Гамма-камера с коррекцией неоднородности изображения Советский патент 1987 года по МПК A61B6/00 

Изобретение отиоеится к медицинской технике.

Цель изобретения - повышение чувствительности за счет выравнивания чувствительности блока детектирования по некоторому среднему значению.

На фиг. I изображена блок-с.хема гамма- камеры; на фиг. 2 - блок-схема детектирования; на фиг. 3 - блок-схема аналого- цифрового преобразователя; на фиг. 4 - б.т()к-с.хема ариф.метического устройства; на фиг. 5 блок-схема управляемого амплитудного селектора; на фиг. 6 - положение спектра Z-сигнала относительно различных положений окна управляемого амплитудного селектора.

Гамма-камера состоит из последовательно соединенных блока I детектирования (БД 1), блока 2 формирования (БФ 2), устройства 3 выборки и хранения (УВХ 3) и визуализируюн1его усройства 4 (ВУ). Гамма-камера содержит также аналого-цифровой преобразователь 5 (.ЛЦГ1), входами подключенный между выходами БФ 2 и входами УВХ 3, а стробирующим выходом - к управляюпк му входу УВХ 3, нервый блок 6 памяти (БП 6), адресными входами подключенный к выходам АЦП 5, арифметическое устройство 7 (.ЛУ), связанное по тине адресов с адресными входами БП 6, но П1ине управления - с входами «Считывание БП 6 и входом унравления АЦП 5, а по П1ине данных - с входом данных БП 6, второй блок 8 памяти (БП 8), адресные входы которого подключены к ншне адресов, данных - к 1нине данных, вход «Считывание - к стробируюн1ему выходу АЦП 5, а вх1)д «Запись подключен к П1ине АУ 7 управления, устройство 9 управления окном (УУО 9), входы которого подключены к Н1И- не данных, и управляемый а.мплитудиый селектор И) (УАС), вход управления которого подключен к выходу УУО 9, вход спектра - к выходу Z-сигнала БФ 2, а выход - к входу «Запись БП 6 и Z-входу В У -4.

БД 1 состоит из последовательно установленных коллиматора 11, сцинтилляционно- го кристалла 12, фотоумножителей 13, предусилителей 14 и блока 15 формирования позиционных сигналов, а также блока 16 формирования энергетического сигнала, входами включенного между выходами предусилителей 14 и входами блока 15 формирования нозиционных сигналов. УВХ 3 может бьэ1ть вынолнено. например, с помощью двух запоминающих конденсаторов и электронного ключа, вход которого нодключен к стробируюшему выходу АЦП 5.

В качестве визуализирующего устройства 4 может быть иснользован осцилло- скопический или цифровой дисплей.

АЦП 5 представляет собой сдвоенный 8-разрядный АЦП 17 с временем преобразо- вапия не более 5 мкс, выполненный на регистрах 155ИР17 и ЦАП594ПА1 последовательного приближения, соединенный с ти

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ной адресов через буфер 18, выполненный на микросхемах К589ИР12. В схему АЦП 5 входит также одновибратор 19 (ОВ), выполненный на микросхеме 155АГЗ, выход которого связан с управляюп1ими входами буфера 18, а вход сброса ОВ19 и вторые управляющие входы буфера 18 соединены с тиной управления .ЛУ 7.

БП 6 представляет собой блок цифровой динамической памяти, состоящий из матрицы 128X128 8-разрядных слов, выполненный на микросхемах 565 РУЗ, инкрементного регистра, выполненного на двоичных счетчи ках 155ИЕ7. Схема регенерации памяти выполнена на счетчиках 155ИЕ7 и генераторе импульсов.

Арифметическое устройство 7 представляет собой микропроцессорный модуль на базе процессора КР 580ИК80А и состоит из процессора 20 (ЛАП), формирователя 21 тин (Ф111), который выполнен с использованием микросхемы К589ЦР12 и предназначен для электрического и логического раз.аеления процессора 20 и системных щин, тактово1 о генератора 22 (например, .микросхема КРГэ80ГФ24), постоянного запоминающего стр()йства 23 (ПЗУ), выполненного на микросхеме К573РФ5 и оперативного запоминающего устройства 24 (ОЗУ), которое выполнено на микросхемах К537РУ2. В ПЗУ23 содержится программа управления работой га.мма-камеры и обработки данных, а также все необходимые для этого константы.

БП 8 представляет собой блок цифровой памяти 8-разрядных слов, выпонен- пый, например, на микросхемах К537РУ2 с энергонезависимым питанием. БП 8 состоит из матрицы цамяти, тина адресов и пина данных которой подключены к системным 1нинам адресов и данных. Вход «Запись подключен к тине управления .ЛУ 7, а вход «Считывание через схему ИДИ подключен к стробирующему выходу АЦП 5 и щи не унравления АУ 7. Такое подк, 1ючен11е обеспечивает возможность счит1 1вания данных из ячеек матрицы БП2 8 как по команде АУ 7, переданной по унравления, так и в режиме прямого доступа, при приходе стробирующег о сигнала АЦП 5.

УУО 9 представляет собой 8-разрядный ни фроа налоговый п реобр изо вате, 1Ь, выпо. i пенный на ЦАП594ПА1, входы которого через буферный регистр, выполненный на микросхеме 155ТМ8, подключены к тине данных, а выход через согласующий усилитель подключен к входу управления УАС 10.

УАС 10 представляет собой одноканаль- ный анализатор импульсов, положение окна которого меняется в зависимости от величины сигнала, ностунающего на его ун равляющий вход. УАС 10 состоит из фогми- рователей 25 и 26 верхнего и нижнего уровней (ФВУ и ФНУ), выполненных на операционных усилителях 544УД2Б, компараторов 27 и 28 верхнего и нижнего уронней, выполненных на операционных усилителях 554СА2, схемы 29 антисовпадений, которая выполнена на одновибраторах 155АГЗ и вентилях 155ЛАЗ. На входе спектра уде 10 стоит устройство 30 выборки и xp;j- нения (УВХ 30), аналогичное УВХЗ. Потенциометр 31, включенный между входами ФВУ 25 и ФНУ 26, дает возможность изменять ширину окна уде 10.

Гамма-камера имеет два режима работы: «Калибровка и «Коррекция. После переключения прибора в режи.м «Калибровка происходит запуск нрограммы, содержащейся в ПЗУ 23 арифметического устройства 7, в соответствии с которой процесс калибровки гамма-камеры осуществляется автоматически. Ниже приводится последовательность операций, осуществляемых в процессе калибровки.

1.Установка начального кода окна уде 10.

Код начального положения окна У.ДС 10, соответствующий середине фотопика спектра Z-сигнала, считывается из ПЗУ 23 и запоминается в буферных регистрах УУО 9, а также записывается в ОЗУ 24. При утом по команде, переданной от .ДУ 7 по nninc управления, ДЦП 5 отключается от П1ины адресов. По окончании установки начального кода окна УДС 10 ДЦП 5 переводится в рабочее состояние.

2.Накопление массива данных в БП 6 за время t.

При выполнении этой операции состояние регистров тины упра-вления не изменяется в течение времени t. Гамма-квант из плоского однородного источника гамма- излучения, являющегося эталоном для калибровки, проходя через отверстия коллиматора 11, попадает в сцинтилляционный кристалл 12. При взаимодействии гамма- кванта с сцинтилляционным кристаллом 12 возникает световой поток от сцинтилляции, который восприпи.мается фотокатодами ФЭУ 13, на анодах которых возникают электрические импульсы. Дмплитуда этих импульсов зависит от энергии сцинтилляции, а также от расстояния от места сцинтилляции до данного фотокатода. Импульсы сигналов ФЭУ 13 усиливаются предусили- телями 14 и поступают на входы форми- ровате,ля 15 позиционных сигналов и формирователя 16 энергетического сигнала. В результате на выходах БД 1 формируются четыре позиционных сигнала; +Х, -X, +У, - У, которые пропорциональны соответствую щим декартовым координатам точки сцинтилляции в сцинтилляционном кристалле 12, и энергетический Z-сигнал, пропорциональный энергии сцинтилляции. Эти сигналы поступают на входы БФ 2, где осуществляется предварительная амплитудная селекция Z-сигнала. Ес. ш амплитуда Z-сигнала попадает в окно амплитудного селектора БФ 2, то в БФ 2 осуществляется формирование координатных сигналов X и У

путем аналогового деления каждого из позиционных сигналов на Z-сигнал и нопар- ного вычитания одноименньгх снгна.юв. В результате на двух выходах БФ 2 формируются два координатных сигнала X и У в виде прямоугольных импульсов, длительность которых достаточна для нормальной работы ДЦП 5, а на третий выход БФ 2 Z-сигнал проходит без изменения. Если амплитуда Z-сигнала не попадает в окно амплитуд0 ного селектора БФ 2, то на всех выходах БФ 2 сохраняются близкие к нулю потенциалы.

Координатные сигналы X и У поступают затем на входы ДЦП 5 и после преобраг зования в цифровой код попадают на 1нину адресов. Z-сигнал с выхода БФ 2 поступает на вход снектра УДС 10, амплитудное окно которого находится в начальном положении. Если амп. 1итуда Z-сигнала попадает в окпо УДС 10, то на выходе последнего форми0 руется стробирующий сигнал, поступаюниж на вход «Запись БП 6. Поскольку на тине адресов сохраняются значения прин1ед1пих координатных сигналов X и У, то содержимое ячейки БП 6 но адресу .X, У увеличивается на единицу. Если же амнлитуда

5 Z-сигнала не нопадает в окно УДС 10, то сигнал записи на выходе УДС 10 не вырабатывается и содержимое ячейки БП 6 не изменяется. При попадании в сцинтилляцион- пый кристалл следующего гамма-кванта процесс повторяется. В результате через время t в ячейках БП Г) содержится ин(})()р- мация о распределении чувствительности но полю БД 1 при заданном положе1П1И окна УДС 10.

3. Определение среднего числа отсчетов в ячеках БП 6.

По ко.манде ДУ 7, нереданной по н1ине унравления, .ДЦП 5, отключается от тины адресов н блокируется сигнал «Запись в БП 6. ДУ 7 анализирует содержимое ячеек БП 6 и находит минима,пьное значение.

0 Определение среднего значения затем осу- наествляется по формуле

ГГ (Пчакс-(-Пчин) /2,(1)

-среднее значение числа отсчетов в

ячейке;

Пмин -- минимальное значение чис, 1а отсче- 5тов в ячейке;

п«ак - максимальное значение числа отсчетов в ячейке.

0

5

4. Онределение верхнего и нижнего допустимых значений числа отсчетов в ячейках БП 6;

п„ п(1-k); n« n(l-|-k),(2)

где Пн - нижнее допустимое значенне числа

отсчетов; Пв - верхнее допустимое значение числа

отсчетов;

k - относительное допустимое отклонение от среднего числа отсчетов. Значение k хранится в ПЗУ 23. Значения Пн н Пв записываются в ОЗУ 24.

5. Определение адресов ячеек БП 6, содержимое которых попадает в допустимый интервал.

Из ОЗУ 24 считываются значеиия п и Пв и анализируется содержимое ячеек БП 6. По адресам тех ячеек БП 6, содержимое которых удовлетворяет условию , в ячейки БП 8 записывается код установленного положения окна УАС 10. хранящийся в ОЗУ 24.

После этого из ПЗУ считывается код следующего положения окна УАС 10 и процесс повторяется, кроме пи. 3 и 4, для каждого положения окна УАС 10.

После завср1пения калибровки для каждой области рабочего поля БД 1 в соответствующей ячейке БП 8 записывается код положения окна У.АС 10, при KOTcjpoM счет в даппой области поля БД 1 лежит в допустимых пределах.

Для работы в режиме «Коррекция БП 8 по команде АУ 7, переданной по шине управления, нереводится в режим нрямого до- стуна, а АЦП 5 переводится в рабочее состояние. Режим «Коррекция является основным режимом работы г амма-камеры. Перед входным окном БД 1 помещают пациента, которому предварительно введено необ- ..)димое ко,1ичество радиоактивного нуклида. Гамма-кванты, образующиеся при распаде ядер этого нуклида, проходя через отверстия коллиматора 11, попадают в сцинтилляцион- ный кристалл 12. При взаимодействии каждого гамма-кванта с веществом сцинтилля- ционного кристал,:1а 12 возникает сцинтилляция, энергия которой преобразуется затем в БД 1 и БФ 2, в результате чего на выходах БФ 2 возникают координатные сиг- на.ты X и У, пронорциональные декартовым координатам сцинтилляции в сцинти. ктяци- оином кристалле 12, и Z-сигнал, пропорциональный энергии сцинтилляции.

Координатные сигна;1Ы X и У поступают на входы аналого-цифрового преобразователя 5. После их преобразования в АМП 17 в цифровой код с управляющего вь1хода .ЛПП 17 поступает запускающий сиг- пал па вход запуска ОВ 19, который тывает строб постоянпой длительности, поступающий на вход управления буфера 18, в результате чего в регистрах буфера 18 фиксируются цифровые коды координатных си1 налов. Кроме того, стробирующий сигнал с выхода ОВ 19 ноступает на управляющий вход УВХ 3, благодаря чему в емкостной памяти УВХ 3 запоминаются значения амп, 1итуд координатных сигналов X и У на время, равное д.чительпости импульса ОВ 19. И, наконец, стробирующий сигнал с выхода .ЛИП 5 ноступает на вход «Считывание БП 8. Поскольку на нжне адресов сохраняются значения координатных сигналов X и У, го считывание ироисходит из ячейки БП 8 с адресом X и У. Считанный таким образом код положения окна УАС И) поступает по П1ипе данных на вход УУО 9, где преобразуется в аналоговую форму и поступает затем на управляющий вход УАС 10, устанавливая его окно в положение, соответствующее считанному из БП 8 коду. Одновременно на вход спектра УАС 10 приходит аналоговый Z-сигнал, прощедщий предварительную амплитудную селекцию в БФ 2. Если амплитуда Z-сигпала попадает в окно УАС 10, то на выходе последнего формируется сигнал засветки для ВУ 4. Одновремен0 но с этим на координатные входы ВУ 4 поступает с выходов УВХ 3 координатные сигналы X и У. В результате на экране ВУ 4 отображается местоположение сцинтилляции в виде вспыц ки. Если амплитуда Z-сигнала }ie попадает в окно УАС 10, то сигнал зас ветки на ВУ 4 не поступает и вспыщка на экране не появляется. В момент прерывания импульса засветки ВУ 4 прерывается также стробирующий импульс ОВ 19, в результате чего буфер 18 подключается к А11П 17,

0 а в емкостной памяти УВ.Х 3 стираются значения координатных сигналов X и Y. В результате система возвращается в исходное состояние и готова для обработки следующей пары координатных сигналов.

5 Таким образом, на экране ВУ 4 отображается плоская проекция распределения радиоактивного нуклида в органах пациента. Это изображение может быть зафиксировано с помощью фоторегистрации или в памят- ти ЭВМ.

Чувствительность гамма-камеры, которая определяется как число отсчетов в едипицу времени, отнесенн(к к единице активности излучателя в каждом положении окна УАС 10, прямо пропорциональна площади под кривой распределения спектра Z-сигнала - ограниченной верхней и нижней границами окна УАС 10. Как видно из фиг. 6, меняя положение окна УАС 10, можно варьировать чувствительность гамма-камеры от максимального (в по,1ожении 1) до минимально 0

0 (в ноложении 2) значения. Увеличивая количество различных положений окна УАС 10, можно добиться более полной пеоднород- ности гамма-камеры.

45

Формула изобретения

Гамма-камера с коррекцией неоднородности изображения, содержащая последовательно установленные блок детектирования, блок формирования координатных сигналов, усройство выборки и хранения и визуа- 0 лидирующее устройство, а также аналого- цифровой преобразователь (АЦП), входами подключенный .между выходами блока формирования координатных сигналов и входами устройства выборки и хранения, а стро- бирую1цим выходом - к управляющему входу устройства выборки и хзранепия, блок памяти, адресными входами подключенный к выходам АПП, и арифметическое устройство, связанное по тине адресов с адрес5

ными Езхолами блока памяти, но тине управления с входом «Счнтыва1 ие о. юка памяти и входом управления АЦП. а но 1нине данных - с входами данных б.юка намятж отличающаяся тем, что, с целью повышения чувствительности, она снабжена вторым блоком памяти, адресные входы которого подключены к П1ине адресов, входы данных - к шине данных, вход «Считывание - к стро- бируюн1ему выходу АЦП, а вход «Запись

подключен к 1нине управ.и-ния apiii ; И нч КОП) ycipoilcTiia, блоком унраи. и ния DI-.HDM, входы которою подключены к шине .щи ных, и упран. 1яемым амн,1итудным ( ром, вход управления которого нодключсм к выходу блока управления окном, CHIKI pa к выходу Z-сигнала б,чока формирон, НИН координатных си|-налов, а ныхо i к вх) - анись первого блока памя ; м и ду визуа.шзируюнкм о уст)0|1ст ва.

Фиг.2

Изобретение относится к медицинской те.хнике. Цель изобретения - повышение чувствительности. Гам.ма-камера состоит из блока 1 детектирования, блока 2 формирования, устройства 3 выборки и хранения и визуализируюнлего устройства 4. Гамма-каме ра содержит также аналого-цифровой преобразователь 5, блок 6 памяти, арифметическое ycTpoiicTBo 7, блок 8 памяти, 1пину 7 управления, устройство 9 управления окном и управляемый амплитудный селектор 10. Блок 1 детектирования состоит из последовательно установленных коллиматора, сцин- тилляциопного кристалла, фотоумножите,тей, предусилителей, блока формирования пози- циопных сигналов и блока формирования энергетического сигнала. Увеличивая количество различных положений окна селектора, можно добиться более полной неоднородности гамма-ка.меры. 6 ил. со о ел О

Конец прео(р.ж

л

Вход ипроблеиия

Фиг.З

Фи.

Яас/io . отсчетоо

Фотопин

Амплитуда 2- сигнала