Медицинский дозиметр ионизационного излучения на основе сцинтилляционного детектора

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к дозиметрам ионизирующего излучения для измерений на поверхности кожного покрова, в полостях органов и тканях.
Основной принцип лучевой терапии - излечение опухоли при максимальном снижении дозовых нагрузок на органы и ткани. Поэтому необходимо реализовать такой режим облучения, который обеспечит рекомендуемую поглощенную дозу ионизирующего излучения в объеме опухоли и минимальную величину дозы в окружающих тканях и критических органах, по крайней мере, меньшую, чем толерантная доза для этих тканей. По статистике, в различных областях онкологии от 15 до 30% осложнений вызваны ошибками в реализации режима облучения.
3
Использование в клинической практике заявляемого устройства позволяет получить достоверную информацию об истинном значении мощности дозы (дозы) в объеме мишени от 0,3 см при планировании и во время процедуры лучевой терапии в реальном режиме времени и, таким образом, своевременно корректировать режим облучения.
3
3
3
Известны дозиметры гамма-излучения, имеющие детектор из неорганического сцинтиллятора с фоточувствительным элементом (фотоэлектронным умножителем или фотодиодом) и блок электронной обработки сигналов [1-3]. Кристаллы сцинтиллятора (щелочно-галоидные кристаллы или кристаллы на оксидной основе) имеют обычно цилиндрическую форму диаметром от 10 до 150 мм и высотой от 10 до 150 мм, или они имеют кубическую форму 10×10×10 мм при фото диодной регистрации. Эффективность регистрации гамма-излучения такими детекторами достаточно высока. Однако сцинтилляционные детекторы [1-3] не пригодны для использования в клинической практике в виду больших габаритов, что делает невозможным их использование при измерениях в малых объемах мишени (порядка 1 см). Кроме того, точность измерения превышает 10%, плотность этих детекторов более 5 г/см, что нарушает требования по «тканеэквивалентности» детектора (плотность человеческого тела в среднем принимается в 1 г/см).
В качестве прототипа принят дозиметр ионизирующего излучения, содержащий детектор в виде оптоволоконного пластикового сцинтиллятора, оптическое волокно для транспорта света, светоизолирующую оболочку, кремниевые фотоумножители и блок регистрации и обработки [4].
Недостатками прототипа является следующее:
- дозиметр предназначен для измерения слабых дозовых полей (порядка 10 мкГр/сек), блок регистрации работает в «счетном» режиме импульсов фотоумножителя, в то время как в практической лучевой терапии величина мощности дозы может составлять от 0,5 Гр/сек и выше (при мощностях дозы от 0,5 Гр/сек и выше передние и задние фронты «световых» импульсов фотоумножителя сливаются, счетный режим блока регистрации импульсов становится неэффективным, сигнал переходит в стадию «насыщения», нарушается линейная зависимость количества световых импульсов от мощности дозы);
- при измерениях с энергией частиц более 200 кэВ в оптическом оптоволокне для транспорта света возникает «Черенковское свечение», что вносит существенную погрешность в точность измерения;
- при передаче светового сигнала на большие расстояния (десятки метров) происходят существенные потери силы света в оптическом волокне,
- оптическое волокно обладает механическими характеристиками (хрупкость, жесткость, ограниченный радиус допустимого изгиба), которые затрудняют его использование в процедурных кабинетах, когда за смену происходят десятки манипуляций с детектором. Задача полезной модели - увеличить диапазон измеряемой мощности дозы, повысить точность измерений, упростить эксплуатацию дозиметра медперсоналом.
Технический результат достигается тем, что детектор ионизирующего излучения, содержащий пластиковый оптоволоконный сцинтиллятор (диаметром 0.5-5 мм), который с помощью клея или механических креплений с одной стороны соединен с оптическим волокном, а с другой стороны с помощью клея или механических креплений с кремниевым фотоумножителем, который подключен к блоку регистрации и обработки сигналов, согласно полезной модели отличается тем, что дополнительно содержит второе оптическое волокно для измерения «Черенковского» свечения, равное по длине первому (длина оптических волокон составляет (20-100 см), оптические волокна помещаются в светоизолирующую оболочку и с помощью клея или механических креплений соединяются с кремниевыми фотоумножителями не в блоке регистрации, а в промежуточном миниатюрном корпусе, на котором установлен микроразъем для подключения кабеля блока регистрации и обработки сигнала, при этом обработка сигнала фотоумножителей осуществляется в режиме измерения тока. Представленная модель позволяет:
- увеличить диапазон измерения мощности дозы;
- учесть вклад «Черенковского» свечения в общий сигнал фотоумножителей, за счет чего существенно увеличить точность измерения (вклад в общий сигнал «Черенковского» свечения достигает 15%);
- минимизировать длину оптического волокна, что позволяет сократить потери светового сигнала и упростить эксплуатацию детектора медперсоналом.
На фиг. 1 изображена функциональная схема дозиметра.
На фиг. 2 представлена фотография сцинтилляционных детекторов.
Детектор ионизирующего излучения включает в себя оптоволоконный пластиковый сцинтиллятор 1, прикрепленный с помощью эпоксидного оптического радиационно-стойкого клея или механических устройств к оптическому волокну 2. Сцинтиллятор 1 и оптическое волокно 2 помещены в светоизолирующую оболочку 3, в которой дополнительно закреплено оптоволокно 4. Оптические волокна с помощью эпоксидного оптического радиационно-стойкого клея или механических креплений соединены с кремниевыми фотоумножителями 5, 6, расположенными в корпусе 7. Выходы фотоумножителей подсоединены к разъему 8. Разъем 8 с помощью кабеля 9 соединяется с блоком регистрации и обработки сигналов 10.
Устройство работает следующим образом.
Ионизирующее излучение, попадая в чувствительный объем сцинтиллятора 1, производит ионизацию, что приводит к излучению света сцинтиллятором 1. Попадая по оптическому волокну 2 на кремниевый фотоумножитель 5, световой сигнал усиливается и преобразуется в импульс тока. Дополнительное оптическое волокно 4 служит для измерения «Черенковского» свечения, которое в поступает на фотоумножитель 6 и последствии при обработке результатов вычитается из основного сигнала сцинтиллятора 1. Импульсы тока с кремниевых фотоумножителей 5, 6 передаются на блок регистрации и обработки сигнала 10 по кабелю 9. Для устранения шумов и помех корпус 7, и оболочка 3 изготовлены из светоизолирующего материала.
На фиг. 2 представлена фотография дозиметра.
Источник информации:
1. Акимов Ю.К. Сцинтилляционные методы регистрации частиц больших энергий. Изд. МГУ, 1963.
2. Физический энциклопедический словарь, том пятый. Изд. Советская энциклопедия, М., 1966, с. 109.
3. Прибор для измерения нейтронов и гамма-лучей. Патент США 4483808, GolT, 3/06. 1984.
4. Scintillating optical fiber dosimeter, PT106337,
, 2012 http://servicosonline.inpi.pt/pesquisas/GetFasciculo?bole_ano=2013&bole_nume=225&proc_moda=01&proc_nume=106337
Portugal