Детектор ионизирующего излучения

 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к приборам лучевой терапии для внутритканевого или внутриполостного зондирования в процессе планирования лучевой терапии. Детектор ионизирующего излучения содержит жесткий корпус, в котором установлены селеновый фотоэлемент, оптически соединенный через защитное стекло со сцинтиллятором, а электрически через его контакты, подключенные к проводам, - с электронным блоком, включающим индикатор. Центральный контакт выполнен в форме шара, покрытого слоями, образованными селеновым фотоэлементом, защитным стеклом, сцинтиллятором и жестким корпусом, в виде контактирующих полых сфер, в которых выполнены отверстия для подведения проводов к контактам, а жесткий корпус выполнен из рентгенопрозрачного и светонепроницаемого материала. Изобретение позволяет проводить ротационную рентгеновскую или гамма-терапию под контролем рабочего пучка датчиками со сферической диаграммой направленности. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к разделу медицинской техники, точнее к приборам лучевой терапии, и может быть использовано в составе устройств для внутритканевого или внутриполостного зондирования рентгеновского или гамма-излучения, которые применяются в процессе планирования лучевой терапии на рентгеновских симуляторах, а также при непосредственной подготовке рентгеновских или гамма-терапевтических аппаратов к лучевой терапии. Кроме того, детектор может быть использован в приборах для юстировки рентгенодиагностических аппаратов.

Известно устройство для измерения ионизирующего излучения, содержащее ионизационную камеру, соединенную с высоковольтным источником питания, усилителем и индикатором [1].

Известное устройство [1] принципиально не может быть основой для создания радиационного зонда из-за опасности поражения пациента электрическим током.

Известен также сцинтилляционный детектор, содержащий жесткий корпус, внутри которого закреплен сцинтиллятор, оптически сочлененный с фотоэлектронным умножителем. Фотоэлектронный умножитель соединен с высоковольтным источником питания, усилителем и индикатором [2].

Этот аналог [2] также не может быть использован для целей внутриполостного зондирования из-за больших габаритов и опасности поражения больного электрическим током.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является детектор ионизирующего излучения, содержащий жесткий корпус, в котором закреплен селеновый фотоэлемент, оптически соединенный через оптоволоконную шайбу со сцинтиллятором. Сцинтиллятор содержит кристаллы цезия, активированные таллием (СsI: Тl). Селеновый фотоэлемент соединен через опорный и входной контакты двумя электрическими проводами с усилителем и индикатором [3, с. 64].

Известный детектор [3], выбранный нами в качестве прототипа, используется как один из элементов линейного приемника рентгеновского изображения в сканирующем рентгенодиагностическом аппарате. Он имеет острую диаграмму направленности и конструктивно не предназначен для использования в устройствах для лучевой терапии злокачественных образований.

Целью изобретения является создание детектора ионизирующего излучения со сферической диаграммой направленности, что продиктовано требованиями ротационной рентгеновской или гамма-терапии. Дело в том, что в процессе облучения опухоли (мишени) на современном гамма-терапевтическом аппарате излучатель постоянно меняет свое положение относительно тела больного. Поэтому при контроле рабочего пучка детектором ионизирующего излучения, находящимся вблизи мишени, его диаграмма направленности должна быть сферической.

Данная цель достигается тем, что в детекторе ионизирующего излучения, содержащем жесткий корпус, в котором закреплен селеновый фотоэлемент, оптически соединенный через защитное стекло со сцинтиллятором, а электрически, через опорный и входной контакты проводами с усилителем и индикатором, опорный контакт имеет форму шара, а фотоэлемент, защитное стекло и сцинтиллятор выполнены в виде взаимоконтактирующих полых сфер, причем через фотоэлемент, защитное стекло и сцинтиллятор проходят отверстия для электрических проводов, кроме того, корпус детектора полностью закрывает сцинтиллятор и выполнен из рентгенопрозрачного и светонепроницаемого материала.

В дальнейшем изобретение поясняется чертежами и описанием к ним.

На фиг.1 показана конструкция детектора ионизирующего излучения; на фиг.2 изображен радиационный зонд с детектором ионизирующего излучения в головной части; на фиг. 3 показано положение радиационного зонда в организме больного в момент подготовки дистанционного гамма-терапевтического аппарата к лучевой терапии.

Детектор ионизирующего излучения 1 имеет центральный (опорный) электрод (контакт) 2, изготовленный из стали в форме шара. Он покрыт тонким слоем 3 селена с дырочной проводимостью (р). Поверх селена нанесен тончайший слой 4 серебра, который служит вторым электродом. Атомы серебра проникают в прилежащий к нему слой селена и придают ему электронную проводимость (n). Между верхним и нижним слоем селена образуется электронно-дырочный переход или запирающий слой, в котором возникает контактная разность потенциалов, направленная от n к р слою. Серебряный слой 4 покрыт слоем 5 просвинцованного стекла, который защищает селеновый слой 3 от жесткого излучения. На стекло 5 нанесен слой 6 сцинтиллятора. В качестве сцинтиллятора может быть использован оксисульфид гадолиния или кристаллы цезия, активированные таллием. Наибольший эффект даст сцинтиллятор нитевидного типа, который отличается очень высоким коэффициентом поглощения квантов жесткого излучения. Однако его изготовление в сферической форме чрезвычайно дорого. Сцинтилляционный слой 6 закрыт экраном 7, изготовленным из жесткого рентгенопрозрачного и светонепроницаемого материала, например алюминия. Экран 7 является корпусом детектора 1. Экран 7, сцинтиллятор 6, защитное просвинцованное стекло 5 и фотоэлемент 3+4 представляют собой функционально связанные полые сферы. Их геометрия и определяет сферическую форму детектора 1. В основании экрана 7 закреплен держатель 8, выполненный из того же материала, что и экран 7. Через фотоэлемент 3+4, защитное стекло 5, сцинтиллятор 6 и экран 7 проходят два отверстия, через которые к контактам фотоэлемента подведены электрические провода. Провод 9 подключен к центральному электроду 2, а провод 10 - к внешнему серебряному электроду 4. Электрические провода 9 и 10 выходят из держателя 8 через отверстие 11.

Когда детектор 1 попадает в зону действия рентгеновского или гамма-излучения, кванты жесткого излучения вызывают свечение сцинтиллятора 6, которое через защитное стекло 5 попадает на фотоэлемент 3+4. Под действием света в селене происходит фотоэффект, в результате которого образуются электроны и дырки. Электроны в верхнем слое - основные носители зарядов и через запирающий слой проходить не могут, этому препятствует контактная разность потенциалов. Дырки - неосновные носители зарядов и под действием контактной разности потенциалов проходят через запирающий слой в нижнюю часть селена. Аналогично из нижнего слоя селена в верхний проходят только электроны. В результате электроны и дырки разделяются по обе стороны от запирающего слоя и образуют электродвижущую силу фотоэлемента. Количество электронов и дырок, освобождающихся в единицу времени, а следовательно, и разность потенциалов между слоями прямо пропорциональны световому потоку, идущему от сцинтиллятора 6 к фотоэлементу.

Современные тонкие технологии позволяют изготовить детектор ионизирующего излучения диаметром 7 мм и меньше.

На фиг.2 показан зонд 12, предназначенный для определения интенсивности ионизирующего излучения внутри организма больного при лучевой терапии. Он имеет гибкий проводник 13, выполненный из эластичного полимера, на дистальном конце которого закреплен детектор 1. В праксимальной части проводника 13 имеется рукоятка 14. Электрические провода 9 и 10 проходят внутри проводника от детектора 1 до разъема 15, закрепленного на торце рукоятки 14. Со стороны рукоятки 14 на внешней поверхности проводника 13 нанесена метрическая шкала 16, позволяющая определить глубину введения детектора 1 в организм больного. Зонд 12 подключен электрическим шнуром 17 к электронному блоку 18, содержащему усилитель, аналогово-цифровой преобразователь, цифровой индикатор и блок питания.

Зонд 12 может быть введен в организм больного самостоятельно под контролем рентгеноскопии или, например, послеоперационному больному через дренажную трубку при подготовке его к лучевой терапии.

Возможность применения детектора ионизирующего излучения в клинике покажем на примере его использования в процессе подготовки дистанционного гамма-терапевтического аппарата ротационного типа к работе.

Больного 19, перенесшего операцию по поводу рака желудка, укладывают на рабочем столе 20 дистанционного гамма-терапевтического аппарата ротационного типа (фиг. 3). Через дренажный катетер 21 вводят зонд 12 до определенного отсчета шкалы 16, указывающего на то, что детектор 1 достиг средней точки области 22, подлежащей терапевтическому облучению. После этого электрическим шнуром 17 подключают зонд 12 к электронному блоку 18 и включают прибор. Далее при минимальном окне диафрагмы 23 по максимальному показателю индикатора прибора 18 нацеливают излучатель 24, находящийся в точке А, на область облучения 22. Аналогичную операцию проводят при положениях излучателя 24 в точках В и С. Компьютер, входящий в состав гамма-терапевтического аппарата, по информации о направленности излучателя 24 в трех точках А, В, С, ротационной кривой, рассчитывает оптимальную рабочую траекторию движения излучателя 24. После этого зонд 12 извлекают из дренажной трубки 21, выключают прибор 18 и включают гамма-терапевтический аппарат в рабочий режим.

Описанная методика подготовки дистанционного гамма-терапевтического аппарата к работе, осуществляемая с помощью детектора ионизирующего излучения, позволяет повысить эффективность лучевой терапии путем концентрации излучения в зоне поражения и ослабления воздействия гамма-квантов на здоровые органы и ткани.

Литературные ссылки (аналоги) [1]. Международная заявка РСГ (WO) 89/02087, МПК G 01 Т 1/18, 1989.

[2]. Патент РФ 1561708, МПК G 01 Т 1/20, 1988.

[3] . Зеликман М. И. Теория, исследование и разработка методов и аппаратно-программных средств медицинской цифровой рентгенографии. // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М., 2001 г.

Формула изобретения

Детектор ионизирующего излучения, содержащий жесткий корпус, в котором установлены селеновый фотоэлемент, оптически соединенный через защитное стекло со сцинтиллятором, а электрически, через его контакты, подключенные к проводам, - с электронным блоком, включающим индикатор, отличающийся тем, что центральный контакт выполнен в форме шара, покрытого слоями, образованными селеновым фотоэлементом, защитным стеклом, сцинтиллятором и жестким корпусом, в виде контактирующих полых сфер, в которых выполнены отверстия для подведения проводов к контактам, а жесткий корпус выполнен из рентгенопрозрачного и светонепроницаемого материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3