СФЕРИЧЕСКИЙ ИРИДИЕВЫЙ ИСТОЧНИК НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ
LOW-DENSITY SPHERICAL IRRIDIUM SOURCE

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] В настоящей заявке испрашивается приоритет согласно 119(e) Раздела 35 Кодекса законов США по предварительной заявке на патент США № 62/378,881, поданной 24 августа 2016 г., и по предварительной заявке на патент США № 62/340,777, поданной 24 мая 2016 г., содержание которых включено сюда путем ссылки для всех целей и во всей их полноте.
Область техники, к которой относится изобретение
[0002] Изобретение относится к источнику гамма-излучения, обычно содержащему микрогранулы иридия или сплавы, компаунды или композиты иридия низкой плотности, подвергнутые инкапсулированию, и к способам их производства.
Описание предшествующего уровня техники
[0003] В уровне техники хорошо известны источники излучения различных типов для медицинских, промышленных и других процессов. Однако, поиски дополнительных улучшений продолжаются, в частности, в отношении производственной экономики и характеристик изделий.
[0004] Способ производства источника гамма-излучения в уровне техники раскрыт в PCT/NL2004/000401 (также опубликованном как WO 2004109716 A2) в классе Баккера. Этот способ включает этапы нейтронного облучения дисков из иридия или кобальта и укладки дисков в форме этажерки для формирования цилиндра. Аналогично, из уровня техники известен документ PCT/US2015/029806 (также опубликованный как WO 2015175326 Al) под названием "Device and Method for Enhanced Iridum Gamma Radiation Sources"; немецкий патентный документ DE 19824689 Cl, озаглавленный "Iridium-Containing Molding Useful as a Gamma Radiation Source e.g., For Weld Seam Radiography and Cancer Treatment"; и PCT/US2015/029806, озаголавленном "Device and Method for Enhanced Iridium Gamma Radiation Sources."
[0005] Дополнительно, уровень техники, относящийся к производству металлических сфер, включает патент США № 2,394,727 под названием "Method for Making Small Metallic Spheres", выданный 12 февраля 1946 г., автор Тейлор, и информацию об этом можно найти на следующих сайтах:
[0006]http://www.orau.org/ptp/collection/sources/3mdisk.htm;
и
[0007] http://www.nrc.gov/docs/ML0415/ML041550720.pdf.
Задачи и сущность изобретения
[0008] Следовательно, задача настоящего изобретения заключается в обеспечении усовершенствований радиоактивных источников, используемых для медицинских и промышленных применений. Варианты осуществления изобретения могут решать многие задачи в отношении снижения по сравнению с предшествующим уровнем затрат на изготовление, уменьшенных фокальных размеров(в частности, в отношении источников с цилиндрической геометрией из натуральных иридиевых дисков), повышенного выхода при активации, повышенного выхода (больше выходных кюри/мг, благодаря пониженной плотности), более мягкого спектра эмиссии за счет уменьшенной плотности (то есть, значительно более низкой энергетической эмиссии) и почти сферической или квазисферической геометрии (приводящей в результате к улучшенному качеству изображения), но обычно содержат плоские боковые стороны вокруг окружности, чтобы избежать чрезмерно острых тангенциальных компонент крышки. Дополнительно, в вариантах осуществления этого изобретения может быть сокращена или исключена работа с порошком.
[0009] Представляется, что варианты осуществления предложенного изобретения могут увеличивать эффективность выхода иридия-192 в диапазоне 11-17 процентов, в частности, если источники могут изготавливаться, используя иридий с 50-65-процентной плотностью со сферической геометрией. Это дополнительно может приводить в результате к снижению содержания иридия-192 в источнике на 11-17 процентов и уменьшению годового потребления. Дополнительно, более мягкий выходной спектр в сочетании с почти сферическим фокальным размером может приводить к качеству изображения, приближающемуся к качеству изображения при использовании источников с обогащенным иридием-192. Дополнительно представляется, что это потенциально может приводить к повышенному выходу при активации на 7-11 процентов, а также к общему выигрышу в эффективности на 18-28 процентов.
[00010] Как вариант, если диски из компаунда/сплава/ композита иридия низкой плотности, содержащего иридий-192, после активации могут быть сформованы в сферы или квазисферы, чтобы изготовить сферические или квазисферические источники из иридия-192 низкой плотности, эта концепция может достигать выигрыша по выходу, аналогичного тому, который был достигнут с кольцами из иридия, но без недостатков в отношении качества изображения или фокального размера, присущих источникам с кольцами, уложенным в цилиндрическую конфигурацию в виде этажерки.
[00011] Альтернативно, сферические или квазисферические источники из иридия-192 низкой плотности могут также изготавливаться, используя случайно (или частично случайно) уложенные микрогранулы иридия в сферической или квазисферической полости источника. Это оптимизирует преимущества в отношении выхода и достигаемых результатов.
[00012] Фокальный размер сферического или квазисферического иридия-192 низкой плотности обычно может не превышать размера диагонали традиционной геометрии цилиндрического источника с укладкой в этажерку дисками.
[00013] Полученные в результате источники могут излучать гамма-лучи с меньшей энергией, приводя в результате к улучшенным контрасту изображения и разрешающей способности.
Краткое описание чертежей
[00014] Дополнительные задачи и преимущества изобретения станут очевидны из последующего описания и сопроводительных чертежей, на которых:
[00015] Фиг. 1 - блок-схема последовательности выполнения операций типичного варианта осуществления производственного процесса, соответствующего предложенному изобретению, с предполагаемыми вариациями.
[00016] Фиг. 2 - вычисленные спектральные избыточности гамма-энергии как функция плотности иридия в соответствии с вариантом осуществления предложенного изобретения.
[00017] Фиг. 3 - объемные соотношения цилиндрических укладок в зависимости от сфер, имеющих один и тот же фокальный размер, и типичное увеличение эмиссионной способности и выхода излучения, достигаемые с помощью варианта осуществления предложенного изобретения.
[00018] Фиг. 4 - кассета для укладки, соответствующая предложенному изобретению и вмещающая 362 гранулы иридия.
[00019] Фиг. 5 -сборочный узел мищени облучения, соответствующий предложенному изобретению, содержащий множество кассет для укладки с множеством колец из микрогранул иридия.
[00020] Фиг. 6 - дополнительный вариант осуществления иридиевого источника, соответствующего предложенному изобретению.
[00021] Фиг. 7 - шилтоидные и возоидные твердотельные формы, которые могут использоваться для капсулы в вариантах осуществления предложенного изобретения.
[00022] Фиг. 8 - спектр гамма-излучения, измеренный в осевом направлении, для источников излучения с различной высотой укладки, моделирующей, таким образом, различные плотности (измеренные эмиссионные избыточности совпадают с вычисленными избыточностями на фиг. 3).
[00023] Фиг. 9 - выход осевого источника в зависимости от высоты укладки, моделирующий таким образом различные плотности источника.
[00024] Фиг. 10 - выход сферического или 4π-источника в зависимости от высоты укладки, моделирующий, таким образом, различные плотности источника.
[00025] Фиг. 11 - вид сбоку дополнительного варианта осуществления источника облучения, соответствующего предложенному изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
[00026] Теперь обратимся к подробным чертежам, где на фиг. 1 показаны различные этапы производственного процесса. На этапе 100 микрогранулы иридия формуются посредством капилярной дуги или аналогичных способов или посредством плавления иридиевого порошка или резания кусков проволоки в графитовых формах, используя высокотемпературную печь с атмосферой вакуума или инертного газа. Возможными материалами являются чистый иридий или компаунды, сплавы или композиты иридия, такие как иридий-бор (где, предпочтительно, бор был существенно обеднен в изотопе бора 10 с высоким поглощением нейтронов), иридий-алюминий, иридий-бор-алюминий и любые другие низкоактивируемые присадки, которые могут оптимизировать свойства материалов, чтобы способствовать возможности производства, в то же время снижая объемную плотность.
[00027] Этап 200 использует мишень кольцевой формы для облучения нейтронами микрогранул иридия или компаундов, сплавов или композитов иридия. Обычно это делается в целях активации стабильного иридия природного происхождения (содержащего 37,3% иридия-191 и 62,7% иридия-193) до иридия-192, который может использоваться в качестве источника гамма-излучения в различных медицинских, брахитерапевтических или промышленных процессах. Предполагаются и другие геометрии, содержащие регулярный цилиндр, в котором микрогранулы распределяются фактически равномерно по всему объему.
[00028] Аналогично, хотя предполагается, что микрогранулы обычно являются сферическими или квазисферическими, они могут быть заменены аналогичными цилиндрическими формами (такими как микроцилиндры, которые могут формоваться отрезанием коротких сегментов от цилиндрической проволоки) или эллипсоидами (такими, которые получаются при вращении эллипса вокруг его малой оси, образуя форму типа диска, или при вращении эллипса вокруг его большой оси, образуя форму сигарообразного или дирижаблеобразного типа). В частности, эллипсоид в форме диска может иметь особенно высокую практическую плотность размещения. Дополнительно, в случае микроцилиндров, типичные длина и диаметр могут иметь размер 0,3 мм (как вариант, 0,2-0,5 мм, хотя могут использоваться и другие подобные размеры) и активация посредством облучения нейтронами может проводиться для более длинного отрезка проволоки перед его разрезанием на микроцилиндровые отрезки.
[00029] На этапе 300 облученные микрогранулы (содержащие иридий-192) насыпаются и могут быть провибрированы (или как-либо иначе насыпаны и выгружены или аналогично обработаны) на индексированных поддонах. В некоторых вариантах осуществления, группы микрогранул могут свободно пересыпаться в микробункер для измерения активности (и/или для физического взвешивания и/или оптического подсчета гранул) перед их транспортированием в капсулу источника для заваривания крышки.
[00030] На этапе 400 микрогранулы высыпаются, обычно по весу или по измеренному содержанию активности, в капсулу, такую как, но не ограничиваясь только этим, капсула с внутренней полостью возоидной формы). Как показано на фиг. 7, возоид (термин, придуманный заявителями) формируется посредством вписывания октагона внутрь окружности, сохраняя чередующиеся октагональные стенки, образующие вершину, днище и вертикальные боковые стенки, в то же время сохраняя круговые участки для остальных участков, и последующего вращения результирующей формы вокруг ее вертикальной оси. Подобным образом, шилтоид (термин, придуманный заявителями) формируемый вращением октагона вокруг его вертикальной оси, может обладать подходящей конструкцией для капсулы, соответствующей этому варианту осуществления.
[00031] На этапе 500 крышка запрессовывается в возоидную (или аналогичную) капсулу. Полученный в результате сферический или квазисферический иридиевый источник излучения обычно имеет пониженную плотность по сравнению с предшествующим уровнем техники. Обычно случайная (или частично случайная) плотность укладки микрогранул в полости лежит в диапазоне 48-64%, в зависимости от распределения микрогранул по размеру и по форме, давления упаковки и эффектов стенок (области вблизи стенки полости, где укладка является не случайной и где плотность обычно ниже, чем средняя плотность внутри центра полости). Процесс изготовления сферического или квазисферического иридиевого источника излучения по сравнению с предшествующим уровнем техники дополнительно обычно уменьшает или исключает использование порошка и термохимической обработки для производства дисков.
[00032] На фиг. 2 представлен типичный спектр гамма-энергии, демонстрирующий вычисленные спектральные избыточности как функцию плотности иридия для иридия пониженной плотности в соответствии с упомянутым выше процессом.
[00033] Аналогично, на фиг. 3 можно видеть типичное увеличение эмиссионной способности и выхода излучения по сравнению со 100-процентной плотностью иридия на предшествующем уровне техники и пропорционально более высокую эмиссию при более низких энергиях. Заметим, например, что сфера с 53-хпроцентной плотностью заданного диаметра "d" (такого как 3,82 мм, но не ограничиваясь только этим) имеет на 85 процентов больший объем, чем прямой цилиндр со 100-процентной плотностью с диагональю "d" 3,82 мм. Такой прямой цилиндр имеет высоту и диаметр, равные 2,7 мм (3,82 мм, деленные на корень квадратный из 2,0). Эти размеры совершенно типичны для активных размеров стандартных цилиндрических источников с иридием-192 со 100 кюри и содержащих природный иридий-192. Однако, используемая для ссылки сфера или квазисфера имеет тот же самый фокальный размер и, согласно оценкам, от одиннадцати до семнадцати процентов более высокий выход, чем ссылочный прямой цилиндр (заметим, что относительное увеличение выхода зависит от направления эмиссии и измеряется в осевом, радиальном, 4π или других направлениях). Поэтому, как ожидается, сферический или квазисферический иридий-192 низкой плотности увеличивает выходную эффективность источника в диапазоне приблизительно 11-17 процентов. При ожидаемом увеличении выхода реактора в диапазоне 7-11 процентов, предполагается, что объединенное увеличение выхода реактора и выходной эффективности составит порядка 18-28 процентов.
[00034] На фиг. 4 показана кассета 10 с укладкой или вставкой реактора с мишенью для облучения (обычно изготавливаемая из титана, но могут использоваться и другие металлы или материалы с низкой активацией, совместимые с ядром реактора, в зависимости от применения), соответствующие предложенному изобретению, содержащие внутри приблизительно 362 иридиевых микрогранулы (обычно сферические или квазисферические по форме, с оптимальным диаметром приблизительно 0,4 мм или обычно в пределах 0,25-0,60 мм, и в некоторых применениях могут заменяться микроцилиндрами), причем, в этом примере существует пять колец 12, 14, 16, 18, 20 (концентрических относительно оси вращения кассеты 10, если смотреть сверху, как на фиг. 4, но смещенных по диагонали, как видно на виде сбоку на фиг. 5) с толщиной канала обычно 0,5 мм. В показанном варианте осуществления существуют 90 гранул в самом дальнем от центра кольце, 80 гранул во втором самом дальнем от центра кольце 18, 72 гранулы в третьем самом дальнем от центра кольце 16, 64 микрогранулы во втором самом дальнем внутреннем кольце 14 и 56 гранул в самом дальнем внутреннем кольце 12. Эти количества колец, каналов и размеров могут варьироваться в соответствии с конкретным вариантом осуществления, конструкцией ядра реактора и применением.
[00035] На фиг. 5 показан сборочный узел мишени облучения, соответствующий предложенному изобретению, имеющий форму пустотелой цилиндрической структуры, содержащей множество кассет 10 для укладки иридиевых микрогранул (которые могут быть сферическими, квазисферическими или цилиндрическими). В показанном варианте осуществления от десяти до двадцати кассет 10 могут укладываться друг на друга в виде этажерки для получения в общей сложности 3620-7240 гранул 50. Диагональное смещение колец создает коническую форму, обеспечивая, таким образом, функцию гнездного типа, позволяющую соседствующим кассетам 10 входить в зацепление друг с другом, в то же время распределяя микрогранулы внутри сборочного узла мишени так, что они не экранируют ненужным образом друг друга от потока нейтронов в ядре реактора. Дополнительно, концентрическая апертура 22 в центральной платформе 24 кассеты 10 позволяет зацепление с помощью вертикального стержня 60 во время загрузки микрогранул 50 в кассету 10 или во время загрузки кассет 10 в сборочный узел 80 мишени облучения. Также, эти количества могут варьироваться в соответствии с конкретным вариантом осуществления и применением. Конструкция, размеры и общая масса загружаемого сборочного узла мишени могут варьироваться в зависимости от выбора реактора и нейтронного потока, используемого для активаций.
[00036] На фиг. 6 показан дополнительный вариант осуществления иридиевого источника 90, соответствующего предложенному изобретению. В этом варианте осуществления случайно (или частично случайно) уложенные микрогранулы иридия (или иридия-192 в виде сплава низкой плотности, компаунда или сплава или композита, который формуется в сферу, квазисферу или цилиндр) находятся в сферической или квазисферической полости 91 источника, которая показана заполненной микрогранулами, микрокапсулами или микроцилиндрами. После активации алюминий или другие неорганические связующие материалы могут использоваться для фиксации микрогранул, микрокапсул или микроцилиндров внутри источника 90. Это, как ожидается, должно оптимизировать преимущества по выходу, а также контрастности и разрешающей способности изображения, давая в результате более высокую выходную эффективность на 11-17 процентов. Фокальный размер сферического или квазисферического источника иридия-192 низкой плотности, который равен максимальному внутреннему размеру полости, должен быть не больше, чем диагональ цилиндрического источника с уложенными этажеркой дисками. Оптимальная плотность иридия в активной вставке лежит в диапазоне 30-85 процентов плотности от 100-процентной плотности чистого иридия. Дополнительные оптимальные диапазоны плотности содержат 40-70 процентов от 100-процентной плотности чистого иридия и 50-65 процентов от 100-процентной плотности чистого иридия.
[00037] Альтернативный вариант осуществления содержит иридий-191 в форме металла, сплава, компаунда или композита, который перед нейтронным облучением формуется в диск или кольцо или в другую тонкую плоскую форму, толщиной менее 0,5 мм, так чтобы он мог активироваться в традиционных канистрах мишеней активации и затем сжиматься, прессоваться, спекаться или как-либо иначе формоваться в сферу или квазисферу после активации.
[00038] Дополнительный альтернативный вариант осуществления источника 90 облучения, показанного на фиг. 11, содержит иридий-191 в форме металла, сплава, компаунда или композита с указанным выше оптимальным диапазоном плотности иридия в активной вставке (выбирается из 30-85 процентов, 40-70 процентов или 50-65 процентов), в которой участки 92, 94 полудисковой формы, полуэллиптической формы или со скругленными краями располагаются на каждом конце укладки из плоских дисков 96. Диски 96 оптимально могут иметь толщину 0,25 мм или выше до максимум 0,5 мм, чтобы максимизировать эффективность активации и минимизировать самоэкранирование от нейтронов во время активации. Криволинейные концевые участки 92, 94 оптимально могут иметь толщину приблизительно 0,5 мм в центре или до максимум 0,75 мм в центре, чтобы максимизировать эффективность активации и минимизировать самоэкранирование от нейтронов во время активации. Это формирует цилиндр с изогнутыми краями (аналогично куполообразной возоизной или шилтоидной форме). Хотя такая геометрия является менее сферической по форме, чем предпочтительные формы, она может иметь другие преимущества. Может стать возможным выполнение традиционных облучений дисков, используя традиционную геометрию мишени облучения.
[00039] На фиг. 8-10 показаны испытания, при которых использовались различные количества дисков, чтобы моделировать эмиссию иридия с 30-типроцентной, 64-хпроцентной и 100-процентной плотностью. То есть, испытания проводились, соответственно, с 5, 11 и 17 уложенными в виде этажерки дисками, причем диски имели толщину 0,125 мм.
[00040] Следует ожидать, что иридий с более низкой плотностью будет излучать гамма-лучи с существенно более высокой избыточностью на конце спектра эмиссии с низкой энергией. На фиг. 8 показан гамма-спектр, полученный в осевом направлении от трех источников (5, 11 и 17 дисков). Фиг. 8 подтверждает, что источник с 5 дисками, моделирующий внутреннее самопоглощение тридцатипроцентной теоретической плотности (относительно геометрии чистого, со стандартной фокальностью твердотельного иридиевого источника), представленный самыми верхними тремя графическими линиями, излучал на 48 процентов более высокую избыточность при 288-316 кэВ, на 26 процентов выше при 468 кэВ и на 18 процентов выше при 589-612 кэВ по сравнению с источником с 7 дисками (показано тремя самыми нижними графическими линиями). Аналогично, источник с 11 дисками, моделирующий 64-хпроцентную плотность, представленный в середине тремя графическими линиями, излучал на 18 процентов более высокую избыточность при 288-361 кэВ, на 7 процентов выше при 468 кэВ и на 6 процентов выше при 589-621 кэВ.
[00041] Относительная эмиссионная избыточность определялась путем измерения площади под каждым фотопиком. Традиционным образом это делалось, суммируя отсчеты под каждым пиком и вычитая площадь в форме клина под тангенциальной базовой линией каждого пика.
[00042] Более мягкий спектр сферического источника из иридия-192 низкой плотности, как ожидалось, должен улучшить качество рентгеновского изображения по сравнению с традиционными иридиевыми источниками. Известно, например, что спектр селения-75 с меньшей энергией значительно улучшает качество изображения по сравнению с иридием-192 при наличии рентгеновских подложек из стали с толщиной меньше 40 мм. Результаты испытания с традиционным пенетрометром были таковы, что источник с пятью дисками (моделирующими 30-типроцентную плотность) обычно имел разрешение признаков на 4 процента меньшее по среднему значению, чем источник с 17 дисками (моделирующий 100-процентную плотность), и что источник с одиннадцатью дисками обычно имел разрешение признака на 1,5 процента меньше по среднему значению, чем источник с 17 дисками (моделирующий 100-процентную плотность).
[00043] Результаты измерений осевой мощности дозы были получены для описанных выше конфигураций с пятью, одиннадцатью и семнадцатью дисками. Выходная активность для диска была представлена графически относительно количества дисков в конфигурации. Как показано на фиг. 9, конфигурация с семнадцатью дисками имела осевой выход 9,9 кюри на диск, тогда как конфигурации с одиннадцатью и пятью дисками имела осевой выход 11,6 и 13,1 кюри/диск, соответственно.
[00044] Крутой наклон графика на фиг. 9 указывает, что выход в расчете на один диск для источников (то есть, выходная эффективность), измеренный в осевом направлении, значительно увеличивался, когда высота укладки уменьшалась от 17 дисков до 11 дисков и 5 дисков, моделируя 64-процентную плотность и 30-процентную плотность, соответственно. Это подтверждает, что уменьшение высоты укладки и, следовательно, снижение плотности, значительно увеличивает выходную эффективность. Осевой выход в расчете на один диск источника из пяти дисков и одиннадцати дисков увеличивался на 32 процента и 17 процентов, соответственно, по отношению к источнику с семнадцатью дисками (то есть, со 100-процентной плотностью). Наклон на фиг. 9 указывает, что осевое самоэкранирование составляет приблизительно 2,03 процента в расчете на диск, что эквивалентно 16,2 процентов на миллиметр иридия.
[00045] Подобные измерения были проделаны в отношении 4π (сферического) выхода (кюри/диск) в зависимости от высоты укладки и представлены графически на фиг. 10. Выход 4π/диск источников с пятью дисками и одиннадцатью дисками увеличивался на 22 процента и 11 процентов, соответственно, по отношению к источнику с семнадцатью дисками. Наклон графика на фиг. 10 указывает, что осевое самоэкранирование (относительно выхода 4π) составляет приблизительно 1,53 процента/диск или 12,2 процента/миллиметр иридия.
[00046] Изменение высоты укладки с 17 дисков до 11 дисков приводит в результате к снижению общей массы иридия на 35,3 процентов. Было определено, что общий чистый выход уменьшается на 24,3 процентов при увеличении эффективности на 17 процентов. Поэтому подобное уменьшение на 35,3 процентов плотности источника должно, вероятно, как ожидается, дать в результате уменьшение выходных кюри на 24,3 процентов.
[00047] Следовательно, вставки с низкой плотностью в источник с одним и тем же физическим объемом и пониженной массой имеют более высокие выходные показатели эффективности. Однако, хотя из этого следует, что вставки с низкой плотностью в источник с той же самой общей массой иридия и, соответственно, с большими объемами могут иметь более высокие показатели эффективности, обычно, чтобы избежать увеличения фокального размера, необходимо перейти с цилиндрической геометрии на сферическую или квазисферическую. Как показано на фиг. 3, сфера, имеющая тот же самый фокальный диаметр, что и диагональ прямого цилиндра, имеет на 89 процентов больший объем. Такая сфера может, следовательно, иметь массу, равную цилиндру, если имеет 53-хпроцентную плотность. Такая плотность находится в середине практического диапазона для случайной или частично случайной укладки иридиевых микрогранул или для сплавов, компаундов иридия с низкой плотностью или композитов с металлами или керамикой низкой плотности.
[00048] Можно определить, что такой сферический или квазисферический источник из иридия-192 низкой плотности может иметь на семнадцать процентов меньшую массу и активность, но эквивалентный выход относительно традиционного источника с твердотельными (цилиндрическими) дисками размером 2,7 мм х 2,7 мм со стопроцентной плотностью. Можно ожидать, что такой сферический или квазисферический источник с иридием-192 низкой плотности должен иметь пониженные требования к сырьевому материалу (иридий-192) при сохранении выходной активности источника. Дополнительно, можно ожидать, что качество изображения должно улучшиться на два процента за счет более мягкого спектра гамма-излучения, хотя обычно на пять процентов меньший фокальный размер (такой как 3,63 мм по сравнению с 3,82 мм) должен либо улучшать качество изображения, либо позволять уменьшить время экспозиции на десять процентов, перемещая источники на пять процентов ближе к объекту, подлежащему рентгенографированию.
[00049] В добавление к ожидаемому выигрышу в выходной эффективности на одиннадцать-семнадцать процентов, также ожидается, что должен иметься дополнительный выигрыш по производительности активации, если сферический или квазисферический иридий-192 с низкой плотностью имеет пониженное нейтронное самоэкранирование во время облучения. Очевидный выигрыш 15-27 процентов для диапазона плотностей 50-65 процентов был измерен при облучении круговых дисков и оказался близок к предсказанному выигрышу 18-28%, ожидаемому при использовании сферического или квазисферического иридия-192 низкой плотности.
[00050] Самозатухание гамма-лучей внутри цилиндрических источников с иридием-192 зависит от диаметра укладки дисков, высоты диска и плотности электронов дисков в источнике. Иридий является экстремально плотным (22,42 г/куб. см) и имеет одну из наибольших плотностей электронов из всех элементов в периодической таблице и, следовательно, очень высокий коэффициент затухания на счет самоэкранирования. Иридий имеет "первую толщину половинного затухания" равную 1,42 мм. То есть, толщина иридия 1,42 мм приводит в результате к затуханию его гамма-лучей на пятьдесят процентов.
[00051] Чтобы вычислить самоэкранирование, должны быть известны "форма" и "эффективная толщина". "Эффективная толщина" для целей вычисления самозатухания обычно равна половине фактической (или средней) толщины в направлении эмиссии. Некоторыми типичными примерами являются цилиндр, который в отношении осевого направления имеет эффективную толщину, равную 0,5 от высоты укладки; цилиндр, который в отношении радиального направления имеет эффективную толщину, равную 0,3927 от диаметра; цилиндр (с диаметром d и высотой h), который в отношении угла θ, измеренного относительно круглой крышки, имеет эффективную толщину, равную πdh/2(πdsinθ+4hcosθ). Аналогично, среднее сферическое (4π) самоэкранирование прямого цилиндра должно быть равно dh/(d+2h).
[00052] Используя эти значения для толщины экранирования, относительный выход любого иридиевого источника под любым углом эмиссии может быть оценен, используя 1,42 мм как толщину половинного затухания гамма-лучей иридия-192 в иридии.
[00053] Дополнительно заметим, что вычисления являются приближенными, поскольку толщина половинного затухания не является постоянной, а несколько варьируется в зависимости от толщины экранирования, так что последующие значения толщины половинного затухания по мере того, как спектр иридия-192 ужесточается при прохождении через вещество. Однако, эти вычисления обеспечивают достоверные тенденции самоэкранирования как функции плотности, формы и направления излучения и вносят большую определенность в неопределенные измеренные данные, которые могут быть подвержены систематической ошибке и неопределенности калибровки.
[00054] Сфера, имеющая те же самые массу (347 мг) и фокальный размер (3,82 мм), что и прямой цилиндр иридия размером 2,7×2,7 мм, была вычислена и имеет плотность 53,03 процентов. Это может быть типичным для плотности случайно или частично случайно уложенных микрогранул в полости сферического источника.
[00055] Выход этой сферы был вычислен (без учета эффектов действия стенок капсул) со следующими результатами:
[00056] 1. Выход на 24 процента выше, чем осевой выход прямого цилиндра размером 2,7×2,7 мм;
[00057] 2. Выход на 13 процента выше, чем радиальный выход прямого цилиндра размером 2,7×2,7 мм;
[00058] 3. Выход на 8 процентов выше, чем сферический (4π) выход прямого цилиндра размером 2,7×2,7 мм; и
[00059] 4. Выход на 6-8 процентов ниже, чем выход прямого цилиндра размером 2,7×2,7 мм под углом наклона 30-60 градусов (направление наиболее эффективной эмиссии прямого цилиндра, поскольку его средняя толщина является самой тонкой при действии в этом направлении).
[00060] Выход сферических источников должен быть изотропным (одинаковым во всех направлениях), если игнорируются эффекты затухания в стенках капсулы. Однако, выход цилиндрических источников зависит от направления эмиссии. Обычно, короткие укладки (менее семнадцати дисков толщиной по 0,125 мм) излучают больше по оси, чем по радиусу, тогда как высокие укладки (больше семнадцати дисков толщиной по 0,125 мм) излучают больше по радиусу, чем по оси. При промежуточных углах (30-60) градусов вычисления подтверждают, что цилиндрические источники, за исключением очень коротких укладок, имеют более высокое излучение под этими углами, чем по оси или по радиусу.
[00061]Следовательно, на основании как вычисленных, так и измеренных данных ожидается, что сферические источники из иридия-192 низкой плотности могут повышать выходную эффективность источника в диапазоне от одиннадцати до семнадцати процентов при практически применяемых углах эмиссии, обычно используемых рентгенологами. Радиальное направление является направлением, наиболее часто или типично используемым рентгенологами. Однако, для ожидаемого увеличения выходной эффективности источника не может указываться одно значение, поскольку на практике, как ожидается, оно должно варьироваться в зависимости от эффективной плотности и толщины активной вставки в направлении и геометрии измерения.
[00062] Дополнительно, анализ спектра гамма-излучения показал, что сферический источник из иридия-192 низкой плотности может излучать на двадцать процентов больше гамма-лучей с более высокой избыточностью в области фотопиков с пониженной энергией 288-316 кэВ, по сравнению с иридием, обладающим 100-процентной плотностью, приводя в результате к улучшенному на два процента качеству изображения (то есть, при испытаниях было обнаружено, что иридий с низкой плотностью обеспечивает разрешение на 2% больше для мелких признаков по сравнению с иридием со 100-процентной плотностью).
[00063] Таким образом, несколько вышеупомянутых задач и преимуществ решаются и достигаются наиболее эффективным образом. Хотя здесь были подробно раскрыты и описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, следует понимать, что настоящее изобретение этим никоим образом не ограничивается.