ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΚΘΕΣΗ Ερευνητές: Δαυίδ Ευστράτιος, Βαλαής Ιωάννης, Μιχαήλ Χρήστος, Φούντος Γεώργιος, Λιαπαρίνος Παναγιώτης, Νεκτάριος Καλύβας Εισαγωγή Τα διαγνωστικά συστήματα ιατρικής απεικόνισης βασίζονται στην καταγραφή και αποθήκευση πληροφοριών που δίνουν στοιχεία τόσο για την ανατομία όσο και για την παθολογία του ανθρώπινου σώματος. Συγκεκριμένα, η ιοντίζουσα ακτινοβολία εξασθενεί από το σώμα του ασθενούς και στη συνέχεια ανιχνεύεται με χρήση κατάλληλων ανιχνευτών. Οι ανιχνευτές αυτοί έχουν την ιδιότητα να απορροφούν τη ιοντίζουσα ακτινοβολία και να την μετατρέπουν σε δευτερογενείς φορείς πληροφορίας. Οι ανιχνευτές εικόνας χαρακτηρίζονται από παραμέτρους οι οποίες εκφράζουν την ένταση και την κατανομή του παραγόμενου σήματος στην έξοδο του ανιχνευτή και σχετίζονται άμεσα με την ποιότητα της ιατρικής εικόνας αλλά και με τη δόση στον εξεταζόμενο. Δύο από τις σημαντικότερες παραμέτρους που εξετάζουν την ευαισθησία της φθορίζουσας επίστρωσης και την είναι η απόλυτη απόδοση και ο συντελεστής φασματικής σύζευξης [1,2]. Μεγάλες τιμές σε αυτές τις παραμέτρους οδηγούν σε μείωση της δόσης στον εξεταζόμενο. Σκοπός Σκοπός αυτής της τεχνικής αναφοράς είναι να περιγράψει την μεθοδολογία κατασκευής και μέτρησης των παραμέτρων ευαισθησίας φθοριζόντων επιστρώσεων και να τις εφαρμόσει σε φθορίζουσες οθόνες διαφόρων επιφανειακών πυκνοτήτων κατασκευασμένες από Gd 2 O 2 S:Pr. Αξίζει να αναφερθεί ότι δεν υπάρχει έως τώρα κάτι δημοσιευμένο στη διεθνή βιβλιογραφία αναφορικά με τη μελέτη ευαισθησίας αυτού του υλικού. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΣ Διαδικασία κατασκευής οθονών Το φθορίζον υλικό (φώσφορος), καθώς και το υάλινο υπόστρωμα ζυγίζονται σε ζυγό (σε mg με ακρίβεια ενός δεκαδικού ψηφίου) για τον υπολογισμό της επιφανειακής πυκνότητας της οθόνης. Ο φώσφορος, που είναι σε μορφή σκόνης, ζυγίζεται με την βοήθεια ενός μικρού χάρτινου υποδοχέα. Ο χάρτινος υποδοχέας έχει τη μορφή μικρού πιάτου για να βοηθήσει στην μεταφορά και ζύγιση του φωσφόρου. Στη συνέχεια τοποθετείται (ο χάρτινος υποδοχέας χωρίς τον φώσφορο) στο ζυγό, κλείνοντας το τζάμι του ζυγού για να παραμείνει ανεπηρέαστη η μέτρηση από εξωτερικούς παράγοντες, και μετριέται το βάρος του. Κατόπιν μηδενίζεται η ένδειξη του ζυγού (αφαιρείται το βάρος του υποδοχέα δηλ. το απόβαρο). Έπειτα με ένα πλαστικό φτυαράκι ρίχνεται ο φώσφορος πάνω χάρτινο υποδοχέα και ζυγίζεται το βάρος του. Η τιμή της ζύγισης σημειώνεται με την ένδειξη μεικτό βάρος φωσφόρου. Ακολούθως, πραγματοποιείται ζύγιση του υάλινου υποστρώματος και το βάρος του σημειώνεται. Για την παρασκευή της οθόνης χρησιμοποιούνται συνολικά 900 ml απιονισμένο νερό (τα οποία μετρώνται με ογκομετρικό σωλήνα των 1000 ml), 15,5 ml υδρύαλος (συνδετικό υλικό διάλυμα πυριτικού Νατρίου Na 2 SiO 3 ), που μετρώνται με ογκομετρικό σωλήνα των 25 ml, και η εκάστοτε ποσότητα σκόνης φθορίζοντος υλικού (συνήθως 0,5 1,5 g). Με την βοήθεια του χάρτινου υποδοχέα τοποθετείται σε υάλινο μπουκάλι του 1 lt ο φώσφορος. Χρησιμοποιώντας ένα χωνί τοποθετούνται αρχικά 700 ml απιονισμένο νερό, 15,5 ml υδρύαλος (εάν ο υδρύαλος έχει 1
καθιζάνει στο μπουκάλι όπου φυλάγεται, ανακινείται το μπουκάλι μέχρι να εξαφανισθεί η καθίζηση) και στην συνέχεια άλλα 100 ml απιονισμένο νερό για να παρασύρουν τυχούσα ποσότητα υδρύαλου που έχει κολλήσει στο χωνί. Το μπουκάλι σφραγίζεται αεροστεγώς και το μείγμα ανακινείται για 5 περίπου λεπτά. Αφού βεβαιωθούμε ότι ο περιοριστής ροής είναι κλειστός, το μίγμα χύνεται στην διάταξη καθιζήσεως σταδιακά κλείνοντας και ανακινώντας το υάλινο μπουκάλι 2-3 φορές. Στο τέλος προστίθενται τα υπόλοιπα 100 ml στο υάλινο μπουκάλι, το οποίο πιθανόν να περιέχει τυχόν υπολείμματα φωσφόρου, ανακινείται το μπουκάλι και το περιεχόμενο αδειάζετε στην διάταξη καθιζήσεως όπου υπάρχει το μίγμα. Τέλος τοποθετείται το άνω πώμα για να μην πέσουν σκόνες από το περιβάλλον στην οθόνη (θα επηρεαστούν κάποιοι παράγοντες ποιότητος του παραγόμενου φωτός). Η διάταξη καθιζήσεως αποτελείται από ένα διαφανή πλαστικό σωλήνα καθίζησης τοποθετημένο στον τοίχο με άνω και κάτω πώμα. Έχει χωρητικότητα περίπου ένα λίτρο. Το κάτω μέρος του πώματος είναι συνδεδεμένο με ένα σωληνάκι το οποίο έχει περιοριστή ροής. Ο περιοριστής ροής επιτρέπει ή όχι να περάσει το μίγμα από το σωληνάκι. Το σωληνάκι καταλήγει σε ένα δοχείο αποχέτευσης, για την συλλογή των υπολειμμάτων του μίγματος. Πριν τη διαδικασία καθίζησης, ο πλαστικός σωλήνας πλένεται με αποσταγμένο νερό και ελέγχεται για τυχόν διαρροές στο κάτω πώμα. Το υπόστρωμα επάνω στο οποίο θα καθιζάνει η οθόνη, τοποθετείται σε ένα ορειχάλκινο υποδοχέα, ο οποίος στερεώνεται λίγο πιο πάνω από το πυθμένα του σωλήνα, εσωτερικά του σωλήνα. Τόσο το υάλινο υπόστρωμα μέσα στην υποδοχή, όσο και ο σωλήνας ελέγχονται ως προς την καθετότητά τους (με ένα αλφάδι), πριν από την διαδικασία της καθίζησης. Στο εργαστήριο υπάρχουν συνολικά 3 διατάξεις καθιζήσεως για δυνατότητα παρασκευής 3 οθονών ταυτόχρονα. Αφού βεβαιωθεί ότι ο ρυθμιστής ροής είναι κλειστός και έχει τοποθετηθεί το άνω πώμα, το μίγμα αφήνεται να καθιζάνει επάνω στο υπόστρωμα για μία ημέρα. Με την διαδικασία αυτή κολλάνε οι κόκκοι του φωσφόρου (με την βοήθεια του υδρύαλου) επάνω στο υάλινο υπόστρωμα, δηλαδή δημιουργείται μια φθορίζουσα οθόνη. Μετά την παρέλευση τουλάχιστον 24 ωρών από την έναρξη της διαδικασίας καθίζησης συνέχεια ανοίγεται ο περιοριστής ροής και αφήνεται να αδειάσει το υπόλειμμα του μίγματος στο δοχείο αποχέτευσης. Ο φώσφορος που έχει αρχίσει να κολλάει επάνω στο υάλινο υπόστρωμα αφήνεται να στεγνώσει για 2 ημέρες. Το άνω πώμα παραμένει στον σωλήνα. Η παρασκευασμένη οθόνη αφαιρείται μέσα από τον σωλήνα και την ορειχάλκινη υποδοχή και τοποθετείται μέσα σε έναν φούρνο, επάνω σε μια βάση από ανοξείδωτο ατσάλι ή Νικέλιο (ή Χαλκό). Προτιμάται το ανοξείδωτο ατσάλι ( stainless steel ) λόγω της αντοχής του στις υψηλές θερμοκρασίες. Γύρω από την οθόνη και την βάση τοποθετείται ένα αναποδογυρισμένο ποτήρι από Pyrex, ώστε να προστατεύει την οθόνη από σκόνη που μπορεί να δημιουργηθεί κατά την διάρκεια του ψησίματος (σχήμα 1). Κλείνεται η πόρτα του φούρνου και ρυθμίζεται έτσι ώστε να φτάσει η θερμοκρασία στους 160 o C. Κατόπιν διακόπτεται η λειτουργία του φούρνου και αφήνεται να πέσει η θερμοκρασία σταδιακά (με κλειστή την πόρτα του φούρνου) στην θερμοκρασία περιβάλλοντος. Στη συνέχεια ανοίγεται η πόρτα του φούρνου και εξάγεται προσεκτικά η φθορίζουσα οθόνη. Η διαδικασία αυτή γίνεται για να φύγει τελείως η υγρασία από την οθόνη. 2
Σχήμα 1: Φωτογραφία 2 οθονών YAP, επάνω σε βάσεις από ανοξείδωτο ατσάλι και μέσα σε ποτήρια από Pyrex, έτοιμες να εισαχθούν στον φούρνο Για να ταξινομηθεί κατάλληλα η φθορίζουσα οθόνη πρέπει να βρεθεί και να σημειωθεί η επιφανειακή πυκνότητά της. Ζυγίζεται η παρασκευασμένη οθόνη και βρίσκεται η μάζα του υποστρώματος και του κολλημένου φωσφόρου (σχήμα 2). Σχήμα 2: Ζύγιση οθόνης YAP για εύρεση επιφανειακής πυκνότητας Η επιφανειακή πυκνότητα της οθόνης προσδιορίζεται από τον τύπο: 3
m - m 2 1 E= (1) S όπου Ε η επιφανειακή πυκνότητα (το πάχος) της οθόνης (σε mg/cm 2 ), m 1 η μάζα του υποστρώματος πριν την καθίζηση (σε mg), m 2 η μάζα του υποστρώματος και του κολλημένου φωσφόρου (μετά την καθίζηση) (σε mg), S το εμβαδόν της οθόνης (σε cm 2 ). Το εμβαδόν καθορίζεται από την σχέση: 2 2 2 d d r S 2 4 (2) όπου d η διάμετρος της οθόνης. Δηλαδή η διαφορά m 2 -m 1 δείχνει την μάζα του φωσφόρου που έχει κολλήσει επάνω στο υπόστρωμα μετά την διαδικασία της καθίζησης. Αφού προσδιοριστεί η επιφανειακή πυκνότητα, η οθόνη τοποθετείται στην πλαστική θήκη φύλαξης. Για να αναγνωρίζεται εύκολα η παρασκευασμένη οθόνη, η επιφανειακή της πυκνότητα αναγράφεται και τοποθετείται κατάλληλα σε κάποιο τοίχωμα της θήκης. Εναλλακτικά χρησιμοποιείται πλαστικός σωλήνας με χωρητικότητα περίπου 600 ml. Για την παρασκευή της οθόνης χρησιμοποιούνται συνολικά 600 ml απιονισμένο νερό (τα οποία μετρώνται με ογκομετρικό σωλήνα των 1000 ml), 8 ml υδρύαλος (συνδετικό υλικό διάλυμα πυριτικού Νατρίου Na 2 SiO 3 ), που μετρώνται με ογκομετρικό σωλήνα των 25 ml, και η εκάστοτε ποσότητα σκόνης φθορίζοντος υλικού. Πριν φτιάξουμε το διάλυμα ρίχνουμε 100ml απιονισμένου νερού στον σωλήνα καθιζήσεως έως ότου καλυφτεί πλήρως η υποδοχή με το υάλινο υπόστρωμα. Αυτό το κάνουμε για να μην μετακινηθεί το υπόστρωμα από τη θέση του κατά τη διαδικασία έκχυσης του διαλύματος μέσα στον σωλήνα καθίζησης. Στη συνέχεια ρίχνουμε την σκόνη του φθορίζοντος υλικού μέσα στο μπουκάλι μαζί με 200ml απιονισμένου νερού και ανακατεύουμε καλά. Μετά ρίχνουμε 2ml υδρύαλου μέσα στο μπουκάλι και ανακατεύουμε. Αυτό το επαναλαμβάνουμε 4 φορές μέχρι να αναμιχθούν και τα 8 ml υδρύαλου. Αυτό το κάνουμε για να αποφύγουμε τη δημιουργία συσσωματωμάτων σκόνης φθορίζοντος υλικού και υδρύαλου. Στη συνεχεία ρίχνουμε άλλα 100ml απιονισμένου νερού για να παρασυρθεί τυχών ποσότητα υδρύαλου που έχει μένει στα τοιχώματα του χωνιού και ανακατεύουμε. Μετά από καλό ανακάτεμα αδειάζουμε το διάλυμα μας στον σωλήνα καθίζησης. Έπειτα βάζουμε άλλα 100ml απιονισμένου νερού μέσα στο μπουκάλι στο οποίο μπορεί να έχουν απομείνει υπολείμματα φωσφόρου, ανακατεύουμε και αδειάζουμε το περιεχόμενο στον σωλήνα καθίζησης με το υπόλοιπο μείγμα. Αυτό το επαναλαμβάνουμε άλλη μια φορά. Με τη νέα μέθοδο η ποσότητα της σκόνης που μένει στο υπόστρωμα είναι το 30.5% της αρχικής σκόνης, ενώ με την προηγούμενη μέθοδο ήταν το 25% [3]. Παρασκευή οθονών Gd 2 O 2 S: Pr Παρασκευάστηκαν 6 οθόνες Gd 2 O 2 S:Pr με την μέθοδο της καθίζησης. Οι επιφανειακές τους πυκνότητες ήταν 34.01, 45.53, 47.44, 81.47, 96.15, 137.73 mg/cm 2 αντίστοιχα. Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται αναλυτικά τα στοιχεία για την εύρεση της επιφανειακής πυκνότητας των οθονών. Πίνακας 1: Στοιχεία υπολογισμού επιφανειακής πυκνότητας 4
A/A Βάρος φωσφόρου σε (gr) Βάρος Υποστρώματος σε (gr) Βάρος Παρασκευής σε (gr) Διάμετρος οθόνης (cm) Επιφανειακή Πυκνότητα Οθόνης (mg/cm 2 ) 1. 0,9150 1,7184 1,9587 3 34,01 2. 1,2478 4,7474 5,0690 3 45,53 3. 1,3031 4,1470 4,4821 3 47,44 4. 2,2875 1,6565 2,2321 3 81,47 5. 2,6825 4,7474 5,4266 3 96,15 6. 3,8030 1,7406 2,7137 3 137,73 Διατάξη για τον προσδιορισμό της απόλυτης απόδοσης Η απόλυτη απόδοση η (Absolute Efficiency-AE) εκφράζει την ικανότητα του φωσφόρου να μετατρέπει την έκθεση ακτίνων Χ που προσπίπτουν στην επιφάνειά του, σε εκπεμπόμενη ενέργεια φωτός [4, 5]. Για τον υπολογισμό της απόλυτης απόδοσης ( ) μιας φθορίζουσας οθόνης, μέσω των μετρήσεων του ηλεκτρομέτρου (Cary κλπ), χρησιμοποιείται ο τύπος (3) όπου Ι το ρεύμα φωτοκαθόδου (ένδειξη ηλεκτρομέτρου), S το εμβαδό ενεργοποίησης οθόνης (ακτινοβολούμενο εμβαδό οθόνης) σε διέλευση (transmission mode) και σε ανάκλαση (reflection mode), R ο ρυθμός έκθεσης (σε ), N P το μέγιστο της ευαισθησίας της φωτοκαθόδου,, N F η ολική φωτεινή ροή Ψ 0 προς συλλεγόμενη φωτεινή ροή Ψ C για διέλευση (transmission mode) για μετρήσεις ανάκλασης (reflection mode) είναι, α s : παράγων φασματικής συμβατότητας (φάσμα εκπομπής οθόνης φασματική ευαισθησία φωτοπολλαπλασιαστή) 0.8511. Η απόλυτη απόδοση δίνεται σε μονάδες οι οποίες ονομάζονται Efficiency Units (E.U.) [6, 7]. Για τον προσδιορισμό της απόλυτης απόδοσης των οθονών Gd 2 O 2 S:Pr χρησιμοποιήθηκε η διάταξη του παρακάτω σχήματος. 5
Σχήμα 3: Διάταξη διέλευσης για την μέτρηση της απόλυτης απόδοσης Μια λυχνία ακτίνων Χ ακτινοβολεί σε συγκεκριμένα kv και mas για να διεγείρει την φθορίζουσα οθόνη. Η δέσμη των ακτίνων Χ διέρχεται από ομοίωμα Αλουμινίου πάχους 20 mm στην κλασσική ακτινοδιαγνωστική και από ομοίωμα Λουσίτη πάχους 30 mm στην μαστογραφία. Τα ομοιώματα Αλουμινίου και Λουσίτη προσομοιώνουν την εξασθένηση που υφίσταται η δέσμη ακτίνων Χ από το ανθρώπινο σώμα και το μαστό αντίστοιχα [4,5]. Κατόπιν διεγείρεται η φθορίζουσα οθόνη και ακτινοβολεί φωτόνια ορατού φωτός. Τα φωτόνια αυτά μετατρέπονται από το φωτοπολλαπλασιαστή σε συνεχές ηλεκτρονικό ρεύμα. Το συνεχές αυτό ρεύμα μετατρέπεται σε μεταβαλλόμενο ρεύμα με τη χρήση μιας παλλόμενης γλωσσίδας. Στην συνέχεια το αναλογικό σήμα ψηφιοποιείται μέσω ενός αναλογικό-ψηφιακού μετατροπέα (ADC) και εισάγεται στον υπολογιστή για μέτρηση και επεξεργασία. Σημαντικό ρόλο παίζει στην ανωτέρα διαμόρφωση η χρήση της σφαίρας ολοκλήρωσης General Purpose Oriel 70451. Ο τρόπος λειτουργίας της είναι ο εξής: Το φως συλλέγεται από τη σφαίρα ολοκλήρωσης ανακλάται ομοιόμορφα και σκεδάζεται γύρω στο εσωτερικό της σφαίρας. Έτσι η έξοδος είναι μία ομοιόμορφη, χωρικά κατανεμημένη δέσμη, η οποία δεν επηρεάζεται από χωρικές, γωνιακές και πολικές αλλαγές της εισόδου. Η σφαίρα μειώνει ή εξαλείφει την ευαισθησία του ανιχνευτή στο σχήμα και στη γωνία της δέσμης καθώς και στις μεταβολές της χωρικής απόκρισής του και ελαχιστοποιεί την επίδραση της γωνιακής κατανομής του εκπεμπόμενου φωτός [7, 9]. Αφού κάνει μια σειρά από ανακλάσεις, το φως εξέρχεται από την σφαίρα. Έχει υπολογιστεί ότι η έντασή του αποτελεί το 15,6% της έντασης του φωτός που προσπίπτει στην είσοδό της. Έτσι για τον υπολογισμό της απόλυτης απόδοσης χρησιμοποιείται ο παράγοντας NF -1 (συλλεγόμενη φωτεινή ροή Ψ C προς την ολική φωτεινή ροή Ψ O ) που είναι ίσος με 0,156 [7,8]. Στο επάνω μέρος της σφαίρας ολοκλήρωσης υπάρχει ειδική υποδοχή για προσαρμογή της οθόνης. Η υποδοχή αυτή είναι καλυμμένη με ένα λεπτό φύλλο αλουμινίου. 6
Σχήμα 4: Σύνδεση σφαίρας ολοκλήρωσης με φωτοπολλαπλασιαστή Για να γίνουν οι μετρήσεις της απόλυτης απόδοσης στο ακτινολογικό, λαμβάνοντας υπόψη και τις διαστάσεις της σφαίρας ολοκλήρωσης η απόσταση μεταξύ λυχνίας οθόνης είναι 72,5 cm για ακτινογράφηση και 37.5 cm για μαστογραφία. Παράγοντας φασματικής συμβατότητας (Matching Factor): Τα οπτικά φωτόνια που εξέρχονται από τους σπινθηριστές δεν γίνεται πλήρως ανιχνεύσιμα από τους φωτοανιχνευτές, λόγω διαφορετικής φασματικής ευαισθησίας του φωτοανιχνευτή. Η φασματική συμβατότητα ενός παράγοντα φασματικής συμβατότητας (matching factor) α s. Ο παράγοντας φασματικής συμβατότητας παίρνει τιμές από 0 (για μηδενική συμβατότητα) έως 1 (για τέλεια συμβατότητα) και ορίζεται από τη σχέση [4,8] : (4) Όπου S p (λ) το φάσμα εκπομπής του φθορίζοντος υλικού και S D (λ) η φασματική ευαισθησία του ανιχνευτή, για οπτικό μήκος κύματος λ. Μέτρηση φάσματος εκπομπής Για τη μέτρηση του φάσματος εκπομπής χρησιμοποιήθηκε φασματοφωτόμετρο Ocean Optics S2000. Με την διάταξη που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα (σχήμα 5) 7
Σχήμα 5: Διάταξη για τη μέτρηση του φάσματος εκπομπής Λυχνία ακτίνων Χ Σαν λυχνία ακτίνων Χ χρησιμοποιήθηκε: Ένα ακτινολογικό Philips Optimus με τάσεις λυχνίας από 40 έως 140 kv και ένας Μαστογράφος Giotto IMS XM12 με τάσεις λυχνίας από 22 έως 49 kv. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Μέτρηση εκπομπής οπτικού φάσματος Gd 2 O 2 S: Pr. Μετρήθηκαν τα φάσματα για διέλευση και ανάκλαση για την οθόνη 47,4493 mg/cm 2 και είχαν την μορφή που φαίνεται στα σχήματα 6α και 6β αντίστοιχα παρακάτω μορφή. Παρατηρούμε ότι το Gd 2 O 2 S: Pr εκπέμπει κυρίως στα 510nm και στα 670 nm. 8
Counts 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 200 300 400 500 600 700 800 900 Wavelength(nm) Σχήμα 6α: Φάσμα εκπομπής (διέλευσης) οθόνης Gd 2 O 2 S:Pr πάχους 47,4493 mg/cm 2. 2500 2000 Counts 1500 1000 500 0 200 300 400 500 600 700 800 900 Wavelength(nm) Σχήμα 6β: Φάσμα εκπομπής (ανάκλασης) οθόνης Gd 2 O 2 S:Pr πάχους 47,4493 mg/cm 2. Μέτρηση Απόλυτης Απόδοση n A Στο σχήμα 7 φαίνεται η απόλυτη απόδοση του Gd 2 O 2 S:Pr σε συνθήκες μαστογραφίας. Από το σχήμα παρατηρούμε ότι την καλύτερη (υψηλότερη) απόδοση για τις συνθήκες της μαστογραφίας την έχει η οθόνη επιφανειακής πυκνότητας 34.01mg/cm 2 και χειρότερη (χαμηλότερη) η οθόνη επιφανειακής πυκνότητας 9
137.73mg/cm 2. Αυτό έρχεται σε σύμφωνη γνώμη με την βιβλιογραφία και την διεθνή πρακτική να χρησιμοποιούνται ανιχνευτές μικρής επιφανειακής πυκνότητας στη κλασσική μαστογραφία [10]. Σχήμα 7: Γραφική παράσταση απόλυτης απόδοσης σε συνάρτηση με την τάση της λυχνίας για τις οθόνες Gd 2 O 2 S:Pr σε συνθήκες μαστογραφίας. Στο σχήμα 8 φαίνεται η απόλυτη απόδοση του Gd 2 O 2 S:Pr σε συνθήκες ακτινογράφησης. Από το σχήμα παρατηρούμε ότι την καλύτερη (υψηλότερη) απόδοση για τις συνθήκες της μαστογραφίας την έχει η οθόνη επιφανειακής πυκνότητας 137.73mg/cm 2 και χειρότερη (χαμηλότερη) η οθόνη επιφανειακής πυκνότητας 34.01mg/cm 2. Επιπλέον στο παρακάτω πίνακα αναγράφεται και η βέλτιστη υψηλή τάση ακτινοβόλησης για κάθε επιφανειακή πυκνότητα Πίνακας 2: Βέλτιστη υψηλή τάση λειτουργίας για κάθε επιφανειακή πυκνότητα Επιφανειακή πυκνότητα Gd 2 O 2 S:Pr (mg/cm 2 ) Βέλτιστη υψηλή τάση ακτινοβόλησης (kv) 34.01 100 45.53 90-100 81.47 100-110 96.15 100-110 137.73 110 10
Σχήμα 8: Γραφική παράσταση απόλυτης απόδοσης σε συνάρτηση με την τάση της λυχνίας για τις οθόνες Gd 2 O 2 S:Pr σε συνθήκες ακτινογραφικού. 1) Παράγοντες Φασματικής Συμβατότητας Παράγοντες Φασματικής Συμβατότητας Gd 2 O 2 S:Pr με διάφορους οπτικούς ανιχνευτές με χρήση της σχέσεως 4 φαίνονται στο παρακάτω πίνακα. Πίνακας 3: Παράγοντες φασματικής σύζευξης με διάφορους ψηφιακούς ανιχνευτές Οπτικοί Ανιχνευτές Φασματική Συμβατότητα Extended S-20 Photocathode with quartz window 0,851 Si Photodiode 0,509 11
GaAsP Hamamatsu Photocathode 0,933 a-si:h 104H Photodiode 0,876 a-si:h 108H Photodiode 0,882 S-9 Photocathode 0,897 Si/S1133 Hamamatsu Photodiode 0,895 Si/S1227-BR 0,755 Si/S1337-BR Hamamatsu Photodiode 0,524 CCD S100AF SITe 0,595 CCD S100AB SITe 0,892 a-si Photodiode 0,857 CCD broadband AR coating 0,842 CCD IR AR COATING 0,609 HYBRID CMOS NIR AR COATING 0,756 HYBRID CMOS BLUE 0,839 Monolithic 0.5 0,602 Παρατηρούμε ότι καλύτερη φασματική ευαισθησία υπάρχει με την GaAsP Hamamatsu Photocathode, ενώ υπάρχει και ικανοποιητική ευαισθησία με το HYBRID CMOS BLUE για χρήση σε ψηφιακούς ανιχνευτές με τεχνολογία CMOS. Συμπεράσματα Παρασκευάστηκαν 6 οθόνες με τον σπινθηριστή κοκκώδους μορφής Gd 2 O 2 S:Pr και αξιολογήθηκαν πειραματικά σε συνθήκες μαστογραφίας και κλασικής ακτινοδιαγνωστικής. Η απόλυτη απόδοση των οθονών Gd 2 O 2 S:Pr, σε συνθήκες έκθεσης ακτίνων-χ εξαρτάται από το συνδυασμό επιφανειακής πυκνότητας και ενέργειας της ακτινοβολίας. Συγκεκριμένα, στη μαστογραφία μεγαλύτερη απόλυτη απόδοση παρουσιάζει η οθόνη με πάχος 34.01 mg/cm 2. Σε συνθήκες ακτινογραφίας η οθόνη που παρουσιάζει την μεγαλύτερη απόλυτη απόδοση στην παραπάνω ενέργεια είναι αυτή με πάχος 137,73 mg/cm 2. Οι τιμές του n A βρέθηκαν συγκρίσιμες αλλά μικρότερες από αντίστοιχες τιμές για οθόνες Gd 2 O 2 S:Eu. Παρόλα αυτά η χρήση κατάλληλου οπτικού ανιχνευτή με μεγαλύτερο συντελεστή φασματικής σύζευξης μπορεί να δώσει συγκρίσιμα αποτελέσματα. Ευχαριστίες Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τους φοιτητές Βαραμπούτη Γεώργιο και Γκάτσο Σταύρο για τη συνεισφορά τους στις πειραματικές μετρήσεις του φωσφόρου Gd 2 O 2 S:Pr. 12
Αναφορές 1. D. Cavouras, I. Kandarakis, D. Nikolopoulos, I.Kalatzis, A. Episkopakis, G. Kagadis, N. Kalivas, D. Linardatos, M. Roussou, E. Nirgianaki, D. Margetis, I. Valais, I. Sianoudis, K. Kourkoutas, N. Dimitropoulos, A. Louizi, C. Nomicos, G. Panayiotakis.: Light emission efficiency and imaging performance of Y2Al5O12: Ce (YAG: Ce) powder screens under diagnostic radiology conditions. Applied Physics B (Lasers and Optics), 80 pp. 1-11, 2005. 2. N. Kalyvas, I. Valais, L. Costaridou, I. Kandarakis, D. Cavouras, C.D. Nomicos and G. Panayiotakis: Evaluating optical spectral matching of phosphor-photodetector combinations JINST 4 P07003, 2009, doi:10.1088/1748-0221/4/07/p07003. 3. I. Valais, G. Fountos, C. Michail, I. Seferis, N. Kalyvas, A. Mytafidis, I. Kandarakis and G.S. Panayiotakis: Thin Substrate Powder Scintillator Screens for use in Digital X-ray Medical Imaging Applications, (2012) IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, art. no. 6152537, pp. 2997-3000. 4. I. Valais: Systematic study of the light emission efficiency and the corresponding intrinsic physical characteristics of single crystal scintillators, doped with the trivalent Cerium (Ce 3+ ) activator, in wide energy range (from 20kv-18mv) for medical applications. PhD Thesis, University of Patras, 2008, available at: http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/bitstream/10889/997/1/thesis_valais_sec.pdf. 5. David Stratos, PhD Thesis title: "Experimental evaluation of single-crystal and granular scintillators in medical imaging detectors: application in an experimental prototype imaging system", University of Patras, Department of Medical Physics, postgraduate course in Medical Physics, June 2010. 6. I. Valais, I. Kandarakis, D. Nikolopoulos, I. Sianoudis, N. Dimitropoulos, D. Cavouras, C. Nomicos, G. Panayiotakis.: Luminescence efficiency of Gd 2 SiO 5 : Ce scintillator under x-ray excitation. IEEE Transactions on Nuclear Science. Vol. 52, No 5, pp. 1830-1835, Oct. 2005 7. S. L. David, C. M. Michail, M. Roussou, E. Nirgianaki, A. E. Toutountzis, I. G. Valais, G. Fountos, P. F. Liaparinos, I. Kandarakis, G. Panayiotakis. Evaluation of the luminescence efficiency of YAG:Ce powder scintillating screens for use in digital mammography detector ΙΕΕΕ Trans. Nucl. Sci. 57(3):951-957, 2010. 8. I. Valais, I. Kandarakis, D. Nikolopoulos, C. Michail, S. David, G. Loudos, D. Cavouras and G.S. Panayiotakis: Luminescence properties of (Lu,Y) 2 SiO 5 :Ce and Gd 2 SiO 5 :Ce single crystal scintillators under x-ray excitation for use in medical imaging systems. IEEE Transactions on Nuclear Science., vol. 54 (1), Feb. 2007. 9. S. David, C. Michail, I. Valais, A. Toutountzis, P. Liaparinos, D. Cavouras, I. Kandarakis, G.S. Panayiotakis: Investigation of luminescence properties of Lu 2 SiO 5 :Ce (LSO) powder scintillator in the x-ray radiography energy range. IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 55 (6), pp 3684-3691, Dec 2008. 10. S. David, C. Michail, I. Valais, D. Nikolopoulos, P. Liaparinos, N. Kalivas, N. Efthimiou, A. Toutountzis, G. Loudos, I. Sianoudis, D. Cavouras, C.D. Nomicos, I. Kandarakis: Efficiency of Lu 2 SiO 5 :Ce (LSO) powder phosphor as X-ray to light converter under mammographic imaging conditions. Nucl Inst. Meth. Res. A, 571, pp. 346-349, 2007 13
14