ГАММА-ЛОКАТОР ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ ИСТОЧНИКА ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к радионуклидной диагностики в области онкологии. Радионуклидная диагностика - это самостоятельный раздел лучевой диагностики и радиологии в частности, предназначенный для распознавания патологических изменений органов и систем человека с помощью радиофармацевтических препаратов.
Известно устройство Surgical gamma probe with TlBr semiconductor for identification of sentinel lymph node, описанное в статье da Costa, F.E., Nuclear Science Symposium Conference Record, 2005 IEEE, 2890-2894 pages. Это хирургический гамма-зонд, где в качестве сцинтиллятора используется T1Br кристалл.
Недостатком такого устройства является необходимость применения хирургического вмешательства, недостаточная точность, чувствительность к магнитным полям, недостаточная помехоустойчивость к шумам фотоумножителя, маленький световыход сцинтилляционного кристалла, и зависимость скорости счета от температуры.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство, описанное в статье Georgiou, M., Evaluation of an imaging gamma probe based on R8900U-00-C12 PSPMT, Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), 2011 IEEE, 4020-4023 pages, принятое за прототип. Это гамма-зонд на основе R8900U-00-C12 позиционно-чувствительного фотоэлектронного умножителя, соединенного с сцинтиллятором, в качестве которого используется CsI (T1) кристалл, и параллельным коллиматором общего назначения.
Недостатком прототипа является маленький световыход сцинтилляционного кристалла, чувствительность к магнитным полям и зависимость скорости счета от температуры.
Технический результат направлен на создание устройства для радионуклидной диагностики для распознавания патологических изменений органов и систем человека с помощью радиофармацевтических препаратов.
Технический результат по пунктам 1-7 формулы полезной модели (вариант 1) достигается созданием гамма-локатора для локализации источника ионизирующего излучения, содержащего схему включения, схему питания, подключенную к каждому элементу системы через шину SPI, детектирующий элемент, усилитель, компаратор, цифро-аналоговый преобразователь, логический анализатор FPGA, интерфейс передачи данных, при этом детектирующий элемент помещен в коллиматор, в качестве детектирующего элемента используется полупроводниковый кристалл. Защита от рассеянного излучения и фоновой активности окружает детектирующую часть с боковых сторон и формирует узкое поле зрения детектора для улучшения отношения сигнал-шум.
3
3
Технический результат по пунктам 8-16 формулы полезной модели (вариант 2) достигается созданием гамма-локатора для локализации источника ионизирующего излучения, содержащего схему включения, схему питания, подключенную к каждому элементу системы через шину SPI, детектирующий элемент, усилитель, компаратор, цифро-аналоговый преобразователь, логический анализатор FPGA, интерфейс передачи данных, при этом детектирующий элемент помещен в коллиматор и состоит из кристалла LaBr:Ce и фотоэлектронного умножителя, в качестве которого используется кремниевый фотоумножитель SiPM. Защита от рассеянного излучения и фоновой активности окружает детектирующую часть с боковых сторон и формирует узкое поле зрения детектора для улучшения отношения сигнал - шум. Кристалл LaBr:Ce был выбран в качестве сцинтиллятора, т.к. он имеет следующие характеристики:
- высокая эффективность регистрации (на уровне эффективности регистрации NaI);
- негигроскопичность сцинтиллятора, т.е. возможность работать с ним на открытом воздухе без дополнительной защиты кристалла от влаги;
- высокое значение эффективного атомного номера;
- небольшое время высвечивания.
В качестве фотодетектора гамма-локатора выбран SiPM, т.к. он обладает следующими характеристиками:
проб
пр
- рабочее напряжение лежит приблизительно на 2 В выше чем U (пробойное напряжение), a U составляет всего десятки Вольт;
- превосходное отношение сигнал/шум (ОСШ) по сравнению с обычными лавинными фотодиодами;
- не повреждается от избыточного света;
- выносливые (прочные) и стабильные;
- минимальные требования к электронике;
- малый разброс коэффициента усиления (менее 10%);
- невысокая чувствительность коэффициента усиления к изменению температуры и напряжения питания (к изменению температуры ~3% на 10°C; к изменению напряжения смещения ~1% на 30 мВ);
- возможность регистрации наносекундных вспышек света без искажения формы детектируемого импульса;
- возможность работы, как в режиме счета импульсов, так и в спектрометрическом режиме;
- хорошее временное разрешение (десятки пикосекунд);
2
2
2
- компактность (размеры чувствительной области SiPM - 1 мм, 9 мм, 25 мм).
Технический результат по пунктам 17-23 формулы полезной модели (вариант 3) достигается созданием гамма-локатора для локализации источника ионизирующего излучения, содержащего схему включения, схему питания, подключенную к каждому элементу системы через шину SPI, детектирующий элемент, усилитель, компаратор, цифро-аналоговый преобразователь, логический анализатор FPGA, интерфейс передачи данных, при этом детектирующий элемент помещен в коллиматор, в качестве детектирующего элемента используется матрица сцинтилляционных кристаллов, соединенная с матрицей кремниевых фотоумножителей. Защита от рассеянного излучения и фоновой активности окружает детектирующую часть с боковых сторон и формирует узкое поле зрения детектора для улучшения отношения сигнал-шум.
Технический результат по пунктам 24-31 формулы полезной модели (вариант 4) достигается созданием гамма-локатора для локализации источника ионизирующего излучения, содержащего схему включения, схему питания, подключенную к каждому элементу системы через шину SPI, детектирующий элемент, усилитель, компаратор, цифро-аналоговый преобразователь, логический анализатор FPGA, интерфейс передачи данных, при этом детектирующий элемент помещен в коллиматор, в качестве детектирующего элемента используется матрица чувствительных элементов. Защита от рассеянного излучения и фоновой активности окружает детектирующую часть с боковых сторон и формирует узкое поле зрения детектора для улучшения отношения сигнал-шум.
В частном случае, в вариантах 1, 2, 3, 4, коллиматор предлагается выполнить из свинца или вольфрама, в том числе схема включения гамма-локатора для локализации источника ионизирующего излучения представляет собой:
- герконовый датчик;
- механический переключатель;
- сенсорную поверхность;
- инфракрасный датчик расстояния.
Схема включения, представленная одним из выше указанных способов, необходима для активации схемы питания.
Пример конкретной реализации предлагаемого устройства в общем виде представлен на Фиг. 1 и состоит из: детектирующего элемента 1, помещенного в коллиматор 2, усилителя 3, компаратора 4, логического анализатора FPGA (англ. field-programmable gate array - схема логических элементов, программируемая в условиях эксплуатации) 5, интерфейса передачи данных 6, цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 7, шины SPI (англ. Serial Peripheral Interface, SPI bus - последовательный периферийный интерфейс) 8, схемы питания 9 и схемы включения 10. Схема включения 10 соединена со схемой питания 9, которая подключена к каждому элементу системы через шину SPI 8.
Пример реализации 1 варианта детектирующего элемента предлагаемого устройства представлен на Фиг. 2 и представляет собой полупроводниковый кристалл 11.
Пример реализации 2 варианта детектирующего элемента предлагаемого устройства представлен на Фиг. 3 и представляет собой сцинтиллятор 12, соединенный с фотоэлектронным умножителем 13.
Пример реализации 3 варианта детектирующего элемента предлагаемого устройства представлен на Фиг. 4 и представляет собой матрицу сцинтилляционных кристаллов 14, соединенную с матрицей кремниевых фотоумножителей 15.
Пример реализации 4 варианта детектирующего элемента предлагаемого устройства представлен на Фиг. 5 и представляет собой матрицу чувствительных элементов 16.
Устройство представляет из себя портативный детектор гамма-квантов, позволяющий диагностировать неглубокие злокачественные новообразования при использовании радиофармпрепаратов (РФП, препарат, содержащий радиоактивные короткоживущие изотопы или их соединения с различными неорганическими или органическими веществами, предназначенный для медико-биологических исследований, радиоизотопной диагностики и лечения различных заболеваний), вводимых (внутривенно, подкожно, ингаляционно, через пищеварительную систему) в организм. РФП способен избирательно накапливаться в органах и тканях, пораженных злокачественным новообразованием, что и происходит по прошествии характерного для данного РФП отрезка времени. Излучение, испускаемое радиоактивным изотопом, входящим в состав РФП, можно зарегистрировать при помощи гамма-локатора: скорость счета гамма-квантов будет максимальной в точке расположения опухоли. Таким образом, можно диагностировать опухоль и ее местоположение в организме, которое определяется как область повышенной концентрации РФП. Источник гамма-квантов располагается напротив детектирующего элемента 1, помещенного в коллиматор 2, сигнал с которого идет на ЦАП 7. Далее аналоговый сигнал подается на усилитель 3, соединенный с компаратором 4. После чего передается на логический анализатор FPGA 5 и интерфейс передачи данных 6. Схема включения 10, соединенная со схемой питания 9 через шину SPI 8 подключена к каждому элементу.
Таким образом, техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является детектор гамма-излучения, предназначенный для диагностики онкологических заболеваний.