Μελέτη της επίδρασης του πάχους κοκκώδων σπινθηριστών στην απόδοση φωταύγειας για εφαρμογές πυρηνικής ιατρικής στην καρδιολογία
Studying the effect of granular scintillator thickness in absolute luminescence efficiency for nuclear medicine cardiac imaging
Λέξεις-κλειδιά
Πυρηνική ιατρική ; Σπινθηριστές ; Απόδοση φωταύγειας ; Τομογραφία εκπομπών ποζιτρονίων ; Κβαντική ανίχνευση απόδοσης ; Αποδοτικότητα απορρόφησης ενέργειας ; Απόλυτη απόδοση ; Σπινθηριστές YAP:Ce ; Σπινθηριστές Gd2O2S:TbΠερίληψη
Ο στόχος αυτής της εργασίας είναι η λεπτομερής μελέτη της επίδρασης του πάχους κοκκώδων σπινθηριστών στην απόδοση φωταύγειας για εφαρμογές πυρηνικής ιατρικής, με έμφαση στην καρδιολογία. Η έρευνα επικεντρώνεται στην αξιολόγηση των χαρακτηριστικών και της απόδοσης διαφόρων σπινθηριστών και πώς το πάχος τους επηρεάζει την αποδοτικότητα στην ανίχνευση ακτινοβολίας και στη δημιουργία διαγνωστικών εικόνων υψηλής ποιότητας. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε περιλαμβάνει την θεωρητική ανάλυση των σπινθηριστών, την ανάπτυξη ενός μαθηματικού μοντέλου και πειραματικές μετρήσεις. Χρησιμοποιήθηκαν οι σπινθηριστές YAP:Ce (Υττριούχο Αλουμίνιο με ενεργοποιητή Δημήτριο) και Gd2O2S:Tb (Οξυσουλφίδιο του Γαδολινίου με ενεργοποιητή Τέρβιο) σε συνδυασμό με τα ακτινοβόλα ισότοπα Tc-99m και Tl-201.
Στο θεωρητικό σκέλος, παρουσιάστηκε ένα μαθηματικό μοντέλο για τον υπολογισμό της απόλυτης απόδοσης φωταύγειας (Absolute Luminescence Efficiency - ALE), της κβαντικής ανίχνευσης απόδοσης (Quantum Detection Efficiency - QDE), καθώς και της αποδοτικότητας απορρόφησης ενέργειας (Energy Absorption Efficiency - EAE) των σπινθηριστών.
Στο σκέλος της εφαρμογής, το μοντέλο χρησιμοποιήθηκε για να υπολογισθούν των ανωτέρω παραμέτρων για διάφορα πάχη. Τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι το πάχος των σπινθηριστών έχει σημαντική επίδραση στην απόδοση φωταύγειας.
Συγκεκριμένα, παρατηρήθηκε ότι η αύξηση του πάχους πέρα από ορισμένα όρια οδηγεί σε μείωση της απόδοσης, λόγω της αυξημένης απορρόφησης και σκέδασης της ακτινοβολίας μέσα στο υλικό. Η απόλυτη απόδοση (ALE) των σπινθηριστών YAP και Gd₂O₂S σε συνδυασμό με τα ακτινοβόλα ισότοπα Tc-99m και Tl-201 έδειξε σημαντικές διαφορές ανάλογα με το πάχος του σπινθηριστή.
Οι μετρήσεις της κβαντικής ανιχνευτικής αποδοτικότητας (QDE) και της απόδοσης στην απορρόφηση ενέργειας (EAE) ενίσχυσαν τα ευρήματα, επιβεβαιώνοντας ότι οι παράμετροι αυτές πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά τον σχεδιασμό των σπινθηριστών.
Συμπερασματικά, η σωστή επιλογή και η βελτιστοποίηση του πάχους των σπινθηριστών είναι απαραίτητη για την επίτευξη των καλύτερων δυνατών αποτελεσμάτων στην απεικόνιση και τη διάγνωση μέσω της πυρηνικής ιατρικής. Οι προτεινόμενες βελτιώσεις και οι παρατηρήσεις από την έρευνα μπορούν να εφαρμοστούν στην ανάπτυξη νέων και πιο αποδοτικών διαγνωστικών εργαλείων στον τομέα της καρδιολογίας, εξασφαλίζοντας καλύτερη ποιότητα εικόνας και μειωμένη έκθεση των ασθενών στην ακτινοβολία. Αυτές οι βελτιώσεις συμβάλλουν στην αύξηση της ακρίβειας των διαγνωστικών αποτελεσμάτων, ενισχύοντας την αποτελεσματικότητα των θεραπειών και την ευημερία των ασθενών.
Περίληψη
The present paper offers a critical discussion on the issues of thickness and how it affects luminescence efficiencies in scintillators useful for nuclear medicine, particularly in cardiology. The focus of this study is on the features and performance of the varied types of scintillators and further on their thickness vis-à-vis efficiency in radiation detection and capability to provide good diagnostic images. The method applied is theoretical analysis of scintillators, development of mathematical models, and experimental measurements. The radiopharmaceuticals used in this case were the YAP: Ce (Cerium activated Yttrium Aluminum Perovskite) and Gd2O2S (Terbium activated Gadolinium Oxysulfide) scintillators with the Tc-99m and Tl-201 radioisotopes.
In the theoretical part, a mathematical model was elaborated to compute the Absolute Luminescence Efficiency, Quantum Detection Efficiency, and Energy Absorption Efficiency of scintillators.
The model was applied to the aforementioned scintillators for different thicknesses to investigate their behavior in detecting radiation and generating optical signal. As indicated from the research, scintillator thickness bears a huge impact on luminescent efficiency.
It was clearly revealed that enhancing the thickness over a certain limit decreases the efficiency, as at higher thicknesses, increased absorption and scattering of radiation inside the material occurs. The absolute efficiency (AE) of YAP and Gd2O2S scintillators used together with Tc-99m, and Tl-201 radioisotopes was found to vary greatly based on the thickness of the scintillator. Quantum Detection Efficiency (QDE) and Energy Absorption Efficiency (EAE) measurements further illustrated this since it could be clearly indicated that these parameters need to be defined under design principles.
In conclusion, the selection of the proper scintillator thickness is most important to achieve optimal results for imaging and diagnosis in nuclear medicine. The findings from this work can be implemented while developing new, more effective diagnostic tools in cardiology so that it may help patients with improved imaging quality but less radiation exposure. All this translates into better diagnostic accuracy with the possibility of enhancing treatment results and increasing patient well-being.
Αριθμός σελίδων
111Σχολή
Σχολή ΜηχανικώνΑκαδημαϊκό Τμήμα
Τμήμα Μηχανικών ΒιοϊατρικήςΓλώσσα
ΕλληνικάΣυλλογή
Εκτός από όπου επισημαίνεται κάτι διαφορετικό, το τεκμήριο διανέμεται με την ακόλουθη άδεια:
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές