اصول طیف سنجی گاما

برای آشكارسازی پرتو گاما، یك بلور یدید سدیم كه یك مقدار خیلی كمی از تالیوم بصورت ناخالصی به آن افزوده شده است  بطور معمول استفاده می شود.

 سایرآشكارسازها از قبیل آشكارساز ژرمانیوم با لیتیم مهاجر  ، ژرمانات بیسموت( ‌BGO)، فلوراید باریم( BaF2)، اكسیردوسیلیكات گادلیم(GSO) و اكسیردوسیلیكات لوتسیم(LSO) نیز برای آشكارسازی سنتیلاسیون مورد استفاده هستند. انتخاب بلور(TlNaI )برای آشكارسازی پرتو گاما در ابتدا بعلت چگالی قابل قبول(3/67g/cm3) و عدد اتمی بالای ید(Z=53) كه باعث ایجاد مؤثر فوتونهای نور( در حدود 1 فوتون نور بازای تقریباً 30eV) بمحض برهمكنش پرتوهای گاما با یك اندازه كمی از تالیوم موجود( % مول 0/1-0/4) می شود. نور تولید شده در بلور مستقیماً از طریق پوشش كردن سطح بیرونی بلور با یك ماده بازتاب كننده مانند اكسید منیزیم یا با استفاده از لوله های نوری بین بلور و لوله PM، به لوله PM هدایت می شود. یدید سدیم جاذب آب و نمگیر بوده و به سبب تغییرات رنگ كه انحراف مسیر انتقال نور به لوله های PM را دربردارد. از اینرو، بلورها بطور سربسته و محكم در یك حفاظ های آلومینیومی محكم مهر و موم شده اند. دمای اتاق نباید بطور ناگهانی تغییر كند، زیرا چنین تغییراتی در دما می تواند باعث ترك خوردن بلور شود. همچنین، از ضربه های مكانیكی در حمل و نقل آنها باید جلوگیری شود، زیرا بلورهای NaI بسیار شكننده هستند.

طیف

اندازه های مختلفی از آشكارسازهای(NaITl) در تجهیزات مختلف مورد استفاده است. در نوع چاهی آشكارسازهایNaI(Tl)، بلور در مركز دارای یك حفره با عمق كافی بمنظور اینكه نمونه مورد شمارش را تقریباً بطور كامل پوشش دهد، دارد. در این بلورها راندمان شمارش بسیار بالا است و نیاز به هیچ موازی سازی نیست. در سوندهای تیروئید و شمارنده های چاهی، بلورهای استوانه ای كوچكتر اما ضخیم تر(7/6×7/6cm یا 12/7×12/7cm) مورد استفاده قرار می گیرند، در حالیكه در تصویربردارهای سنتیلاسیون، بلورهای بزرگترمستطیلی(33-59cm) و نازكتر( 0/64-1/9cm) بكار می روند.

معمولا علاوه بر مناسب بودن آشکار سازهای که به منظور گاما اسپکترومتری و بتا اسپکترومتری بکار می رود تحلیل دقیق داده ها بسیار حائز اهمیت می باشد، چرا که بعنوان مثال ممکن است در برخی موارد تداخل بین پیکهای شاخص دو رادیونوکلید اتفاق بیفتد که در اینصورت مهارت کاربر مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین آشنایی کامل با مراجع و نرم افزارهایی که حاوی اطلاعات تفصیلی برای هر رادیونوکلیدی هستند و نوع تابش ، شدت و درصد فراوانی آنها را بطور کامل ارائه می کنند در تحلیل گاما و بتا اسپکترومتری مهم و اساسی است. با توجه به اهمیت شناسایی کمی و کیفی ناخالصی های رادیونوکلیدی در تولید رادیوداروها لذا موضوع طیف سنجی بسیار مهم  بوده و باید با نهایت دقت انجام پذیرد. کالیبره کردن دقیق تجهیزات بویژه با استفاده از چشمه های استانداردی که حاوی رادیونوکلیدهای مورد نظر بوده و یا حاوی رادیونوکلیدهای که دارای پیکهای شاخص نزدیک به رادیونوکلید مورد نظر باشد بسیار مهم است. تشخیص و تفکیک تابشهای کامپتون و زمینه در تعیین کمی و کیفی رادیونوکلیدها مهم است. 

 


منبع: سایت رادیواکتیو

پرتوپزشکی و درمان بیماری ها

پرتوپزشکی

معرفی گروه پرتوپزشکی مرکز تحقیقات علوم و تکنولوژی در پزشکی دانشگاه علوم پزشكی تهران.

اهداف گروه پرتوپزشکی

گروه پرتوپزشکی در بخش پرتوهای یونیزان، در زمینه آموزش مبانی فیزیك هسته‌ای و رادیوایزوتوپ، تحقیق پیرامون كاربردهای پزشكی پرتوهای یونیزان گاما، اسپكتروسكپی گاما و كار بر روی پروژه‌های مختلف مرتبط با كاربرد پرتوهای یونیزان در زمینه‌های حفاظت، دزیمتری و به خصوص تصویربرداری فعالیت دارد. همچنین  در بخش غیر یونیزان تحت عنوان آزمایشگاه اپتیك و لیزر، فعالیت این بخش بر روی كاربردهای پزشكی سیستمهای اپتیكی و لیزر می‌باشد و همچنین دانشجویان رشته‌های مهندسی پزشكی و فیزیك پزشكی پروژه‌های متعددی را در این آزمایشگاه به انجام می رسانند.

زمینه های فعالیت گروه

- طراحی و ساخت دستگاههای پرتو پزشكی

- تحقیقات در زمینه ارتقاء سیستمها و نرم‌افزارهای پرتو پزشكی

- تحقیقات در زمینه كاربردهای لیزر در پرتو پزشكی

پرتوپزشکی چیست؟

پرتوپزشكی شاخه‌ای از پزشكی است كه در آن تشعشع خواص هسته‌ای نوكلیدهای رادیواكتیو و نوكلیدهای پایدار ، هم برای تشخیص و هم برای درمان امراض بكار می‌روند.

پرتودرمانی

 این امر می‌تواند یا با پرتودهی مستقیم مریض با یك چشمه تشتعشع خارجی یا با تزریق داروهای نشاندار با رادیواكتیویته به مریض تحقق یابد .

رادیو دارو داروهای نشاندار رادیواكتیو كه به مریض تزریق یا خورانده می‌شوند، به نام رادیو داروها معروف هستند. دارویی هسته‌ای یا رادیو فارماكولوژی روش دارویی خاصی است كه با تركیبات ، آزمایش یا تزریق مناسب رادیو دارو به مریض ارتباط دارد.

پروژه های انجام شده در گروه

- طراحی و ساخت دستگاه CT اسکن آزمایشگاهی

 با ساخت دستگاههای CT اسکن و تهیه تصاویر مقطعی در پزشکی عده ای علاقمند به تهیه تصویر از سایر اجسام شدند و از CT اسکن در مواردی از قبیل بررسی وضعیت داخل مومیائیهای قدیمی، وسایل سفالی و غیره استفاده شد که موادی شبیه بدن یا با چگالی پایین بودند اما برای تهیه تصویر از اجسام چگال دستگاههای CT معمولی بعلت بکارگیری پرتو X با مشکل روبرو می شوند. در اینحالت باید از پرتوهایی با انرژی بالاتر و نفوذپذیری بیشتر بهره گرفت. در این تحقیق هدف ساخت یک دستگاه CT اسکن بمنظور تهیه تصویر مقطعی از اجسام چگال با بهره گیری از دانش موجود در تجهیزات CT اسکن پزشکی بود تا بتوان از اجسام چگال نیز تصویر تهیه کرد و بعنوان یک روش آزمون غیر مخرب در امور صنعتی یا تهیه تصویر از بعضی نمونه های چگال زیستی از آن استفاده کرد. بدین منظور از پرتوهای g مربوط به چشمه 137CS که دارای پرتوهای گاما با انرژی KeV662 هستند استفاده شد و بکمک آشکارساز NaI (Tl) این پرتوها آشکار شدند. بدین منظور علاوه بر طراحی و ساخت سیستم مکانیکی برای حرکت دادن نمونه در جهات دلخواه، طراحی و ساخت شیلدهای مربوطه، نرم افزار مناسب نیز تهیه گردید و برنامه نویسی بکمک زبان C++ انجام شد و اطلاعات بدست آمده بکمک روش بازسازی تصویر فیلتر بک پروجکشن، بازسازی شدند و تصاویری از یک فانتوم مشخص تهیه شد.

این دستگاه قابلیت تهیه تصویر از نمونه های چگال از قبیل فلزات، سنگ و غیره ... را با رزولوشن حداقل یک میلیمتر داراست و در آزمایشگاه برای نمونه های تا قطر 7 سانتیمتر بخوبی آزمایش شده است و قابلیت بکارگیری در آزمونهای غیر مخرب را دارد و برای تهیه تصویر از درون اجسام مشکوک، یا اجسام بسیار گرانقیمت که برای اطلاع از درون آنها نمی توانیم آنها را باز کنیم کاربرد مناسبی دارد. همچنین می توان برای نمونه های زیستی چگال یا بزرگ نیز استفاده کرد.

-طراحی و ساخت دستگاه اندازه گیری جذب تیروئید

 یکی از تجهیزات مفید مورد نیاز در بخشهای پزشکی هسته ای تشخیصی دستگاه شاخص اندازه گیری جذب ید می باشد که بکمک تنها یک دتکتور سنتیلاسیون قادر به شمارش پرتوهای خارج شده از تیروئید بیماران مبتلا به بیماری است و می تواند در زمان خیلی کوتاه جذب ید بیمار را اندازه گیری و در تشخیص افتراقی بیماریهای تیروئید کمک بسیار نماید. از آنجائیکه بعضی مراکز بدین منظور گاه از دستگاههای دوربین گاما استفاده می کنند که مستلزم هزینه و وقت بیشتری است بکارگیری دستگاه ذکر شده به صرفه اقتصادی نیز هست.

بدین منظور در این پروژه سعی شد با بررسی نمونه های مختلف این دستگاه و با بررسی دقیق کلیة اجزاء این سیستم ها و شناسایی کلیه پارامترهای مهم در این دستگاه که شامل قسمتهای مختلف مکانیکی، نرم افزاری و الکترونیکی می باشد، نمونه این دستگاهها را با هزینه کمتر در داخل کشور مونتاژ نمائیم.

تیروئید

با انتخاب آشکارساز مناسب از نوع آشكارساز یدید سدیم (NaI(Tl بهمراه سیستم تحلیلگر بس كاناله با 2048 كانال و دقت بالا ( 11- بیتی)  و تهیه آن از منابع معتبر (لازم به ذکر است که تولید آشکارسازهــای هسته ای نیازمنـد تکنولوژی بالایی است و در حـال حاضر در داخل کشور ممکن نمی باشد) سعی شد علاوه بر طراحی و ساخت قسمتهای مکانیکی که خود از اهمیت زیادی برخوردار است با بهره گیری از نرم افزارهایی که توسط شرکت سازنده برای دستگاه تهیه شده است و بکمک برنامه نویسی تحت ویندوز 98 با برقراری ارتباط بین نرم افزار تحت ویندوز و برنامه های خود سیستم که از نوع MS-DOS می باشند بتوانیم کنترل سیستم آشکارساز را از محیط ویندوز به دست بگیریم و شمارشهای لازم را انجام داده و اطلاعات حاصل از شمارش پرتوهای خروجی بیمار را در محیط ویندوز گردآوری و ذخیره نمائیم و سپس کلیه پردازشها را انجام داده، نتایج را در فایل بیمار ذخیره یا توسط چاپگر، چاپ و در اختیار بیمار قرار دهیم.

بدین ترتیب علاوه بر صرفه جویی ارزی و کسب دانش فنی، زمینه مناسبی برای ایجاد چندین شغل فراهم و زمینه گسترش این نوع فعالیتها جهت ساخت سایر وسایل نیز فراهم گردید. بعلاوه، تستهای کلینیکی انجام شده نیز علاوه بر کمک به رفع نواقص و کاستیهای سیستم در کل نشان داد که سیستم از قابلیت بسیار خوب و قابل رقابتی برخوردار و قابل عرضه و رقابت با محصولات مشابه خارجی می باشد.

- طراحی و ساخت دستگاه تصویربرداری حرارتی

دستگاه تصویر برداری حرارتی به صورت آرایه‌ای از سنسورهای حرارتی ساخته شده است این سیستم مراحل تكوین خود را در چند مرحله به انجام رساند. در اولین مرحله آرایه 8 عدد از سنسورها از نوع آی سی AD590  ساخته شدند و دارای یك جعبه مجزا قرار گرفت كه به كمك باتری، اطلاعات را جمع آوری نموده و از طریق پورت پرینتر، این اطلاعات به کامپیوتر منتقل می شود. این مدل قابلیت تهیه تصاویر به صورت استاتیك در مدت حدود 30 ثانیه را دارد.

تصویر حرارتی

مدل بعدی آرایه ای 16i6 بود. این مدل قابلیت تهیه تصاویر زنده را داراست و با ساخت یك كارت مخصوص كه بر روی اسلایت كامپیوتر قرار می گیرد، اطلاعات سنسورها را مستقیماً به كامپیوتر می‌فرستد. این اطلاعات دمایی سپس در یك ماتریس تصویر به صورت سطوح رنگی نشان داده می‌شود و می‌توان محدوده ای از رنگها را برای هر محدوده دمایی انتخاب كرد و تصویری از توزیع حرارتی جسم قرار گرفته بر روی سطح سنسورها را به صورت رنگی نشان داد. نمونه دیگری نیز به كمك نوعی از مقاومتهای PTC ساخته شد كه به علت كوچكی سنسورها  رزولوشن بیشتری دارند.

این سیستم قابلیت اندازه گیری دما را در سطح اجسام با دقت یک درصد درجه سانتیگراد و با رزولوشن زمانی حدود چند ثانیه (30 ثانیه زمان برای تعادل دمایی) را داراست و در آزمونهای كنترل كیفی پلیت الكتروكوتر در مركز تحقیقات نیز مورد استفاده واقع شد و نتایج مفیدی ارائه داد.


ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ



آشكارساز تناسبی چیست؟

 آشكارساز تناسبی نوعی آشكارساز گازی با دو الكترود ، یكی استوانه و یكی سیمی‌ در راستای محور استوانه است.

وقتی آشكارساز در ناحیه‌ای (ازلحاظ ولتاژ بین الكترودها) كار كند كه در آن شماره یونهای ایجاد شده ، متناسب با انرژی اشعه باشد. در این صورت آشكارساز تناسبی نام دارد. ولتاژ اعمال شده در این آشكارساز بیشتر از ولتاژ اعمال شده در اتاقك یونیزاسیون می‌‌باشد كه ولتاژ اعمال شده بین دو الكترود به اندازه‌ای بزرگ است كه الكترون یونش یافته یك اتم انرژی كافی درحركت به سوی الكترود آند بدست می‌‌آورد و انرژی الكترون به اندازه‌ای است كه موجب یونش اتمهایی در مسیر خود می‌شود.

آشکار سازی تناسبی

مشخصات و طرز كار آشكارساز تناسبی

 آشكارساز تناسبی از یك الكترود سیلندری و یك رشته سیم مركزی كه معمولا از تنگستن می‌باشد، ساخته می‌شوند. به دلیل وضع هندسی دستگاه میدان الكتریكی در فاصله x از سیم برابر است با (E=V/xLn(b/a كه درآن V ولتاژ وصل شده بین الكترودها و a و b به ترتیب شعاعهای سیم و الكترود خارجی می‌‌باشند. میدان الكتریكی در نزدیك رشته سیم خیلی بزرگتر است و با فاصله از سیم نسبت عكس دارد. بنابراین بیشترین تكثیر در نزدیكی سیم مركزی انجام می‌‌پذیرد. حدود نصف از زوجهای یون در فاصله‌ای برابر با متوسط طول آزاد و 99% زوجهای یون در هفت برابر متوسط طول آزاد از الكترود مركزی تشكیل می‌گردند. زمان جمع آوری الكترون‌ها خیلی كوچك است. به هرحال چون الكترون‌ها خیلی نزدیك به الكترود مركزی ایجاد می‌‌‌شوند، v? مربوط به جمع آوری الكترون در الكترود مركزی خیلی كوچك می‌باشد.

آشکار سازی تناسبی

 بنابراین سهم بیشتر سقوط پتانسیل مربوط به یونهای مثبت است. وجود این كه یونهای مثبت كندتر از الكترون‌ها هستند، پس از عبور مسافت كمی‌ از سیم مركزی بیشترین سقوط پتانسیل را درفاصله زمانی كوتاه بوجود می‌‌آورند. درنتیجه ، پالس مربوط به رسیدن یك زوج یون ابتدا خیلی سریع و سپس به كندی صعود می‌نماید. گاهی اوقات وقتی محل تشكیل هر یك از یونها نسبت به الكترود مركزی متفاوت باشد، زمان تشكیل پالس‌ها نامشخص خواهدبود. در چنین حالتی زمان لازم برای الكترون‌های مختلف در رسیدن به ناحیه تكثیر یكسان نخواهد بود. تقویت كننده‌های مرحله اول یونها را جمع آوری می‌كنند تا این نامعلومی‌ را كاهش دهند.

زمان تفكیك

در آشكارساز تناسبی ، یونیزاسیون محدود به ناحیه اطراف مسیر اشعه می‌باشد. فرض كنیم كه تابش 1 در زمان t1 وارد شمارنده می‌شود و تابش مشابه 2 در یك ناحیه دیگر در زمان t2 وارد آشكارساز می‌شود. در الكترود جمع كننده سقوط پتانسیل خواهیم داشت. اگر تقویت كننده دستگاه آشكارساز بتواند این تغیییر ولتاژ را به عنوان دو علامت الكتریكی تشخیص دهد و اگر این كمترین زمان جدایی باشد كه این تشخیص امكانپذیر می‌گردد، در این صورت t2-t1 زمان تفكیك

 (Resolving time) برای آشكارساز تناسبی است. بنابراین زمان تفكیك (T) تابع سیستم الكتریكی است.

اگر زمان تفكیك صفر باشد، تغییر تعداد شمارش برحسب تغییر تعداد تابش باید یك خط مستقیم باشد. به هرحال اگر زمان تفكیك بینهایت باشد، این منحنی در سیستم مختصات y-x به محور x متمایل شده و بالاخره آن را قطع خواهد نمود. یعنی وقتی تعداد تابشهایی كه وارد آشكارساز می‌‌شوند افزایش یابد، تعداد شمارش ثبت شده ابتدا افزایش می‌یابد و بعد از رسیدن به یك ماكزیمم به طرف صفر میل می‌كند. در این میزان شمارش صفر ، ولتاژ الكترود جمع كننده ثابت می‌‌ماند. زیرا كه میزان جمع آوری یونها برابر میزان نشت یونها خواهد بود.

آشکار سازی تناسبی

آشكارساز تناسبی حساس نسبت به محل ورود اشعه

یكی از تفاوتهای اساسی بین آشكارساز تناسبی و آشكارساز گایگر مولر این است كه در آشكارساز تناسبی ، یونیزاسیون محدود به ناحیه كوچكی در اطراف مسیر ذره تابشی است. در صورتی كه در آشكارساز گایگر یونیزاسیون در تمام حجم آشكارساز انجام می‌شود. بنابراین در آشكارسازهای تناسبی ، امكان این كه اطلاعاتی در مورد محل اشعه تابشی بدست آوریم، وجود دارد.

در این نوع از آشكارسازها ، آند از یك سیم با مقاومت زیاد (معمولا رشته كوارتز با پوششی از كربن) تشكیل می‌شود. فرض كنیم ذره تابشی در وضعیت x یونهایی در مجاورت آند ایجاد می‌‌نماید. این یونها بوسیله آند جمع آوری شده و باعث جاری شدن جریان در دو جهت در طول آند خواهد شد. مقدار جریانی كه از هر جهت جاری می‌شود تابع مقاومت در مسیر می‌باشد. به دلیل تفاوت جریان در دو انتهای آند پالس‌های ایجاد شده در دو انتهای آند در ارتفاع و زمان صعود متفاوت خواهند بود. تفاوت در زمان صعود ، به دلیل تفاوت در ثابت زمانی ، معمولا برای بدست آوردن اطلاعات درباره محل اشعه بكار می‌رود.

شمارش نوترون با آشكارساز تناسبی

علاوه بر اینكه می‌توان از آشكارساز تناسبی برای آشكارسازی ذرات آلفا و بتا استفاده نمود. این آشكارساز می‌تواند در آشكارسازی نوترونها نیز مورد استفاده قرار گیرند. یك آشكارساز واقعی نوترون معمولا گاز BF خالص و یا مخلوطی از BF3 و یكی از گازهای استاندارد آشكارسازهای گازی ، می‌باشد. وقتی كه نوترون حرارتی بوسیله هسته جذب می‌شود، دو ذره یونیزه كننده قوی یكی ذره آلفا و دیگری هسته لیتیم كه در جهت مخالف حركت ذره آلفا حركت می‌‌كند، رها می‌شوند. پالسهای ایجاد شده بوسیله محصولات واكنش هسته‌ای در مقایسه با پالس‌های بوجود آمده بسیله تابشهای نظیر اشعه گاما ، دارای ارتفاع نسبتا بزرگ است.

 رابطه ارتفاع پالس با نوع ذره

نكته‌ای كه وجود دارد رابطه ارتفاع پالس و نوع ذره است. ارتفاع پالس‌های ایجاد شده با ذرات یونیزه كننده سنگین مانند ذرات آلفا ، ممكن است بطور قابل ملاحظه‌ای از پالس‌های بوجود آمده بوسیله الكترون‌های با انرژی برابر ، متفاوت باشد. این اختلاف تابع نوع اشعه است كه معمولا برای آشكارسازهای گازی ، كوچك می‌‌باشد. در مورد آشكارسازهای تناسبی و یونیزاسیون و آشكارساز نیم رسانا این حالت وجود دارد.