Процесс ослабления γ-излучения

Ослабление интенсивности γ-излучения при прохождении его через среду происходит за счет взаимодействия фотонов с атомами, ядрами и электронами среды. В рассматриваемой области энергий (20 – 500 кэВ) основными видами взаимодействия являются комптоновское (точнее некогерентное) рассеяние и фотопоглощение фотонов. Для элементов, входящих в состав биологической ткани при энергии фотонов ≥ (30 – 40 кэВ), доминирующим эффектом взаимодействия является комптоновское рассеяние (см. главу 1), при котором фотон теряет часть своей энергии и отклоняется от направления первоначального движения. В то же время для элементов, входящих в состав скелета, эффект фотопоглощения играет более значимую роль, особенно в диапазоне низких энергий фотонов.

В специальной геометрии, называемой геометрией узкого пучка, эффект ослабления описывается простой экспоненциальной функцией. Особенностью этой геометрии является отсутствие в пучке рассеянных фотонов, или регистрация детектором только фотонов с первоначальной энергией. Если узкий мононаправленный пучок падает на плоский срез материала толщиной x, то долю фотонов, которые не рассеются и не поглощаются в слое, можно определить экспериментально, помещая сильно коллимированный детектор фотонов на оси пучка на противоположной стороне среза (рис.6.1). Рассеянные фотоны выходят из пучка и не попадают в детектор (за исключением фотонов, рассеянных на очень малые углы). В этих условиях скорость счета C, регистрируемая детектором, связана со скоростью счета в отсутствии слоя материала C_o простой формулой:

(6.1)

где μ – линейный коэффициент ослабления фотонов, зависящий от их энергии и материала (см. рис. 1.23)

Рис. 6.1. Измерение поглощения γ-излучения в плоском срезе материала в геометрии узкого пучка

Уравнение (6.1), дополненное учетом геометрического ослабления излучения, можно использовать для оценки истинного количества активности, находящегося внутри пациента, если известно расстояние x от локализации активности до поверхности кожи. Данное расстояние возможно определить поперечной гамма-камерой, ультразвуковой аппаратурой или радиографическими исследованиями. Средние значения расстояний до органов приближенно можно найти по анатомическим данным.

Скорость счета конвертируется в определение активности, измеряя источник известной активности в отсутствии поглощающего вещества. Из этих измерений находится коэффициент пропорциональности k между активностью стандартного источника A_s и скоростью счета C_s, измеренной гамма-камерой в отсутствии ослабления:

(6.2)

где k имеет размерность милликюри (или Беккерель) активности на отсчет в секунду.

Отсюда активность внутри пациента равна:

(6.3)