Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Позитронна емісійна томографія

Принцип позитронної емісійної томографії (ПЕТ) базується на явищі анігіляції електрона і позитрона, тобто частинки та античастинки. Реакція, що характеризує це явище, вже згадувалася раніше і має такий вигляд:Схематично ця реакція зображена на рис. 8.23.

Реакція анігіляції пари електрон-позитрон була відкрита в 1933 p., вже через рік після експериментального відкриття позитрона в космічних променях. Сам термін "анігіляція" в перекладі з латинської мови означає "зникнення, перетворення в ніщо". Звичайно, цей термін в буквальному його розумінні є невірним, оскільки при взаємодії частинки та античастинки, зокрема електрона і позитрона

виконуються всі фундаментальні закони природи - закони збереження енергії, імпульсу, електричного заряду, спіна тощо. При цьому матерія не зникає і лише перетворюється в інші її види, а саме - у фотони електромагнітного випромінюваннядіапазону або кванти. Слід зазначити, що через закон збереження так званої зарядової парності при зникненні (анігіляції) електрона і позитрона, які мають нульовий сумарний спін, може виникнути лише парне числоквантів (частіше за все їх буде два).

При відносно низьких енергіях пари частинка-анти-частинка процес анігіляції супроводжується народженням більш легких частинок. Прикладом такої реакції анігіляції є саме реакція з утворенням двох квантів, оскільки маса спокоюкванта дорівнює нулю. У протилежному випадку, тобто при значних енергіях, легкі частинка-античастинка можуть анігілювати з утворенням пари більш важких частинки-античастинки. Прикладом подібної реакції є наступна реакція утворення з електрона і позитрона двох мезонів:

(8.44)

Мезони (цей термін означає "проміжний, середній") мають маси спокою, які знаходяться між масою спокою електрона (або в енергетичних одиницях ) та масами спокою протона і нейтрона

( ). Так, для мезонів маса спокою (в енергетичних одиницях) становить, тобто приблизно в 275 разів більша за масу спокою електрона і в 6.7 раза менша за масу спокою протона. Складні процеси перетворення частинок, подібні до реакції (8.44), вивчає сучасна теорія сильних ядерних взаємодій - квантова хромодинаміка.

Суть методу ПЕТ можна сформулювати таким чином: насамперед, на спеціальних пристроях виробляються радіоактивні ізотопи, які мають досить короткий період напіврозпаду(типовокілька годин). Частіше за все

це є ізотопи так званих "автентичних елементів" (кисню, азоту, вуглецю) - тих елементів, що містяться в тілі людини. Так, наприклад, у відділенні медичної фізики Університету Вісконсін-Медісон (США) для реалізації методу ПЕТ використовують ізотопи та інші, які виробляються на циклотроні. Як згадувалось раніше, для радіоактивних ізотопів подібних легких ядер, де кількість протонів і нейтронів в ядрі приблизно однакова, є притаманним позитронний розпад, внаслідок якого з атомного ядра випромінюється позитрон.

Наступний етап методу ПЕТ полягає в тому, що короткоживучі ізотопи, нароблені на циклотроні або іншій спеціальній апаратурі, дуже швидко переправляються у шпиталі (як правило, до відділень радіаційної онкології). Тут ці препарати вводяться в пухлину, де позитрони анігілюють з електронами. Внаслідок реакції анігіляції народжуються два фотони (кванти) з енергією кожний. Згідно з законом збереження імпульсу, обидва кванти розлітаються під кутом 180° стосовно один до одного (див. рис. 8.23). Саме ця обставина використовується для їх виявлення (детектування) за допомогою електротехнічної схеми збіжності та подальшої візуалізації об'єкта дослідження, де відбулися акти анігіляції пар електрон-позитрон, за допомогою спеціальних комп'ютерних програм.

Рис. 8.23.Реакція анігіляції електрона і позитрона: дві прямі зустрічні лінії позначають зіткнення пари електрон і позитрон а дві хвилясті лінії -два кванти, що розлітаються під кутом

Метод ПЕТ дає змогу отримувати дуже корисну і точну інформацію щодо процесів, що відбуваються в головному мозку людини та в інших органах при діагностиці нейропсихічних порушень, під час вивчення досить тонких особливостей діяльності центральної нервової системи тощо. Сучасні модифікації методу ПЕТ використовують нові радіоактивні ізотопи (наприклад, позитронно-активний

ізотоп фтору з періодом напіврозпадухвилин). За його допомогою в Університеті Вісконсін-Медісон було отримано, зокрема, ПЕТ-зображення розподілу флуродіоксіглюкозиФДГ у головному мозку людини. Цей розподіл дає змогу зробити висновки щодо процесів засвоєння глюкози і є чудовим індикатором необхідних енергетичних потреб головного мозку людини. На рис. 8.24 наведені два зображення головного мозку, що накладені одне на друге. Вони отримані у відділенні медичної фізики Університету Вісконсін-Медісон за допомогою кореляції методів ПЕТ і ЯМР-томографії. При цьому ПЕТ дає кращу інформацію щодо процесів метаболізму, тоді як ЯМР-томографія дає змогу детально вивчати анатомічні особливості досліджуваного біооб'єкта.

Рис. 8.24.Зображення головного мозку людини, отримане за допомогою методів ПЕТ і ЯМР-томографії.

Рис. 8.25.Вітчизняний комп'ютерний томограф ГКС-301Т.

У закінченні цього параграфа зазначимо, що в Україні завдяки спільним зусиллям вчених та інженерів Національного медичного університету імені О.О. Богомольця, Інституту монокристалів НАН України (м. Харків) та Спеціального конструкторського бюро СКТБ-Оризон (м. Суми) розроблені та вже втілені в медичну практику оригінальні вітчизняні емісійні комп'ютерні томографи типу ГКС-301Т (рис. 8.25).

Цей емісійний комп'ютерний томограф складається з таких основних частин: 1 - позитронно-чутливий детектор γ-квантів; 2 - ліжко пацієнта, переміщення апаратури стосовно якого керується спеціальною комп'ютерною програмою; 3 - система для отримання, обробки та візуалізації радіологічної інформації. Об'єктивні характеристики комп'ютерного томографу ГКС-301Т демонструють той факт, що цей вітчизняний томограф не поступається, а по деяких параметрах переважає подібні закордонні зразки томографів, що виготовлені відомими фірмами Siemens, Picket, Trionix та ін.

8.7. ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ "РЕНТГЕНІВСЬКЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ, ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ"

Мета заняття: Вивчити природу, механізм і засоби отримання рентгенівських променів, взаємодію рентгенівського випромінювання з речовиною, використання рентгенівського випромінювання в медицині.

Контрольні питання для підготовки до заняття

1. Поняття і властивості рентгенівського випромінювання.

2. Отримання рентгенівського випромінювання. Рентгенівська трубка.

3. Гальмівне випромінювання. Спектр гальмівного випромінювання, його короткохвильова границя.

4. Потік рентгенівського випромінювання.

5. Характеристичне рентгенівське випромінювання. Серії характеристичного спектра.

6. Взаємодія рентгенівського випромінювання з речовиною.

7. Закон послаблення потоку рентгенівського випромінювання.

8. Використання рентгенівського випромінювання в медицині.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ЯМР-томографія	\|	Приклади задач та їх розв'язки

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.