Add gamma camera description

src/content/ru/projects/physics/gamma-camera.md

@@ -0,0 +1,60 @@
+---
+content_type: project
+project_type: physics
+id: gammaCamera
+shortTitle: Гамма камеры
+title: Сцинтилляционный детектор гамма-квантов ячеистой структуры
+order: 8
+published: true
+language: ru
+---
+
+В лаборатории ведется разработка сцинтилляционного детектора для регистрации гамма-квантов с энергиями, лежащими в диапазоне применяемых в ядерной медицине линий (таких, как 59.5 кэВ - Am-241, 140 кэВ - Te-99m). Детектор представляет собой матрицу из четырех кремниевых фотоумножителей (SiPM) 12 мм x 12 мм в паре со сцинтиллятором GAGG:Ce толщиной 2 мм (эффективность регистрации гамма-квантов с энергией 140 кэВ - 58%). При попадании гамма-кванта в сцинтиллятор, оптическая вспышка регистрируется матрицей, и токовый сигнал оцифровывается на АЦП. В дальнейшем, программное обеспечение путем сравнения сигналов на каждом из SiPM-ов рассчитывает точку попадания гамма-кванта. Суммарный сигнал используется для оценки энергии, выделенной во вспышке в результате попадания частицы.
+
+### Детекторы со сплошным сцинтиллятором или пиксельные камеры?
+
+Наиболее распространенными типами детекторов гамма-квантов являются три типа камер, имеющих свои преимущества и недостатки.
+
+#### Детекторы со сплошным сцинтиллятором (камера Ангера)
+
+Данный тип представляет собой широкий сцинтиллятор (толщина во много раз меньше поперечных размеров) со множеством фотоумножителей, прикрепленных к сцинтиллятору. Поверхность, противоположная фотоумножителям, как правило, покрывается диффузным отражателем - для увеличения светосбора. Боковые поверхности так же могут быть покрыты отражателями, но это увеличивает систематические ошибки восстановления координаты удара гамма-кванта по краям детектора([1]). Такая конструкция существует с 1958 года([2])и используется по сей день. Как правило, используются вакуумные фотоумножители, так как большая площадь детектора приводит к большим шумам при замене вакуумных фотоумножителей на кремниевые и резко ухудшает соотношение сигнал-шум. Поскольку используются вакуумные ФЭУ, то, например, невозможно комбинированное использование таких детекторов в МРТ из-за чувствительности к магнитным полям. Кроме того, ФЭУ требуют наличия высоковольтного источника питания (от нескольких сотен Вольт и до нескольких тысяч). Для определения координаты попадания применяются различные алгоритмы, а итоговая точность определяется статистическим распределением ошибок при восстановлении.
+
+![Камера Ангера](/images/projects/physics/gamma/anger.png "Камера Ангера [1]")
+
+#### Пиксельные камеры
+
+Массивы из пар "сцинтиллятор - SiPM", изолированных друг от друга. Размер каждого такого "пискеля" не превышает 3-4 мм. Точность определения координаты строго равна размеру пикселей, если на каждый сцинтиллятор приходится по одному каналу считывания. Может применяться суммирование вольтажа по двум координатам, как в камере Ангера. В первом случае отсутствуют трудности с шумами SiPM-ов из-за малого размера пикселя. Однако, такие детекторы сильно дороже (в сравнении с традиционными детекторами) из-за большого количества каналов съема на единицу площади([3]).
+
+![Пиксельная структура сцинтиллятора](/images/projects/physics/gamma/pixelated.jpg "Пиксельная структура сцинтиллятора [3]")
+
+#### Блоковые камеры
+
+Распространенный тип в ПЭТ сканерах, представляет собой все те же наборы изолированных пикселей в сцинтилляторе, однако съем идет с помощью фотоумножителей, размер которых превышает размер пикселя сцинтиллятора [4]. По сравнению с детекторами со сплошным сцинтиллятором, обладает несколько худшим энергетическим разрешением из-за увеличенных потерь света, лучшим пространственным разрешением из-за отсутствия засветки соседних фотоумножителей и несколько высшей стоимостью изготовления сцинтилляторов.
+
+![Блоковая камера](/images/projects/physics/gamma/block.jpg "Блоковая камера [4]")
+
+#### Ячейка - преимущества
+
+Поскольку используется сплошной сцинтиллятор, а точность определения координаты существенно меньше размеров SiPM, то количество каналов в сравнении с пиксельными детекторами меньше минимум в 2 раза. Количество каналов является определяющим фактором стоимости гамма-камер, например, из-за числа каналов на АЦП. При этом поперечный размер сцинтиллятора существенно меньше, чем в традиционных детекторах - он перекрывает всего лишь матрицу 2 на 2 кремниевых фотоумножителя, а значит соотношение сигнал-шум остается приемлемым. Таким образом, детектор сочетает в себе преимущества обоих типов детекторов - низкий уровень шумов, как в пиксельных камерах, и низкую стоимость, как у камеры Ангера. При этом разрешение на уровне около 3 мм является достаточным для целей гамма-томографии. [5]
+
+![Детектор-ячейка](/images/projects/physics/gamma/cell.jpg "Детектор-ячейка")
+![Ширина распределения ошибок по FWHM](/images/projects/physics/gamma/fwhm.png "Ширина распределения ошибок по FWHM")
+![Систематические ошибки](/images/projects/physics/gamma/syst.png "Систематические ошибки")
+
+### GAGG:Ce
+
+В качестве сцинтиллятора используется галий-аллюминий-гадолиниевый гранат Gd3Al2Ga3O12:Ce - неорганический сцинтиллятор с относительно высоким световыходом (от 46 до 50 фотонов на кэВ), высокой плотностью (6.63 г/см3), обладающий важными для себестоимости детектора механическими свойствами - например, негигроскопичностью, т.е. отсутствует необходимость в герметизации сцинтиллятора. Метод наращивания кристалла позволяет изготовление в произвольных размерах. [6]
+
+### Литература
+
+1) Peterson TE, Furenlid LR. SPECT detectors: the Anger Camera and beyond. Phys Med Biol. 2011 Sep 7;56(17):R145-82. doi: 10.1088/0031-9155/56/17/R01. Epub 2011 Aug 9. PMID: 21828904; PMCID: PMC3178269.
+
+2) ANGER, H. Use of a Gamma-Ray Pinhole Camera for in vivo Studies. Nature 170, 200–201 (1952). https://doi.org/10.1038/170200b0
+
+3) Manhee Jeong, Benjamin Van, Byron T. Wells, Lawrence J. D’Aries, Mark D. Hammig, Comparison between Pixelated Scintillators: CsI(Tl), LaCl 3(Ce) and LYSO(Ce) when coupled to a Silicon Photomultipliers Array, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Volume 893, 2018, Pages 75-83, ISSN 0168-9002, https://doi.org/10.1016/j.nima.2018.03.024.
+
+4) Bousselham, Abdelkader. (2023). FPGA based data acquistion system and digital pulse processing for PET and SPECT.
+
+5) Celler, A. (2010). Single Photon Imaging and Instrumentation. Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry, 2531–2538. doi:10.1016/b978-0-12-374413-5.00068-3
+
+6) Wang, Z., Qian, S., Ning, Z., Guo, H., Chen, P., Zhu, Y., Ma, L., Hu, P., Wu, Q., Peng, S., Zhang, L., & Zhang, Z. (Jun 2020). Performance study of GAGG:Ce scintillator for gamma and neutron detection. Journal of Instrumentation, 15(06), C06031. doi:101088/1748-0221/15/06/C06031

yarn.lock

@@ -3861,6 +3861,11 @@ caniuse-lite@^1.0.0, caniuse-lite@^1.0.30001125, caniuse-lite@^1.0.30001196, can
   resolved "https://registry.yarnpkg.com/caniuse-lite/-/caniuse-lite-1.0.30001272.tgz#8e9790ff995e9eb6e1f4c45cd07ddaa87cddbb14"
   integrity sha512-DV1j9Oot5dydyH1v28g25KoVm7l8MTxazwuiH3utWiAS6iL/9Nh//TGwqFEeqqN8nnWYQ8HHhUq+o4QPt9kvYw==
 
+caniuse-lite@^1.0.30001446:
+  version "1.0.30001446"
+  resolved "https://registry.yarnpkg.com/caniuse-lite/-/caniuse-lite-1.0.30001446.tgz#6d4ba828ab19f49f9bcd14a8430d30feebf1e0c5"
+  integrity sha512-fEoga4PrImGcwUUGEol/PoFCSBnSkA9drgdkxXkJLsUBOnJ8rs3zDv6ApqYXGQFOyMPsjh79naWhF4DAxbF8rw==
+
 caseless@~0.12.0:
   version "0.12.0"
   resolved "https://registry.yarnpkg.com/caseless/-/caseless-0.12.0.tgz#1b681c21ff84033c826543090689420d187151dc"