הדמיה של מקורות קרינת גמא ברמה נמוכה תוך שימוש בעלות נמוכה, רגישות גבוהה, מצלמת קומפטון מרובת כיוונים

Environment
 

Summary

אנו מציגים פרוטוקולים ניסיוניים להמחיש מקורות שונים של קרינת גמא ברמה נמוכה בסביבת הסביבה תוך שימוש במחיר נמוך, רגישות גבוהה, הדמיה של מצלמה קומפטון-קרני גמא.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Muraishi, H., Enomoto, R., Katagiri, H., Kagaya, M., Watanabe, T., Narita, N., Kano, D. Visualization of Low-Level Gamma Radiation Sources Using a Low-Cost, High-Sensitivity, Omnidirectional Compton Camera. J. Vis. Exp. (155), e60463, doi:10.3791/60463 (2020).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

אנו מציגים פרוטוקולים ניסיוניים להמחיש מקורות שונים של קרינת גמא ברמה נמוכה בסביבת הסביבה. ניסויים נערכו על ידי שימוש בעלות נמוכה, רגישות גבוהה, הדמיה מצלמה קומפטון, קרני גמא. במעבדה, מיקומו של מקור קרינה מסוג משנה-MeV גמא כגון 137Cs יכול בקלות להיות מפוקח באמצעות הדמיה גמא-ray בעלי כיווניות המתקבל על ידי מצלמת קומפטון. לעומת זאת, צג מינון נייח שנטען על-ידי הקיר אינו יכול תמיד לפקח על מקור כזה. יתרה מזאת, הדגמנו בהצלחה את האפשרות להמחיש את התנועה הרדיואקטיבית בסביבה, למשל, התנועה של חולה שהוזרק באמצעות 18מטוסי-פלואור (18f-fdg) במתקן לרפואה גרעינית. בשדה פוקושימה, אנו בקלות להשיג כיווניות התמונות קרני גמא מודאג התפלגות על הקרקע של זיהום רדיואקטיבי ברמה נמוכה על ידי צסיום רדיואקטיבי שפורסמו על ידי התאונה הגרעינית פוקושימה Daiichi הכוח הגרעיני ב 2011. אנו מדגימים יתרונות ברורים של שימוש בהליך שלנו עם המצלמה הזאת כדי להמחיש מקורות קרני גמא. הפרוטוקולים שלנו יכולים לשמש עוד כדי לגלות מקורות קרינה גמא ברמה נמוכה, במקום צגים נייחים מינון ו/או מטרים הסקר ניידים בשימוש מקובל.

Introduction

מתקנים רפואיים בית מקורות שונים קרינה גמא ברמה נמוכה עם משטח ו/או מינון האוויר של רק כמה μSv/h. מקורות כאלה נמצאים גם על פני אזורים רחבים של יפן המזרחית מציג זיהום רדיואקטיבי ברמה נמוכה על ידי צסיום רדיואקטיבי מן התאונה הגרעינית פוקושימה Daiichi תחנת הכוח בשנת 2011. סביבות אלה לעיתים לחשוף את העובדים מגבלת חשיפה הקרנה חיצונית עבור גוף האדם עבור האוכלוסייה הכללית כפי שיעץ על ידי הנציבות הבינלאומית על הגנה רדיולוגית (ICRP): 1 mSv/שנה (למשל, 1 μSv/h עבור 4 h ליום, 250 ימים בשנה)1. אם מקורות קרינה הם דמיינו יותר מכמה מטרים מראש על צירי זמן קצרים, את כמות החשיפה הקרינה ניתן להפחית. אחד הפתרונות הטובים ביותר להדמיה אלה מקורות קרינה גמא היא לאמץ הדמיה גמא רנטגן טכניקת המצלמה של קומפטון2. בטכניקה זו, האנרגיה וכיוון החרוט של האירועים הגאמה שנפלטת ממקור הקרינה נמדדת על ידי הגלאי עבור כל אירוע, ולאחר מכן ניתן להחזיר את כיוון מקור קרני הגמא באמצעות הקרנה אחורית3. מחקרים קודמים פיתחו מערכות מצלמה קומפטון מכוון ליישום של מכשיר אבחון חדש ברפואה גרעינית ו/או טלסקופ חדש קרני גמא באסטרופיסיקה4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14, כמו גם טכניקות שחזור תמונה עבור נתונים חרוט קומפטון על ידי ניתוח אנליטי15,16 ו-17 מגישות סטטיסטיות. יותר יקר, המדינה לאמנות התקנים עם אלקטרוניקה מסובכת מאומצים לעתים קרובות כדי להשיג רזולוציה זוויתית גבוהה בתוך סטיית תקן של כמה מעלות, אבל דיוק זה עושה את זה קשה בו להשיג יעילות זיהוי גבוה.

לאחרונה, יש לנו הציע ופיתח בעלות נמוכה, רגישות גבוהה, גמא-ray הדמיה המצלמה קומפטון מצלמה18, מבוסס על צירוף מקרים של שני קיפולים בתוך מספר scintillators עצמאיים הפועלים כמו המסטרים או בולמים19. מטרת טכניקה זו היא להשיג בקלות יעילות זיהוי גבוה עם רזולוציה זוויתי של ~ 10 מעלות או פחות, אשר מתאים לצג הסביבה. זה מושג באמצעות יישום של טכניקת החידוד תמונה18, 20 מבוסס על אלגוריתם ההקרנה האחורי מסוננים, אשר מחיל מסנן קונבולוציה המשמש שחזור תמונה לטומוגרפיה ממוחשבת לשחזור קומפטון. יתר על כן, יעילות הזיהוי, רזולוציה זוויתי וטווח דינמי של הגלאי ניתן למטב בקלות כאשר סוג, גודל וסידור של scintillators מתואמים בהתאם למטרה מסוימת, כגון שימוש בסביבות פליטת רדיואקטיביות מוגבה21,22.

במחקר זה, אנו מציגים פרוטוקולים ניסיוניים עבור מבחנים שונים עבור המחשה מקורות קרינה גמא ברמה נמוכה באמצעות הטכניקה הזאת מצלמה קומפטון המצלמה במתקן רדיואיזוטופ (RI), פליטת פוזיטרון טומוגרפיה (PET) מתקן והשדה פוקושימה. אנו מוכנים ומנוצל הדמיה הגמא אומניסטי המצלמה קומפטון שפותחה בעבר על ידי עצמנו18 אבל עם כמה שיפורים, כדי להשיג יעילות זיהוי גבוה יותר. איור 1 מציג תצוגה סכמטית של ההסדר של CsI (Tl) scintillators של אחד-עשר אלמנטים המשמשים במחקר זה. אחד-עשר המונים מורכבים משתי שכבות; שני מונים במרכז ותשעה מונים בחצי עיגול, בהתחשב בתצורות של פיזור קדימה ולאחור. כל CsI (Tl) הקוביה של 3.5 ס מ היתה לקרוא עם צינורות מכפיל התמונה סופר-bialkali (PMT). האותות הוזן לתוך הלוח הבזק ADC עם טכנולוגיית SiTCP23 ואת החזית היה מחובר למחשב באמצעות Ethernet. תוכנית מקוונת שנוצרה באמצעות Visual C++ עם ספריית הבסיס24 הייתה מופעלת במחשב Windows. תמונת גמא שוחזר והתחדדו18,20 על משטח כדורי עם צבירת טבעות עם רדיוס של θ כי הוא זווית פיזור מחושב הקינטיות קומפטון עבור כל אירוע שני קיפול צירוף מקרים. תמונת גמא כיוונית ניתן להציג הן מקוון ולא מקוון על ידי הטלת על על התמונה האופטית האומניקאומווני שנלקחה בעבר על ידי מצלמה דיגיטלית. במהלך המדידה, קצב ההדק, ספקטרום האנרגיה הכולל (סכום מרבצי האנרגיה עבור כל אירוע צרוף מקרים של שני קיפולים), והתמונות המשוחזרים של אנרגיית גמא המוגדרת מראש ניתן להציג במסך המחשב המקוון. ניתן לעדכן מידע זה במרווח זמן מוגדר מראש (לדוגמה, כל 10 s). כאן, אנו מציגים את המסך כדי להציג שני סוגים של תמונות שעברו שחזור: תמונה המצטברת בתחילת המדידה ותמונה שהצטברו מחדש בכל מרווח זמן מוגדר מראש (לדוגמה, כל 1 דקות). יתרה מזאת, מאחר שהנתונים הגולמיים עבור כל אירוע שהושגו באמצעות המידות מאוחסנות, ניתן לנתח מחדש את הנתונים לאחר המדידות ולאחר מכן ליצור תמונה משוחזרת עבור אנרגיית גמא-ray שרירותית במרווח זמן שרירותי. טבלה 1 מראה את הביצועים של מערכת המצלמה קומפטון בשימוש במחקר זה, על ידי השוואה עם שישה מונה הקודם מערכת18. ההשוואה גילתה כי מקור sub-MeV גמא-ray היה בהצלחה דמיינו עם יעילות הזיהוי פעמיים זה של המערכת הקודמת, תוך שמירה על רזולוציה זוויתית של ~ 11 מעלות. כמו כן, אנו אישרו כי התלות הזוויתית של הקבלה הייתה נשמרת למינימום, המציגה הבדלים של s ~ 4%. הפרטים על טכניקות בסיסיות של המערכת מתוארים Watanabe ואח '. (2018)18. כאן אנו מציגים שלושה פרוטוקולים ניסיוניים להמחיש מקורות שונים של קרינת גמא ברמה נמוכה באמצעות מצלמת קומפטון שתוארה לעיל.

Protocol

הפרוטוקול נערך בעקבות ההנחיות של ועדת האתיקה של המחקר בבית החולים הלאומי לסרטן במרכז הרפואי במזרח, יפן.

1. ניטור מקור קרינה אטום בחדר הניסוי במתקן RI

  1. הגדר את מצלמת קומפטון לצד צג שיעור המינון כפי שמוצג באיור 2א. הגדר את גובה הגלאים מהקרקע ל 2.5 מ'. לבנות את המוניטור שיעור מינון, אשר מורכב של תא הלוח המקביל יינון, לתוך החלק העליון של הכניסה של חדר הניסוי במתקן RI כדי לפקח על שיעור מינון האוויר של המיקום במרווחים של 1 דקות.
  2. הפעל את העוצמה של מצלמת קומפטון ומחשב מקוון.
  3. התחל את המדידה בו עם מצלמת קומפטון ואת מוניטור קצב המינון.
  4. הגדר 137Cs אטום מקור (3.85 mbq) בעמדה המסומנת "a" באיור 2a ולהשאיר אותו 30 דקות. הגדר את המרחק בין הגלאי לבין המקור אטום ל 3.6 m.
  5. הזיזו את המקור האטום למיקום מתויג ' B ' והשאירו אותו במהלך 30 דקות. הגדר את המרחק בין הגלאי והמקור האטום ל 6.7 מ'.
  6. הזיזו את המקור האטום בתנוחה המסומנת כ-C ' והשאירו אותו במהלך 30 דקות. הגדר את המרחק בין הגלאי והמקור האטום ל 6.7 מ'.
  7. הזיזו את המקור האטום בעמדה המסומנת בשלט ' והשאירו אותו במהלך 30 דקות. הגדר את המרחק בין הגלאי והמקור האטום ל-1 מ'.
  8. הזיזו את המקור האטום. מחוץ לחדר לאחר 30 דקות, להפסיק את כל המדידה.

2. ניטור סביבתי במתקן PET

  1. הגדר את מצלמת קומפטון מול דלפק הקבלה במתקן PET כפי שמוצג באיור 2ב. הגדר את גובה הגלאים מהקרקע ל-1 מ'.
  2. הגדר את המחשב המקוון בחדר הצוות.
  3. הפעל את העוצמה של מצלמת קומפטון ומחשב מקוון.
  4. התחל המצלמה קומפטון מדידה מוקדם בבוקר לפני החולים מגיעים למתקן.
  5. אחרי כל המטופלים לעזוב את היום, להפסיק את כל המדידה.

3. מדידה בחוץ בקאוואמאטה-machi, פוקושימה, יפן

  1. הגדר את המצלמה קומפטון ליד בית פרטי כפי שמוצג באיור 2c, שם הקיום של כמה נקודות הרדיולוגי הרדיולוגית עם שיעורי מינון פני השטח של 1 μsv/h או פחות חשודים. הגדר את גובה הגלאים מהקרקע ל 1.5 מ'.
  2. הפעל את העוצמה של מצלמת קומפטון ומחשב מקוון.
  3. הפעל את מדידת המצלמה של קומפטון.
  4. לאחר 30 דקות, להפסיק את כל המדידה.

Representative Results

ניטור מקור קרינה אטום בחדר הניסוי במתקן RI
איור 3a מציג את וריאציה הזמן של קצב ההדק הנמדד על-ידי המצלמה קומפטון (קו אחיד שחור), לאחר החלת בחירת זמן להשהיה של שתי כניסות מונים פחות מ-1 μs. שיעור ההדק השתנה כל 30 דקות בהתאם למיקום המקור האטום (כלומר, מרחק מהמיקום למצלמה). וריאציה זו אושרה מהנתונים שנמדדו על-ידי צג תעריף המינון הנייח (קו מקווקו כחול); ההתנהגות נשארה קבועה (כלומר, רמת הרקע) מלבד בין 5750 s ו-7800 s. כאן, העברנו באופן לא סופי חמש תקופות המסומנת (i), (ii), (iii), (iv) ו-(v), המייצגים את חמש העמדות של המקור האטום (איור 3א). איור 3b מציג את ספקטרום האנרגיה הכולל עבור כל תקופה כזו (30 דקות לכל אחד), הציר האופקי המייצג את סכום הפיקדונות אנרגיה עבור כל אירוע צירוף מקרים של שני קיפולים. אנו מודעים 662 הפסגות הקליטה התמונה שמקורם מקור 137Cs אטום עבור (i), (ii), (iii) ו (iv), בעוד (v) מראה רק רמות הרקע. שיא הגבהים עבור (ii) ו (iii) הם זהים, אשר אנו מייחסים לאותו מרחק 6.7 מטר מהמצלמה למקור אטום. על-ידי בחירת האירוע בתוך 662 ± 40 עבור 662 קוו, חישבתי את זוויות הפיזור ושוחזר את תמונת הגמא האומניכיוונית. התוצאות מוצגות באיורים 3c-f, בהתאמה, לתקופות (i), (ii), (iii) ו-(iv). כאן מצוינים תמונות קרני הגמא באזור האדום, המציין עוצמות קרני גמא במחצית העליונה של הטווח הנצפה. אנו מוצאים כי המיקום של 137Cs אטום המקור ניתן לזהות בהצלחה מתמונות קרני גמא. איור 4 מציג את השינויים בתמונה עם זמן השילוב, כאשר השדה האדום במקום זאת מתאים לטווח צר יותר (העליון 30%) של הטווח הנצפה. טווח צר זה אומץ על מנת להעניק עדיפות לעוצמת שיא. במקרה זה, 137כיוון מקור Cs יכול להיות מזוהה לאחר 30 s.

ניטור סביבתי במתקן PET
איור 5a מציג את וריאציה הזמן הכולל של קצב ההדק בשעות היום (5.6 h) כפי שנמדד על ידי מצלמת קומפטון (קו שחור) מול דלפק קבלה במתקן PET. אנו צופים שיפור יוצא דופן בקצב ההדק עם דפוסים שונים, אשר יכול להיות מיוחס לתנועה של חולים שהוחדרו עם 18מטוסי-פלואורודיט גלוקוז (18f-fdg) מסביב לדלפק הקבלה. כדוגמה לדפוסים כאלה, אנו מתמקדים בתקופה מ-6200 s עד 7000 s. לפי קצב ההדק בתקופה זו, המוצגת באיור 5ב', ניכרת סדרה של שיפורים, עם שני מישורים (i) ו-(ii). איור 5ג מציג את ספקטרום האנרגיה הכולל לגבי התקופות של 5ב'(i), (ii) ו-(iii). אנו צופים 511 הפסגות הקליטת הצילום שמקורם 18F-fdg. איור 5ד, e מראים את 511 התמונה של קוו-גמא-ריי בתקופות (i) ו-(ii), בהתאמה, שבו בחרנו אירועים בתוך 511 ± 40 עבור שחזור תמונה. כיווני פסגות הגמא בשני האיורים תואמים בהתאמה לכיוונים של הספה והשירותים שמאחורי הקיר. בהתחשב בשערי ההדק של שני הצדדים (i) ו-(ii), אנו מפרשים את קרני הגמא ב (i) כדליפה החודרת למגן הקיר מהשירותים; אנו מניח כי החולה נכנס לשירותים ובילה שתי דקות, ואחרי זה ישב על הספה כמה דקות לפני הסריקה PET.

מדידה בחוץ בקאוואמאטה-machi, פוקושימה, יפן
איור 6a מציג את וריאציה הזמן של קצב ההדק עבור 30 דקות של מדידה חיצונית. היציבות של קצב ההדק מרמזת כי מערכת המצלמה שלנו קומפטון פועלת באופן בלתי נשכח גם עבור מדידות שנערכו בחוץ במשך תקופה ארוכה. כדי להדגים כיצד שוחזר מקור קרני הגמא המורחבת, הצגנו ארבע תקופות שילוב שונות (i) (1 דקות), (ii) (10 דקות), (השלישי) (20 דקות) ו (iv) (30 דקות), כפי שמוצג באיור 6א. איור 6b מציג את ספקטרום האנרגיה הכולל עבור כל תקופה, המתארת את המבנים על גבי הפסגות הקליטת התמונות של קרני גמא הנפלטים nuclides רדיואקטיבי ב 605 קוו ו 796 קוו עבור 134cs ו 662 עבור 137cs. כדי לשחזר את תמונת הגאמה-ריי, בחרנו באירועים בתוך 565-622 קוו עבור 605 קוו, 662 ± 40 קוו עבור 662 קוו ו 796 ± 40 הקוו עבור 796 קוו. התמונות של הגאמה-קרני הגמא עבור 605, 662 ו-796 קוו מוצגות באיורים 6c-f לתקופות שילוב (i), (ii), (iii) ו-(iv), בהתאמה. במקרה זה, אנו מוצאים שהפצת קרני הגמא המשוחזרת יציבה כל עוד זמן האינטגרציה עולה על 20 דקות. השיפוע של גבעה בחזית והחלק התחתון של מרזב גשם הם בבירור מזוהמים, בעוד האזור מכוסה אדמה מזוהמים בחלק הנכון של התמונה הוא הדגמה לא מזוהם. עוצמת קרני הגמא היא בהסכמה טובה עם ערכי קצב המינון הנמדד על ידי מד הסקר מסוג scintillation, הערכים אשר מוצגים בצהוב באיור 6f.

Figure 1
איור 1: קרינת גמא-כיוונית הדמיה מערכת מצלמה קומפטון. (א) הסדר גיאומטרי של scintillators עם אחד-עשר אלמנטים המשמשים במחקר זה. במרכז המעגל אורגנו שני מעגלים משניים, כאשר תשעה מסודרים בחצי מעגל, התנודדו אנכית. (ב) צילום של הגלאי ללא דיור. הדלפקים תוקנו בפוליסטירן מורחב. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: התקנה ניסויית. (א) ניטור של מקור קרינה אטום בחדר הניסוי במתקן RI, שם 137Cs-אטום מקור הוגדר בעמדה המסומנת ' a ', ' B ', ' ג ' ו '. (ב) ניטור סביבתי מול דלפק קבלה במתקן PET. (ג) מדידה בחוץ בשדה פוקושימה, יפן. מצלמת קומפטון. תוקנה על סולם אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: התוצאות הייצוגיות של הניטור של מקור 137Cs-אטום בחדר הניסוי. (a) הזמן וריאציה של קצב ההדק כפי שנמדד על ידי מצלמה קומפטון (קו אחיד שחור) ואת התעריף האוויר שיעור כפי שנמדד על ידי צג מינון נייח (קו מקווקו כחול). (ב) ספקטרום האנרגיה הכולל (סכום הפיקדונות האנרגיה עבור כל אירוע מקרי משני קיפול) באיור 3התקופותשל (i) (קו אדום), (ii) (קו כחול), (השלישי) (קו ירוק), (iv) (קו ורוד) ו (v) (קו שחור), עם התוצאה של (0.15 iv) (ג) 662 הדימוי הגמא-קרני-כיוונית מונח על התמונה האופטית בתקופה (30 דקות). השדה האדום מצביע על עוצמות קרני גמא במחצית העליונה של הטווח הנצפה. (ד) כמו ) אבל לתקופה (2) (30 דקות). (ה) כמו ) אבל לתקופה (3) (30 דקות). (ו) כמו ) אבל לתקופה (iv) (30 דקות). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: זהה לאיור 3c, אבל עם זמני מדידה שונים: 3 s, 5 s, 10, 15 s, 30 s, ו 60 s. כאן מזוהים תמונות קרני הגמא על-ידי האזור האדום, המציין את עוצמות קרני הגמא ב -30% העליונים של הטווח הנצפה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: התוצאות הייצוגיות של ניטור סביבתי מול דלפק קבלה במתקן PET. (a) הזמן וריאציה של קצב ההדק כפי שנמדד על ידי המצלמה קומפטון (הקו השחור) במהלך היום (5.6 h). (ב) שיעור ההדק המפורט עבור תקופה בין 6200 s ו-7000 s ב (א). (ג) ספקטרום האנרגיה הכולל עבור הספרה 4ב'(i) (קו אדום), (ii) (קו כחול) ו (iii) (קו שחור). (ד) 511 הדמות של קוו גמא-קרני-כיוונית על גבי התמונה האופטית לתקופה (i) (2 דקות). (ה) זהה ) אך לתקופה (2 דקות). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: התוצאות הייצוגיות של מדידה חיצונית בקאוואמאטה-machi, פוקושימה, יפן. (a) הזמן וריאציה של קצב ההדק כפי שנמדד על ידי מצלמת קומפטון (קו אחיד שחור). (ב) ספקטרום האנרגיההכולל לאיור 5נקודה (i) 1 דקות (קו כחול), (ii) 10 דקות (קו ירוק), (iii) 20 דקות (קו אדום) ו (iv) 30 דקות (קו שחור). (ג) דמות אומניכיוונית של 605, 662 ו-796 קוו קרני גמא על גבי התמונה האופטית לתקופה (i) (1 דקות). (ד) כמו ) אך לתקופה (2) (10 דקות). (ה) כמו ) אבל לתקופה (iii) (20 דקות). (ו) כמו ) אבל לתקופה (iv) (30 דקות). ערכי שיעור המינון הנמדד על ידי מד הסקר מסוג scintillation בגובה של 1 ס מ מהקרקע מוצגים באיורים להשוואה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

מחקר זה המחקר הקודם18
מספר מונים 11 6
נצילות זיהוי (שאלה/(μSv/h)) עבור 511 קוו גמא-ריי 36 18
רזולוציה זוויתית מσ (מעלות) * 11 11

טבלה 1: מופעים של מערכות מצלמה בהווה ובעבר קומפטון. * הרזולוציה זוויתי הוערך מ 511 מערכת הגאמה אומניכיוווני הגמא במהלך המדידה של 22Na מקור אטום (0.8 mbq) הניח 1 m לפני הגלאי.

Discussion

הצגנו שלושה פרוטוקולים ניסיוניים להמחיש מקורות שונים של קרינת גמא ברמה נמוכה באמצעות מצלמת קומפטון מרובת כיוונים שפיתחנו. תוצאות הנציג הראו כי הדמיה קרני גמא ברמות קרינה נמוכות מאפשרת את הנגזרת של הרומן ומידע שימושי על הסביבה הסובבת. במתקן RI, הפרוטוקול חשף כי מערכת המצלמה שלנו קומפטון מגלה בהצלחה את המיקום של מקור קרני הגמא, כמו גם את קצב הספירה במיקום נתון יחסית למקור. משמעות הדבר היא כי השיטה המוצעת יכולה לשמש כטכנולוגיה הדור הבא עבור ניטור הקרינה הסביבתית, החלפת מוניטורים קונבנציונאלי תעריף מינון נייח כבר רכוב על קירות כמעט כל מתקן RI. במאמר זה, אנו מתוארים עוצמת קרינת הגמא כשדה אדום מיפוי האזור חווה עוצמות במחצית העליונה של ערכים נצפים (איור 3, איור 5, ואיור 6), כדי להתאים מטרות שונות ללא הטיה. גישה שאינה מעניקה עדיפות לעוצמת שיא, ולא להפצת מקורות קרני גמא, תאמץ מגוון צר יותר של השדה האדום, אולי ברבעון העליון של הערכים הנצפים, כדי לאפשר ממצאי הוראה בצירי זמן קצרים יותר. אכן, באיור 3c, כיוון השיא יכול להיות מזוהה עם זמן מדידה של 30 עבור במקרה (i) כפי שמוצג באיור 4, שעבורו אינטנסיביות שיא של מיקום היה סביב 20 ספירות.

באשר לניטור סביבתי במתקן PET, הפרוטוקול הראה את האפשרות להמחיש את התנועה הרדיואקטיבית דרך המתקן, אשר במקרה זה נחשב תנועה של חולה הזריק עם 18F-fdg. באיור 5d, e, הכיוון של המטופל ניתן לזהות בפחות מ 10 על ידי אימוץ טווח השדה האדום צר יותר כפי שהוזכר לעיל. בעתיד, ניטור הסביבה של מקורות קרני גמא על ידי אנימציה יהיה שימושי עבור מצבים שונים, לא רק עבור התנועה של חולים כמו במחקר זה, אלא גם עבור ניטור העברת חומרים גרעיניים כגון בנמלי התעופה למטרות טרור, על ידי ניצול של רגישות גבוהה ומאפיינים בעלות נמוכה של המערכת, למרות הרזולוציה של האנרגיה של מערכת המשתמשת scintillator הוא נחות זה של גלאי מוליך למחצה יקר יותר, כגון גרמניום גבוה של טוהר (HPGe) ו-CdZnTe (CZT).

בשדה פוקושימה, הפרוטוקול דמיינו בהצלחה את מקור קרינת גמא המורחבת עם שיעורי מינון פני השטח של הרבה פחות מ-1 μsv/h, שהוא צו של סדר גודל נמוך יותר מאשר בדוח האחרון25,26. מערכת המצלמה שלנו קומפטון נמצאה להיות מסוגל לפעול באופן בלתי נשכח עבור מדידה בחוץ. כבר אישרו כי המערכת יכולה להיות מופעלת באמצעות WiFi וסוללה ניידת לשימוש נוח יותר במצבים שונים, במיוחד עבור מדידה חיצונית. משרד הסביבה ביפן הגדיר את מינון האוויר שיעור מינימום ב 0.23 μSv/h כדי לייעד אזורים להיות decontaminated. אנו מאמינים כי המערכת שלנו ופרוטוקולים יהיה לעזר רב עבור הליך טיהור באזורים של זיהום רדיואקטיבי ברמה נמוכה באזורים נרחבים של יפן המזרחית שבו צסיום רדיואקטיבי שוחרר על ידי התאונה הגרעינית פוקושימה Daiichi הכוח הגרעיני ב 2011.

מצלמת קומפטון בשימוש במחקר זה יש רגישות גבוהה לקרני גמא עם אנרגיות בין 300 קוו ו 1400 קוו, המיוחס לשימוש 3.5 ס מ החוקר (Tl) קוביות שיבוץ18. סוג וגודל הסריקה יכולים להיות ממוטבים לניטור סביבתי של מקורות קרינת גמא ברמה נמוכה מתחת 300 קוו, כגון 99 mTc (141 קוו) ו 111ב (171 קוו, 245 קוו), אשר משמשים לעתים קרובות מיפוי. עבודה זו תוצג בעיתון אחר בעתיד הקרוב. הגלאי יכול להיות מיוצר במחיר נמוך. למעשה, העלות של חומרי הגלאי המשמשים במחקר זה היה לא יותר מ $20,000, וכמות זו נשלטה על ידי המחיר של המונה המורכב של CsI (Tl) ו-PMT; תצורה זו היא זולה באופן משמעותי מאשר בגלאי המוליכים למחצה של GAGG ו-HPGe המשמשים במצלמות קומפטון אחרות. יתר על כן, המערכת המשמשת במחקר זה יש לעשות יותר קומפקטי למען צדדיות ונוחות. גודל המערכת המיוצר במחקר זה היה 30 ס"מ x 25 ס"מ x 40 ס"מ, שהוא גדול יותר מאשר הקיים הנייד גמא מצלמה5,27. הסיבות העיקריות לגודל מערכת כזה גדול הם בגודל גדול של PMT מצורף CsI (Tl) (φ4 ס"מ × 12 ס מ) ואת האלקטרוניקה גדול בעבודת יד על ידינו. בעתיד, הניידות תהיה שופרה על-ידי החלפת ה-PMT עם חבילת מתכת PMT או הסיליקון פוטופיוטיפייר (SiPM) וכן על-ידי אריזה מקרוב של האלקטרוניקה בגודל קטן.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

מחקר זה היה נתמך על ידי קונסורציום קוד פתוח של מיכשור (פתוח-It), יפן, JSPS KAKENHI גרנט (Nos. 22244019, 26610055, 15H04769 ו 19H04492).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Compton camera Custom made
Dose rate monitor Hitachi, Ltd. DAM-1102
Flash ADC board Bee Beans Technologies Co.,Ltd. BBT-019
PC Panasonic Corporation CF-SZ6
Photo-multiplier tube Hamamatsu Photonics K.K. H11432-100
Survey meter Fuji Electric Co., Ltd. NHC7

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. ICRP. Recommendations of the international commission on radiological protection. Annals of the ICRP. 21, ICRP Publication 60 (1990).
  2. Kamae, T., Enomoto, R., Hanada, N. A new method to measure energy, direction, and polarization of gamma rays. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 260, 254-257 (1987).
  3. Schoenfelder, V., et al. Instrument description and performance of the imaging gamma-ray telescope COMPTEL aboard the Compton Gamma-ray Observatory. The Astrophysical Journal Supplement Series. 86, 657-692 (1993).
  4. Suzuki, Y., et al. Three-dimensional and multienergy gamma-ray simultaneous imaging by Using a Si/CdTe compton camera. Radiology. 267, 941-947 (2013).
  5. Kataoka, J., et al. Recent progress of MPPC-based scintillation detectors in high precision X-ray and Gamma-ray imaging. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 784, 248-254 (2015).
  6. Tanimori, T., et al. Establishment of imaging spectroscopy of nuclear gamma-rays based on geometrical optics. Scientific Reports. 7, 41511 (2017).
  7. Sakai, M., et al. In vivo simultaneous imaging with 99mTc and 18F using a Compton camera. Physics in Medicine & Biology. 63, 205006 (2018).
  8. Koide, A., et al. Precision imaging of 4.4 MeV gamma rays using a 3-D position sensitive Compton camera. Scientific Reports. 8, 8116 (2018).
  9. Nagao, Y., et al. Astatine-211 imaging by a Compton camera for targeted radiotherapy. Applied Radiation and Isotopes. 139, 238-243 (2018).
  10. Draeger, E., et al. 3D prompt gamma imaging for proton beam range verification. Physics in Medicine & Biology. 63, 35019 (2018).
  11. Uenomachi, M., et al. Double photon emission coincidence imaging with GAGG-SiPM Compton camera. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. in press (2019).
  12. Nakano, T., et al. Imaging of 99mTc-DMSA and 18F-FDG in Humans Using a Si/CdTe Compton Camera. Physics in Medicine & Biology. in press (2019).
  13. Lee, W., Lee, T. 4 pi FOV compact Compton camera for nuclear material investigations. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 652, 33-36 (2011).
  14. Yamaya, T., et al. Concrete realization of the whole gamma imaging concept. Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC). (2017).
  15. Parra, L. Reconstruction of cone-beam projections from Compton scattered data. IEEE Transactions on Nuclear Science. 47, 1543-1550 (2000).
  16. Xu, D., He, Z. Filtered Back-Projection in 4pi Compton Imaging with a Single 3D Position Sensitive CdZnTe Detector. IEEE Transactions on Nuclear Science. 53, 2787-2795 (2006).
  17. Wilderman, S., Clinthorne, N., Fessler, J., Rogers, W. List-mode maximum likelihood reconstruction of Compton scatter camera images in nuclear medicine. Proceedings of IEEE Nuclear Science Symposium. 3, 1716-1720 (1998).
  18. Watanabe, T., et al. Development of an omnidirectional gamma-ray imaging Compton camera for low-radiation-level environmental monitoring. Japanese Journal of Applied Physics. 57, 026401 (2018).
  19. Kagaya, M., et al. Development of a low-cost-high-sensitivity Compton camera using CsI(Tl) scintillators (γI). Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 804, 25-32 (2015).
  20. Muraishi, H., Kagaya, M., Katagiri, H., Takeda, T., Watanabe, T. Proposal of a new image reconstruction technique for the Compton camera. The Journal of Japan Academy of Health Science. 17, 159-164 (2014).
  21. Katagiri, H., et al. Development of an all-sky gamma-ray Compton camera based on scintillators for high-dose environments. Journal of Nuclear Science and Technology. 55, 1172-1179 (2018).
  22. Watanabe, T., et al. Remote measurement of urinary radioactivity in 18F-FDG PET patients using Compton camera for accuracy evaluation of standardized uptake value. Biomedical Physics & Engineering Express. 4, 065029 (2018).
  23. Uchida, T. Hardware-based TCP processor for gigabit ethernet. IEEE Transactions on Nuclear Science. 55, 1631-1637 (2008).
  24. Brun, R., Redemakers, R. ROOT - An Object-Oriented Data Analysis Framework. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 389, 81-86 (1997).
  25. Tomono, D., et al. First on-site true gamma-ray imaging-spectroscopy of contamination near Fukushima plant. Scientific Reports. 7, 41972 (2017).
  26. Kataoka, J., et al. Ultracompact Compton camera for innovative gamma-ray imaging. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 912, 1-5 (2018).
  27. Wahl, C. G., et al. The Polaris-H imaging spectrometer. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 784, 377-381 (2015).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics