Поперечный гамма-томограф Советский патент 1983 года по МПК A61B6/00 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к диагностическим радиологическим устройствам.

По основному авт. св. № 955905 нзвестеи поперечный гамма-томограф, содержащий коллимированные детекторы эмиссионного излучения, соединенные через амплитудные анализаторы и интерфейс с электронно-вычислительной машиной, поворотную раму с установленными на ней держателями детекторов, механизм перемещения держателей детекторов со схемой управления, механизм перемещения рамы со схемой управления и датчик углового положения рамы, причем держатели закреплены на раме на осях с возможностью их одновременного и синхронного вращения вокруг осей, расположенных перпендикулярно плоскости рамы по окружности равноудаленно друг от друга, а механизмы перемещения рамы и держателей детекторов выполнены в виде планетарного механизма (1|.

Недостатком известного устройства является невысокая точность исследования из-за наличия существенных нелинейных искажений топографического изображения.

Цель изобретения снижение нелинейных искажений изображения.

Поставленная цель достигается тем, что поперечный гамма-томограф, содержащий коллимированные детекторы эмиссионного излучения, соединенные через амплитудные анализаторы и интерфейс с электронно-вычислительной мащиной, поворотную раму с установленными на ней держателями детекторов, механизм перемещения держателей детекторов со схемой управления, механизм перемещения рамы со схемой управления и датчик углового положения рамы, причем держатели закреплены на раме на осях с возможностью их одновременного и синхронного вращения вокруг осей, расположенных перпендикулярно плоскости рамы по окружности равноудаленно друг от друга, а механизмы перемещения рамы и держателей детекторов выполнены в виде планетарного механизма, снабжен задающим триггером, включенным между датчиком углового положения рамы и интерфейсом, и синхрогенератором, включенным между задающим триг гером и интерфейсом, причем синхрогенератор выполнен в виде задающего генератора, счетчика импульсов, дещифратора,элемента И, реверсивного счетчика, коммутатора, последовательно соединенных между собой, и управляющего и вспомогательного триггеров, первые входы которых соединены с одним из выходов коммутатора, остальные выходы которого подключены к входам дещифратора, два выхода которого соединены соответственно с вторыми входами вспомогательного и задающего триггеров, выходы которых соединены соответственно с вторыми входами реверсивного счетчика и элемента И.

На фиг. 1 изображена структурная схема поперечного гамма-томографа (при использовании 4-х детекторов); на фиг. 2 - структурная схема синхрогенератора, задающего триггера и интерфейса (при использовании 4-х детекторов).

Поперечный гамма-томограф содержит коллимированные детекторы 1-4 (фиг. 1) эмиссионного излучения, закрепленные в держателях 5-8, амплитудные анализаторы

0 9-12, соединенные с детекторами 1-4 и через интерфейс 13 подключенные к электронновычислительной мащине (ЭВМ) 14, соединенный с устройством вывода изображений (не показаны), поворотную раму 15 с держателями 5-8, закрепленными на ней с возможностью одновременного и синхронного вращения вокруг осей, расположенных перпендикулярно плоскости рамы 15 по окружности равноудаленно друг от друга, механизм 16 перемещения рамы 15 со схемой 17

Q управления, механизм 18 перемещения держателей 5-8 со схемой 19 управления, датчик 20 углового положения рамы 15.

Гамма-томограф снабжен соединенными между собой синхрогенератором 21 импульсов с изменяющимся периодом их исследования и задающим,триггером 22, синхрогенератор 21 подключен к интерфейсу 13, задающий триггер 22 соединен с датчиком 20 /углового положения рамы 15 и интерфейсом 13. Период Т| следования импульсов синхрогенератора 21 определяется по формуле

Tj iJ (arc cos (-i) cos (-i +i

где m и I - соответственно количество и длина интервалов регистрации интенсивности излучения по каждому угловому направлению детектирования;

U -угловая скорость вращения рамы;

р.-радиус окружности расположения держателей на раме; 1 -порядковый номер импульса синхрогенератора для данного углового направления детектирования.

Синхрогенератор 21 выполнен в виде задающего генератора 23 (фиг. 2), счетчика 24 импульсов, дещифратора 25, элемента И 26, реверсивного счетчика 27, коммутато-. ра 28, последовательно соединенных между собой, и управляющего и вспомогательного Q триггеров 29 и 30, причем выход дещифратора 25 подключен к входу задающего триггера 22, все выходы коммутатора 28 подключены к дешифратору 25, один из которых связан с входами управляющего и вспомогательных триггеров 29 и 30, выходы которых соединены соответственно с входами реверсивного счётчика 27 и элемента И 26, а .один из входов вспомогательного триггера 30 соединен с выходом дешифратора 25.

Интерфейс 13 выполнен в виде буферных регистров 31-34 с элементами И 35-38, ко-, мандного регистра 39, прнемного регистра 40, мультнплексора 41 и контроллера 42. Буферные регистры 31-34, соединенные через элементы И 35-38 с амплитудными анализаторамн 9-12, подключены к мультнплексору ; 41,к которому подсоединен также н командный регистр 39. Контроллер 42, электрически связанный с мультиплексором 41 и приемным регистром 40, подключен к ЭВМ 14. Механизмы 16 и 18 перемещения рамы 15 и держателей 5-8 детекторов 1-4 выполнены в виде планетарного механизма. Коллимированные детекторы 1-4 регистрируют гамма-излучение из исследуемого пациента, расположённого в круговом отверстии рамы 15.,

Амплитудные анализаторы 9-12 обеспечивают спектрометрический режим регистрации гамма-излучения, т.е. из всех импульсов, поступивших на них от соответствующих детекторов 1 -4, пропускают только те, амплитуда которых лежит в заданных пределах, определяемых шириной фотопика спектра излучения используемого радионуклида.

Держатели 5-8 служат для закрепления детекторов 1-4 на раме 15 с возможностью их одновременного и синхронного вращения вокруг осей, расположенных перпендикулярно плоскости рамы 15 по окружности равноудаленно друг от друга. Интерфейс 13 предназначен для ввода в ЭВМ 14 данных об интенсивности эмиссионного излучения, регистрируемого в. процессе исследования пациента по каждому угловому направлению детектирований. ЭВМ 14 служит для сбора, запоминания и обработки регистрируемой радиометрической информации и для формирования (цифровой реконструкции) поперечной гамма-томограммы.

Механизм 16 перемещения рамы 15 приводит в движение поворотную раму 15 с постоянной угловой скоростью по круговой траектории вокруг пациента.

Механизм 18 перемещения держателей 5-8 детектрров 1-4 обеспечивает одновременное н синхронное вращение последних с угловой скорость, равной по величине и противоположной по направлению угловой скорости вращения рамы 15 в процессе ее перемещения при регистрации радиометрической информации и вводе ее в ЭВМ 14. Схемы 17 и 19 управления механизмов 16 и 18 перемещения рамы 15 и держателей 5-8 обеспечивают автоматическое управление включением и реверснрованием электропривода, а также работой других функциональных элементов механизмов 16 и 18 (электромагнитных муфт, фрикционов, pe.fie электромагн итов, не показанных на чертежах).

Датчик 20 углового положения рамы 15 предназначен для формирования управляющих сигналов (команд) в моменты времени.

соответствующие начальному и конечному положениям рамы 15 при ее повороте на заданный угол (моменты начала и окончания детектирования излучения по данном/ угловому направлению).

Поперечный гамма-томограф работает следующим образом.

При включении гамма-томографа в момент времени t начинает работать механизм 16 перемещения рамь 15 со схемой 17 управления и приводит в движение раму 15 с постоянной угловой скоростью по круговой траектории вокруг пациента, например по часовой стрелке. Одновременно начинает работать механизм 18 перемещения держателей 5-8 со схемой 19 управления, который обеспечивает синхронное вращение держателей 5-8 вокруг их осей вращения с угловой скоростью,равной по величине и противоположной по направлению угловой скорости вращения рамы 15 (т.е. против часовой стрелки).

В процессе синхронного вращения рамы 15 и держателей 5-8 детекторы 1-4 перемещаются поступательно, плоско-параллельно, сохраняя неизменным, относительно неподвижного пациента, положение продольных осей, что обеспечивает детектирование излучения от пациента по первому угловому направлению. При этом сигналы от детектора 1-4 через амплитудные анализаторы 9-12 поступают на буферные регистры 31-34 (фиг. 2) интерфейса 13 (фиг. ) через элементы И 35-38 (фиг. 2). Последние обеспечивают пропускание сигналов от детекторов 1-4, благода4)я тому, что в момент t сигналом от датчика 20 (фиг. ) углового положения рамы 15 изменяет свое состояние задающий триггер 22 и выдает разрешающий сигнал на элементы И 35-38 (фиг. 2). Одновременно со срабатыванием триггера 22 (фиг. 1) на сйнхровход задающего генератора 23 (фиг. 2) поступает запускающий импульс. Тактовые импульсы генератора 23 подаются на счетчик 24 импульсов. Первоначальное на первом выходе коммутатора 28, имеющего п/2 выходов, где п - число интервалов регистрации по каждому, угловому направлению, присутствует разрешающий направлению, воздействующий на соответствующие входы дешифратора 25В момент t окончания первого промежут;ка времени регистрации интенсивности излучения по первому угловому направлению, т.е. когда на выходе счетчика 24 появится первый заданный код, определяемый ,числом поступивших от генератора 23 тактовых им: пульсов, на выходе дешифратора 25 появится сигнал, который перебросит триггер 22 (фиг. I) в первоначальное состояние. При этом запираются элементы И 35-38 (фиг. 2), прекращается заполнение буферных регистров 31-34 и отключается задающий генератор 23, а мультиплексор 41 по сигналу от командного регистра 39 опрашивает регистры 31-34 и через контроллер 42 обеспечнвает ввод в ЭВМ 14 (фиг. I) информации о количестве импульсов, зарегистрированных каждым нз регистров 31-34(фиг. 2) за первый промежуток времени регистрации излучення по первому угловому направлению, определяемый по формуле (1) для i I. В тот же момент t на единицу изменяется код реверсивного счетчика 27 (так как элемент И 26 первоначально открыт сигналом от вспомогательного триггера 30), и, следовательно, разрешающий потенциал I с первого выхода коммутатора 28 перемета;ется на его второй выход.-После окончания приема информации ЭВМ 14 (фиг. 1) выдает сигнал, который через контроллер 42 (фйг.2) : и приемный регистр 40 поступает на второй вход задающего триггера 22 (фиг. 1), изменяя его состояние. Выходной сигнал приемного регистра 40 (фнг. 2) осуществляет сброс буферных регистров 31-34 и счетчика 24, после чего начинается второй цикл регистрации интенсивности излучения буферными регистрами 31-34, происходящий аналогично описанному, за второй промежуток времени регистрации излучения по первому; угловому направлению. Длительность этого второго промежутка времени определяется по формуле (1) для i 2. В момент tn-, начала п/2 - го интервала регистрации разрещающий потенциал с п/2го выхода коммутатора 28 поступает на дешифратор 25 и на управляющий и вспомогatёльный триггер 29 и ЗО.Сигналом с выхода триггера 29 реверсивный счетчик 27 перев(днтся в режим -работы на вычитание, а триггер 30 запирает элемент И 26, препятствуя прохождению через него импульса от дещифратора 25. Этот импульс перебрасывает триггер 30 в первоначальное положение и разблокирует вход реверсивного счетчика 27, открывая элемент И 26. Таким образом, промежутки времени п/2-го и (п/2-1)го интервалов регистрации одинаковые, что обуславливается симметрией траектории дви, жения детекторов 1-4 (фиг. 1) относительно средней точки проекции при четном числе интервалов регистрации. В дальнейщем каждый импуЛьс с дешифратора 25 (фнг. 2), поступая на реверсивный счетчик 27, уменьшает содержимое его разрядов на 1, в связи с чем выходы коммутатора 28 возбуждаются в обратном порядке до окончания измерения интенсивности по данному угловому направлению. В результате длительность промежутков времени из мерення также изменяется в обратном порядке. В момент времени Ц когда угол поворота рамы 15 (фиг. 1) достигает значения :, а в ЭВМ 14 введена информация о количестве импульсов, зарегистрированных детекторами 1-4 на всех интервалах данного углового направления, по сигналу от датчика 20 углового положения рамы 15 вращение держателей 5-8 вокруг осей прекращается и продолжается вращение одной рамы 15. В момент времени ., когда сум марный угол поворота рамы 15 достигает значения fp +с(,-по сигналу от датчика 20 углового положения рамы 15 происходит реверсирование направления вращения рамы 15, а держатели 5-8 начинают совершать вращение в противоположном направлении. С момента tmti начинается второй цикл регистрации интенсивности излучения по второму угловому направлению, который производится аналогично описанному выще циклу регистрации по первому .угловому направлению. Работа гамма-томографа продолжается до тех пор, пока полное количество снятых проекций не достигнет требуемого значения М, после чего процесс исследования пациента заканчивается. Формирование томографического изображения осуществляется на ЭВМ 14. Таким образом, благодаря тому, что в процессе исследования сбор информации по каждой проекции осуществляется на эквидистантных интервалах томограмма реконструируется на равномерной квадратной матрице, в результате чего исключается нелине.йные искажения и существенно улучшается качество томографического изображения. В предлагаемом устройстве во время рабочего хода за равные промежутки времени ось детектора проходит неодинаковь1е расстояния, что приводит к получению неравномерно распределенных на проекции отсчетов и в конечном счете к неравномерной матрице изображения. При этом разрешение в центральной части матрицы будет существенно ниже, чем .на периферии. Действительно при измерении интенсивности за одинаковые промежутки времени отношение б длины Li-ro пространственного соседними отсчетами на каждой проекции к длине Р первого интервала выражается формулой ) где m- число отсчетов на проекции; i - порядковый номер интервала. Прн ш 64 значение отношения при 1 32 достигает 40. Отсюда следует, что разрешение томограммы в центральной ее .части в 40 раз хуже, чем на периферии. Таким образом, качество томографического изображения в известном устройстве недостаточно для .адэкватного отображения распределения радионуклида в исследуемом сечении объекта. В предлагаемом гамма-томографе измерение интенсивности излучения производится в неодинаковые промежутки времени.

длительность Tj

которых огфеделяется выражением

TI 4-Urccos(-i)- -arccos{Ju-bi)-l-,

где m и I - соответственно количество н длина интервалов регнстрации интенсивизлучения по каждой проекции;,

ности

W- угловая скорость вращения рамы; R - радиус окружности расположения держателей на раме; i - порядковый номер интервала регистрации излучения.

В результате пространственный интервал между соседними отсчетами остается постоянным на каждой проекции, а разрешение - одинаковым-по всей площади томограммы.

ПОПЕРЕЧНЫЙ ГАММА-ТОМОГРАФ по авт. св. № 955905, отличающийся , что, с целью снижения нелинейных искажений изображения, он снабжен задающим триггером, включенным между датчи«- « щ ;-- . ,f,; ;, ком углового положения рамы и,интерфейсом, и синхрогенератором, включенным между задающим триггером и интерфейсом, при чем синхрогенератор выполнен в виде задающего генератора, счетчика импульсов, дешифратора, элемента И, реверсивного счетчика, коммутатора, последовательно соединенных между собой, и управляющего и вспомогательного триггеров, первые входы которых соединены с одним из вцходов коммутатора, остальные выходы которого подключены к входам дещифратора, два выхода которого соединены соответственно с вторыми входами вспомогательного и задающего триггеров, выходы которых соединены соответственно с вторыми входами реверсивногр счетчнка и элемента И.

К датчику gzflOSozo поло/кеги яif чаши

pomiiSKdBfllf

(риг. 2