Базовые конструкционные параметры коллиматора

Начнем с материала коллиматора. Коллиматоры изготавливаются из материалов с высокой плотностью и высоким атомным номером, чтобы основным процессом взаимодействия фотонов было фотоэлектрическое поглощение. Наиболее часто коллиматоры делаются из свинца с добавлением небольшого количества (3 ÷ 6 %) сурьмы. Однако при анализе распределений высокоэнергетических р/н (особенно кэВ) необходимая толщина коллиматора становится слишком возрастает (> 10 см), что из-за большого веса подобного коллиматора создает много дополнительных трудно решаемых проблем. Для изготовления коллиматоров были предложены также такие материалы как вольфрам, тантал и золото, имеющие большую плотность, чем свинец. Однако трудности в плавке и механической обработке этих материалов, а также стоимостные проблемы препятствуют их широкому применению в этой области.

После выбора материала коллиматора следующая группа фундаментальных задач, решаемых при проектировании коллиматора, относится к его геометрии. Однако прежде чем приступить к их изучению, необходимо ответить на ряд принципиальных вопросов, в первую очередь связанных с расположением и ориентацией каналов коллиматора, что, в свою очередь, зависит от предполагаемой области применимости. Базовая геометрия коллиматора требует спецификации: 1) ориентация осей каналов; 2) форма поперечного сечения и расположение каналов; 3) сужаемость диаметра каналов. Из трех перечисленных спецификаций наибольшее влияние на качество изображения имеет ориентация геометрических осей каналов.

Исторически простой пинхольный коллиматор был первым коллиматором, нашедшим применение в медицине. Хотя изображение, даваемое этим коллиматором является перевернутым и зависит от положения источника, он обладает очень хорошим пространственным разрешением. Однако пинхольный коллиматор из-за малой апертуры обладает плохой чувствительностью. В настоящее время наибольшее распространение в медицине нашли коллиматоры с параллельными каналами (КПК). Им и уделяется основное внимание в этой главе. В некоторых приложениях коллиматоры с альтернативной ориентацией каналов обладают определенными преимуществами перед ними, однако они сложнее в проектировании и производстве и дороже.

Новые предложения и усовершенствования конфигурации и координатной сетки расположения отверстий в КПК часто обсуждаются в литературе, многие варианты экспериментально исследуются и патентуются. Однако производители неохотно идут на серьезные изменения [1]. На рис. 4.2 показаны четыре наиболее часто используемые конфигурации отверстий каналов КПК. Она характеризуется двумя взаимозависимыми элементами: действительная форма поперечного сечения канала (круглая, квадратная и гексагональная) и относительной позицией канала на передней поверхности КПК. Так как конфигурация отверстий периодически постоянна, положение отверстия определяется двумя базисными векторами (), специфицирующими ячейку решетки. Эти вектора связывают центры прилегающих отверстий каналов (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Конфигурация отверстий для четырех разных коллиматоров с параллельными каналами. Для каждого вида ячейки решетки показаны базисные векторы [1]

В большинстве случаев из формы поперечного сечения канала естественно вытекает структура решетки. Однако, хотя круглые отверстия могут располагаться как в квадратной, так и в гексагональной решетке, они обычно размещаются в гексагональной, так как это максимизирует площадь отверстий на лицевой поверхности КПК.