Πειραματική μελέτη ελέγχου γραμμικότητας κρυσταλλικού σπινθηριστή LaBr3:Ce

Abstract

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας, είναι η αξιολόγηση της γραμμικότητας του κρυσταλλικού σπινθηριστή LaBr3:Ce υπό έκθεση σε ακτίνες-Χ για τάση ακτινοβολίας από 70 kVp μέχρι 140 kVp μέσω ιατρικών συστημάτων απεικόνισης, όπως ο αξονικός τομογράφος CT. Οι σπινθηριστές χρησιμοποιούνται σε ανιχνευτές ιατρικής απεικόνισης έμμεσης ανίχνευσης. Επιπλέον βρίσκουν εφαρμογή σε υβριδικά συστήματα Πυρηνικής Ιατρικής SPECT/CT. Η ιδιότητα τους να μετατρέπουν την ενέργεια της ιοντίζουσας ακτινοβολίας σε φως, με βάση το ποσοστό εκμετάλλευσης της ιδιότητας αυτής αυξάνει την ευαισθησία της ανιχνευτικής διάταξης μειώνοντας τη δόση ακτινοβολίας στον εξεταζόμενο πληθυσμό. Μια επιθυμητή παράμετρος στους σπινθηριστές είναι η γραμμική σχέση στον αριθμό των οπτικών φωτονίων στην έξοδο τους σε σχέση με την προσπίπτουσα ακτινοβολία. Ο LaBr3:Ce κρυσταλλικός σπινθηριστής έχει χαρακτηριστικά τα οποία μπορεί να επιτρέψουν τη χρήση του σε κοινή ανιχνευτική διάταξη συστήματος SPECT/CT. Ο στόχος της μελέτης είναι ο έλεγχος της γραμμικότητας της απόκρισης του LaBr3:Ce για φάσματα ακτινών-Χ. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκε ένας κρύσταλλος LaBr3:Ce διαστάσεων (10x10x10mm3) και ακτινοβολήθηκε με σύστημα ακτινών- Χ CMP 200DR 50 kW. Στη λυχνία είχε προστεθεί επιπλέον 20 mm Al φίλτρο και η απόσταση ήταν στα 72.5 cm από την κεφαλή της λυχνίας μέχρι την σφαίρα ολοκλήρωσης που είχε εισαχθεί ο κυβικός κρύσταλλος LaBr3:Ce εγκλεισμένος σε ένα λεπτό προστατευτικό στρώμα αλουμινίου . Οι τάσεις λυχνίας ήταν από 70 kV έως 140 kV και ο χρόνος ακτινοβόλησης 1sec. H οπτική ροή εξόδου μετρήθηκε με ένα ηλεκτρόμετρο (Cary 401) συνδεδεμένο σε ένα φωτοπολλαπλασιαστή (ES20) και μια σφαίρα ολοκλήρωσης τύπου Oriel 70451. Το kerma μετρήθηκε με ένα πολύμετρο RTI Piranha P100B. Ταυτόχρονα , μετρήθηκε πειραματικά η απόλυτη απόδοση (ΑΕ) εξάγοντας καμπύλες μέσω του προγράμματος Serial ADC. Επιπρόσθετα, μέσω μαθηματικών τύπων υπολογίστηκαν η αποδοτικότητα απορρόφησης ενέργειας (ΕΑΕ), η απόδοση κβαντικής ανίχνευσης (QDE) , το kerma (δόση) . Το kerma εισόδου είχε τιμές από 0.1 mGy έως 5 mGy. Για τις συγκεκριμένες συνθήκες έκθεσης το ρεύμα του ηλεκτρομέτρου είχε τιμές από 778 V έως 36202 V. Η σχέση του με την προσπίπτουσα έκθεσης προσεγγίστηκε γραμμική με συντελεστή προσδιορισμού ή γραμμή τάσης R2>0.99 σε κάθε περίπτωση. Επίσης υπολογίστηκε θεωρητικά και απόδοση ενεργειακής απορρόφησης του σπινθηριστή η οποία έλαβε τιμές από 63.8% έως 64% για φάσματα από 70 kV έως 140 kV, υποδηλώνοντας ότι ένα αντίστοιχο ποσοστό της εισερχόμενης δόσης ακτινοβολίας συμμετείχε στην δημιουργία των οπτικών φωτονίων. Συμπερασματικά, η απόκριση του υπό μελέτη LaBr3:Ce κρυσταλλικού σπινθηριστή βρέθηκε γραμμική για φάσματα ακτινών-Χ που μπορεί να έχουν εφαρμογή σε ένα υβριδικό σύστημα SPECT/CT.