Радіодіагностичних апаратура - фізико-біологічні основи радіонуклідної діагностики

Незважаючи на різноманітність радіодіагностичної апаратури як за призначенням, так і по фірмам виробникам, вони мають ряд загальних вузлів. Блок схема радіодіагностичних приладу складається з датчика, блоку обробки сигналів, системи зберігання та блоку обробки даних.
Датчики використовуються в приладах для радіонуклідної діагностики, можуть бути сцинтиляційні і іонізаційні. Однак останні мають обмежене застосування, тому в подальшому ми будемо говорити тільки про сцинтиляційних датчиках. Вони складаються з чотирьох основних вузлів: сцинтилятора, фотоелектронного помножувача (ФЕП) і зовнішній підсилювач. Датчики поміщаються в свинцевий кожух і колімуючих. Коліматори зазвичай виготовляються зі свинцю і призначені для обмеження поля зору датчика. Вони характеризуються чутливістю і роздільною здатністю. Чутливість визначає частина реєстрованих квантів від загального числа. Під роздільною здатністю розуміють мінімальну відстань, на якому два точкових джерела реєструються окремо. Залежно від числа отворів коліматори можуть бути одно- і багатоканальні. За формою отвори вони можуть бути циліндричними (якщо діаметр отвору однаковий по всій довжині каналу), фокусирующими (якщо діаметр отвору, спрямований до джерела випромінювання менше діаметра отвору, прилеглого до кристалу) і дівергірующім (якщо діаметр отвору, спрямований до джерела випромінювання більше діаметра отвору , прилеглого до кристалу). Чутливість і роздільна здатність коллиматоров знаходяться в зворотній залежності. Так, наприклад, циліндричний коллиматор з меншим отвором має кращу роздільну здатність, але меншу чутливість, ніж коллиматор з великим отвором. Одноканальні фокусують коліматори володіють кращою роздільною здатністю по глибині, ніж циліндричні і меншою чутливістю. Дівергірующім коліматори мають більш високу чутливість, ніж циліндричні, але менший дозвіл. Призначення сцинтилятора полягає в перетворенні енергії гамма-квантів або часток в енергію фотонів. Сцинтилятори виготовляються з кристалів йодистого натрію, йодистого калію, йодистого цезію, але можуть використовуватися і рідкі сцинтилятори. Найбільшого поширення набули кристали йодистого натрію, активовані талієм. Для колодязних лічильників використовуються кристали з глухим отвором. Залежно від типу сцинтилятора залежить геометрія рахунку і, відповідно, чутливість датчика.
фотоелектронний помножувач служить для перетворення енергії фотонів в електричну енергію. Він складається з фотокатода і ланцюги дінодов, на які подається постійна позитивна напруга. Причому є різниця потенціалів між фотокатодом і кожним наступним дінодамі. Найбільша напруга подається на останній - збирає динод.
Предусилитель необхідний для збільшення електричного імпульсу, що виникає на збирає електроді, перед надходженням його на блок обробки.
Принцип роботи такого датчика полягає в тому, що гамма-квант, взаємодіючи з сцинтилятором, викликає в ньому спалах світла - фотон. Фотон, досягаючи фотокатода ФЕУ, вибиває з нього первинний електрон (фотоелектрон), який, пройшовши через фокусує віконце, направляється до першого дінодамі. При наголосу про динод електрон вибиває з нього кілька вторинних електронів, які під дією різниці потенціалів направляються до наступного дінодамі. При попаданні на нього кожен з електронів вибиває по кілька вторинних електронів і т.д. Таким чином від динода до дінодамі число вторинних електронів збільшується (множиться). Сума електронів на виході ФЕУ дає імпульс струму, що надходить на попередній підсилювач, в якому відбувається деяке посилення сигналу, достатню, щоб він досяг блоку обробки.
У ланцюжку перетворення енергії від гамма-кванта до імпульсу струму є прямо-пропорційна залежність: енергія фотона прямопропорційна енергії поглине гамма-кванта, а амплітуда струму на виході ФЕУ прямо-пропорційна енергії фотона. Таким чином, амплітуда струму на виході датчика прямо пропорційна енергії гамма-кванта на вході. Ця залежність грає важливу роль в подальшій обробці сигналів.
Блок обробки радіодіагностичних приладів складається зазвичай з підсилювача, інтегрального і / або диференціального дискримінатора, вимірювача швидкості рахунку.
І підсилювачі збільшується амплітуда сигналу, що надходить з датчика. Наступною ланкою є інтегральний або диференційний діскрімінатор. Більш часто використовується останній. Диференціальний діскрімінатор дозволяє вибірково реєструвати кванти енергії. Справа в тому. що на вхід дискримінатора надходять не тільки сигнали від РФП, з яким проводять дослідження, але і сигнали від космічного випромінювання, фону місцевості та приміщення, в якому проводяться дослідження, власні шуми підсилювача і інші побічні сигнали. Ці сигнали відрізняються за амплітудою струму, так як виникають від реєстрації квантів різних енергій. Шумові сигнали зазвичай мають низьку енергію і реєструються у великій кількості. Сигнали від космічного випромінювання володіють високою енергією, але виникають досить рідко. Корисні сигнали можуть мати різну енергію, яка залежить від радіонукліда, яким позначений РФП, оскільки при розпаді певного радіонукліда випускаються кванти певної енергії. У загальній масі сигналів корисні становлять невелику частину, тому зміна в кількості корисних сигналів маскується фоновими. Щоб цього уникнути і користуються дискримінатори. В інтегральному режимі роботи на дискримінаторі встановлюється нижній поріг енергії в результаті чого сигнали з амплітудою нижче цього порога не реєструються (відсікаються). У цьому режимі легко прибираються фонові, низько-енергетичні сигнали. Якщо необхідно позбутися не тільки від шумових сигналів, а й від реєстрації квантів інших радіонуклідів, що мають більш низьку або високу енергію, робота ведеться в диференціальному режимі. У цьому випадку на дискримінаторі встановлюється два порога нижній і верхній. Призначення нижнього порога аналогічно роботі в інтегральному режимі, верхній поріг не пропускає сигнали вище певного рівня, тому реєструються сигнали з енергією вище нижнього і нижче верхнього порогу. Цей діапазон енергій називається вікном дискримінації. Величину вікна можна звужувати і розширювати. Зазвичай ширину вікна встановлюють як 30 відсотків від енергії, що підлягає реєстрації. Наприклад, проводять дослідження з РФП, міченим технецій-99м. Все кванти цього радіонукліда мають енергію 140 кев. Ширина вікна складе 140 * 0,3 42 кев. При симетричному вікні нижній поріг встановлюється на рівні 140-21 = 119 кев, а верхній 140 + 21 = 161 кев і в результаті будуть реєструватися гамма-кванти в діапазоні енергій від 119 до 161 кев. Використання диференціального дискримінатора дозволяє збільшити чутливість системи по відношенню до корисних сигналів, що дає можливість зменшити кількість введеного РФП і відповідно-знизити променеве навантаження на пацієнта. При роботі з сумішшю ізотопів, диференційний діскрімінатор дозволяє визначати якісний і кількісний склад суміші. Пропущені дискримінатором сигнали надходять на вимірювач швидкості рахунку, систему зберігання і блок представлення даних.
Система зберігання даних може бути представлена перфострічкою, перфокартою. магнітному стрічкою, магнітним диском і т.д. Вона дозволяє зберігати інформацію проведеного дослідження невизначено довгий час, що дає можливість створювати архів досліджень, передавати інформацію на блок представлення даних, проводити по необхідності додаткову обробку результатів дослідження.
Спосіб представлення даних залежить від типу приладу і розглядався вище.