsu

10 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ГАММА-ЛОКАТОРА. Для работы с реальными короткоживущими медицинскими источниками разработан и изготовлен компактный прототип прибора представленный на рис.5. С его помощью проведены измерения при различном расположении детектора относительно коллимированного радиоактивного источника. Результаты измерений приведены на рис.6,7. Время набора 5 секунд с использованием коллиматора диаметром 2мм. Рис.5. Прототип гамма – локатора. Блок электроники с индикацией, детектор.

11 Рис.6. Зависимость количества счета от расстояния между детектором(Д) и γ – источником (Cs 137 )(Р) a – воздух, b – с использованием поглотителя (вода), d - фон. Рис.7. Зависимость количества счета от смещения - γ – источника (Cs 137 )(Р) от центра детектора.

12 Выводы: Кристалл LaBr3:(Ce) является наиболее оптимальным сцинтиллятором для регистрации γ-квантов в диапазоне энергий от 60 до 600 кэВ. SiPM Hamamatsu (new) 3x3 mm2 - оптимальным фотоприёмником. Энергетическое разрешение (ист. Cs 137 (662кэВ), ER=8%; ист. Am 241 (60 кэВ), ER=28%). Отношение сигнал/фон ~ 3000 (в области фотопика 662кэВ). LYSO имеет энергетическое разрешение (ист. Cs 137, ER=13%; ист. Am 241 (60кэВ), ER=44%). Отношение сигнал/фон ~ 20 (в области фотопика 662кэВ ).