IAEA Training Material on Radiation Protection in Nuclear Medicine
Detektory promieniowania
jonizujÄ…cego
Promieniowanie jonizujące nie oddziałuje
na zmysły człowieka. Dlatego też dla celu
wykrywania i charakteryzowania
promieniowania należało skonstruowad
urządzenia, w których wykorzystano
jonizujące właściwości promieniowania
oraz zjawiska chemiczne bÄ…dz
fizyczne
wywołane przez wytworzone jony.
Zaczęło się od niewyjaśnionego
zaczernienia filmu fotograficznego, koło
którego umieszczono rudę uranu. Czyli
najpierw wykryto skutki i zaczęto szukać
przyczyny. Film w tym przypadku był
detektorem - wykrył, że musi istnieć coś,
co jest z
ródłem zaczernienia.
Detekcja promieniowania wykorzystuje zjawisko
jonizacji i jego następstwa.
Następstwem jonizacji może być skraplanie pary na jonach.
Promieniowanie gamma  częśd spektrum
promieniowania elektromagnetycznego
IR : infrared, UV = ultraviolet
Part 2: Radiation Physics 4
W detektorze może być zastosowana każda substancja,
która zmienia swoje własności ( w sposób mierzalny)
pod wpływem promieniowania jonizującego.
W szczególności dotyczy to:
" Zmiany barwy
" Zmian własności chemicznych
" Emisji światła widzialnego
" Powstawania Å‚adunku elektrycznego
Detektory aktywne: natychmiastowy odczyt.
Detektory pasywne:przetworzenie przed odczytem wyniku
Part 2: Radiation Physics 5
Podział detektorów wg zasady działania
" gazowe " inne
 komory jonizacyjne  półprzewodnikowe
 liczniki proporcjonalne
 filmowe
 liczniki Geigera - Müllera
 termoluminescencyjne
(GM)
(TLD)
" detektory scyntylacyjne
 ciała stałe
 ciecze
Part 2: Radiation Physics 6
Detektory fotochemiczne
,bð
¾ðað¾ð®ð AgBr ®ð Ag +ð Br
Ziarna bromku srebra pod wpływem promieniowania
rozpadajÄ… siÄ™ do srebra metalicznego
Ze względu na dużą liczbę atomową Z są wydajne i
umożliwiają rozróżnienie promieniowania.
Problem stanowi obróbka filmów, w szczególności
zachowanie stałych warunków obróbki (temperatura,
stężenie roztworów, & )
Trzy dziedziny , w których
wykorzystuje siÄ™ detektory
fotochemiczne.
1. Dozymetria
Zaczernienie jest zjawiskiem
progowym, dlatego dawkÄ™
można odczytać, gdy jest
Dawka promieniowania
większa niż próg.
2. Autoradiografia;
3. Promieniowanie kosmiczne
chromatografia
Ilość rozłożonego AgBr
Podział detektorów wg przeznaczenia
1) Liczniki promieniowania
detektory gazowe
detektory scyntylacyjne
2) Spektrometry
detektory scyntylacyjne
inne detektory stałe
3) Dozymetry
detektory gazowe
detektory stałe
detektory scyntylacyjne
detektory termoluminescencyjne
detektory filmowe
Part 2: Radiation Physics 9
Detektory gazowe
Part 2: Radiation Physics 10
Komora jonizacyjna
Elektrometr
+
1234
ZWN
-
Natężenie prądu jest proporcjonalne do
gęstości jonizacji
Jon dodatni
Jon ujemny
Part 2: Radiation Physics 11
Komory jonizacyjne
zastosowanie w medycynie nuklearnej
" Miernik aktywności
" UrzÄ…dzenia monitorujÄ…ce
Part 2: Radiation Physics 12
Podstawowe własności komór
jonizacyjnych
" Wysoka dokładność
" Stabilność
" Względnie niska czułość
Part 2: Radiation Physics 13
Zakresy działania detektorów gazowych
Obszar ograniczonej
proporcjonalności
Amplituda
Obszar
Obszar
impulsu
nasycenia
Geigera-
Mullera
Obszar
proporcjonal
ności
Napięcie
Knoll
Part 2: Radiation Physics 14
Licznik proporcjonalny
Budowa
Anoda
C
R
Katoda
V
+
-
Detekcja promieniowania
15
jonizujÄ…cego
Licznik proporcjonalny
W liczniku proporcjonalnym występuje
wzmocnienie gazowe.
Liczniki proporcjonalne
Gazowe detektory promieniowania
jonizujÄ…cego pracujÄ…ce w zakresie
napięd, dla których występuje
zjawisko tzw. wzmocnienia
gazowego (jonizacji wtórnej) , tj.
proporcjonalnego wzrostu Å‚adunku
docierajÄ…cego do elektrody
względem ładunku jonizacji
pierwotnej
Part 2: Radiation Physics 17
Liczniki proporcjonalne
Zastosowania w medycynie nuklearnej
" UrzÄ…dzenia monitorujÄ…ce
Part 2: Radiation Physics 18
Własności liczników proporcjonalnych
" Nieznacznie wyższa czułość w
porównaniu z komorą jonizacyjną
" Używane do pomiarów
promieniowania korpuskularnego i
niskoenergetycznych fotonów
Part 2: Radiation Physics 19
Licznik Geigera-Müllera
Cienkie
okienko
z miki
Budowa podobna do budowy licznika proporcjonalnego.
Wyższe napięcie (kilkaset V).
Różnica wewnątrz. W środku znajduje się mieszanina gazów:
90% gazu szlachetnego, np. Ar i 10% par alkoholu lub Cl2
(gaszą wyładowania lawinowe).
Detekcja promieniowania
20
jonizujÄ…cego
Zasada dziaÅ‚ania licznika Geigera-Müllera
-
wyładowania
lawinowe
+
-
Knoll
Pojedyncza cząstka może spowodować całkowitą jonizację.
Efekt  wysoki impuls napięcia (wysoka czułość licznika)
Part 2: Radiation Physics 22
Licznik Geigera  Müllera
Zastosowania w medycynie nuklearnej
" Monitor skażeń (radiometr)
" Dozymetr (po kalibracji)
Part 2: Radiation Physics 23
Własności licznika
Geigera - Müllera
" Wysoka czułość
" Niższa dokładność
" DÅ‚ugi czas martwy
Part 2: Radiation Physics 24
Detektory scyntylacyjne
Scyntylacja  zjawisko powstawania
błysku świetlnego w wyniku
przechodzenia promieniowania
jonizującego przez niektóre substancje.
Powstaje na skutek deekscytacji atomu
wzbudzonego przez promieniowanie
jonizujÄ…ce.
Part 2: Radiation Physics 25
Zjawisko scyntylacji
Elementy detektora
scyntylacyjnego
Fotopowielacz
Kryształ scyntylacyjny
NaI(Tl)
y
ródło promieniowania
Part 2: Radiation Physics 27
Wzmocnienie wiązki elektronów w fotopowielaczu
Detektor scyntylacyjny
Kryształ
Detector
Wzmacniacz
scyntylacyjny
Photocathode
cathodd
Dynodes
Analizator
wysokości
impulsów
Przelicznik
Anode
Part 2: Radiation Physics 29
fotopowielacz
Analizator wysokości impulsów
Wysokość impulsu (V)
GP
DP
Czas
Analizator wysokości impulsów przepuszcza tylko impulsy o określonej
wysokości (energii)
odrzucane
zliczane
Part 2: Radiation Physics 30
Rozkład wysokości impulsów
Widmo energetyczne promieniowania w krysztale NaI(Tl)
Kwanty g
całkowicie
pochłonięte
(fotopik)
Kwanty g
rozproszone
Energia
Part 2: Radiation Physics 31
Zliczenia
Ciekłe scyntylatory
Próbka
wymieszana z
roztworem
scyntylatora
PM PM
SÅ‚użą do detekcji promieniowania að, bð, g oraz neutronów
Zaleta : niski koszt
Part 2: Radiation Physics 32
Detektory scyntylacyjne
Zastosowania w medycynie nuklearnej
" Liczniki próbek
" Gamma kamery
" UrzÄ…dzenia monitorujÄ…ce
Part 2: Radiation Physics 33
Licznik próbek (scyntylacyjny)
Scyntylator do pomiarów promieniowania ł
Obudowa
Scyntylator
Warstwa
rozpraszajÄ…ca
Detektor
pełny
Przezroczyste
Detektor
szkło
studzienkowy
Detekcja promieniowania
34
jonizujÄ…cego
Przykład  Zestaw do
pomiaru jodochwytności
tarczycy
AWI Przel
g
ZWN
Rejestr
131
Radionuklid - I
Detekcja promieniowania
35
jonizujÄ…cego
Inne detektory
Part 2: Radiation Physics 36
Detektor półprzewodnikowy
+
-
-
- - +
++ + + - +
-
-
+
-
p n
Warstwa
zaporowa
W wyniku jonizacji w warstwie zaporowej pojawiÄ… siÄ™
elektronowo-dziurowe pary, które stanowią swobodne
nośniki ładunku elektrycznego. Pod wpływem pola
nośniki są usuwane z warstwy zaporowej w strony
przeciwne, co powoduje impuls elektryczny
Detekcja promieniowania
37
jonizujÄ…cego
Detektor półprzewodnikowy jako spektrometr
" Zasada działania: para elektron - dziura
(analogicznie do pary jonów w detektorach
gazowych)
" Znakomita rozdzielczośd energetyczna
Part 2: Radiation Physics 38
Porównanie widma
uzyskanego za pomocÄ…
detektora scyntylacyjnego
NaI(Tl)
półprzewodnikowego
Ge(Li)
Knoll
Part 2: Radiation Physics 39
Detektory półprzewodnikowe
Zastosowania w medycynie nuklearnej
" Identyfikacja radionuklidów
" Kontrola czystości nuklidowej
Part 2: Radiation Physics 40
Detektory fotochemiczne
Zasada:taka jak przy zwykłej kliszy
fotograficznej
Pod wpływem promieniowania
jonizujÄ…cego z bromku srebra wydziela
siÄ™ czyste srebro
Zastosowanie w medycynie nuklearnej:
dozymetria
Part 2: Radiation Physics 41
Detektory termoluminescencyjne
Termoluminescencja  wywołana przez
ogrzewanie luminescencja substancji,
która wcześniej została pobudzona przez
promieniowanie przenikliwe
Materiały termoluminescencyjne mają własności dozymetryczne -
natężenie światła emitowanego podczas termoluminescencji jest
proporcjonalne do sumarycznej dawki pochłoniętej przez dany
materiał od czasu ostatniego działania wysokiej temperatury
Zastosowania - dozymetry
Part 2: Radiation Physics 42
Pasmo przewodnictwa
 pułapki
Pasmo podstawowe
1
2
visible light
ionising radiation
electron
trap
HEATING
Wykorzystanie detektorów
scyntylacyjnych w urzÄ…dzeniach
obrazujÄ…cych stosowanych w
medycynie nuklearnej
Metoda scyntygrafii
Ekran
UrzÄ…dzenie
obrazujÄ…ce
gamma
kamera
NarzÄ…d ze zgromadzonym
radiofarmaceutykiem
Radiofarmaceutyk
Jest to substancja wprowadzona do ustroju zawierajÄ…ca w
swojej cząsteczce promieniotwórczy nuklid (atom) emitujący
przenikliwe promieniowanie (gamma) które może byd
wykorzystywane dla celów diagnostycznych (scyntygrafii) lub
emitujący promieniowanie cząsteczkowe o krótkim zasięgu
(beta, alfa) umożliwiające leczenie zmian chorobowych, w
obrębie bądz
w pobliżu których lokalizuje się radiofarmaceutyk
RF
131
131
I"! Hipuran
I
Przykłady radiofarmaceutyków
99m
" Tc-EC (etylenodicysteina)  scyntygrafia
dynamiczna nerek
99m
" Tc-HEDP (hydroksyetylenodifosfonian) 
scyntygrafia kośdca
99m
" Tc-MIBI (2metyloizobutylizonitryl) 
scyntygrafia perfuzyjna mięśnia sercowego
131
" I  scyntygrafia tarczycy
Gamma kamera
Schemat głowicy detekcyjnej
sygnały elektryczne
kolimator
do konsoli
przedwzmacniacze
fotopowielacze
światłowód
kryształ
scyntylacyjny
kolimator
Powstawanie obrazu planarnego
kryształ scyntylacyjny
kolimator
Każdy błysk lokalizowany w układzie
współrzędnych x,y
Scyntygrafia statyczna
Wątroba i śledziona - obraz prawidłowy
Obrazowe badanie scyntygraficzne
Badanie drogą pomiarów zewnętrznych rozmieszczenia w ustroju pacjenta
(najczęściej w konkretnym narządzie) aktywności podanej w postaci
radiofarmaceutyku
Przykład: scyntygrafia statyczna - wątroba
Wątroba - obraz prawidłowy Wątroba - guz
Statyczny scyntygram prezentujący regionalną funkcję fagocytarną układu
siateczkowo-śródbłonkowego watroby.
Scyntygrafia dynamiczna - renoscyntygrafia
Kolejne obrazy scyntygraficzne w interwałach minutowych
Dynamiczne badanie nerek - renoscyntygrafia
Kolejne obrazy
scyntygraficzne w
interwałach
minutowych
Upośledzenie funkcji prawej nerki
W wyniku utrudnienia odpływu moczu
Scyntygrafia kośdca 99mTc-HEDP
M
M
M M
PA AP AP PA PA AP
ZMN UM w A
odzi
Scyntygrafia perfuzyjna m. sercowego (met. SPECT)  tomogramy serca
Przekroje poprzeczne
Przekroje strzałkowe
Przekroje czołowe
PET
Positron Emission Tomography  Pozytonowa
Tomografia Emisyjna
Zjawisko anihilacji
g (511 keV) g (511 keV)
e+ + e-
bð+ (1-3 mm)
Radionuklid
PET
Zasada działania
M Dahlbom, UCLA
Kryształy scyntylacyjne
Koincydencja
Radio- T1/2
nuklid
[min ]
18
F - 109
15
O - 2,1
11
C - 20,4
13
N - 10
82
Rb - 1,2
Przykład obrazu uzyskanego techniką PET
Ognisko raka płuca z przerzutami do węzłów chłonnych
Radiofarmaceutyk:
18
FDG
(fluorodezoksyglukoza)
Tu
N
N