Камера для позитронной томографии Советский патент 1989 года по МПК A61B6/03 

уо 3/34 зг 30 утг.7

СН

Изобретение относится к послойному рентгенографическому исследованию, а именно к камере для томографии с использованием позитронного излуче- кия или просто камеры для позитрон- ной томографии, используемой при оценке биохимического поведения жи.- вого организма.

Цель изобретения - повышение раз- решающей способности.

На фйг.1 изображена камера для по- зитронной томографии, вид в аксонометрии; на фиг.2 схематично показано

-

.размещение кольца датчиков и перего родок, поперечный разрез; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2 (размещение перегородки относительно датчиков в известном устройстве); на фиг.4 - до-

полнитедьная перегородка согласно настоящему изобретению, поперечный

-разрез; на фиг.5 - плоскостные слои и межплоскостные слои в известной позитронной камере, поперечный раз- рез; на фиг.6 - разрез Б-Б на фиг.5;

на фиг.7 - предлагаемая камера с увеличенным количеством воспроизводимых плоскостных и межплоскостных слоев, поперечный разрез; на фиг.8 - разрез В-Б на фиг.7; на фиг.9 - схема получения изображения с помощью предлагаемой камеры; на фиг.1 О - разрез Г-Г на фиг.9; на фиг.11 - схематичный вид отклика, полученного в известной позитронной камере, разрез; на фиг.12 - схематичный вид увеличенного отклика, получаемого с использованием предлагаемой камеры, поперечный разрез; на фиг.13 - вид, аналогичный виду по фиг.10, для другого расположения датчиков, увеличен ньй разрез; на фиг с 14 - вид, аналогичный виду по фиг.10, размещения датчиков, поперечный разрез (увеличено); на фиг.15 - другой вариант расположения датчиков, поперечный разрез (увеличено)о

Позицией 1 на фиг.1 обозначена к амера для позитронной, томографии, имеющая опору или подставку 2, мно- жество колец 3 датчиков, причем в , данном варианте показано -три кольца, расположенных рядом одно с другим . вокруг окна 4 для пациента и охватывающих пространство для обнаружения излучения пациента. Пространство пациента может включать в себя стол 5 для- размещения пациента. Окно 4 мо

, 5

10

-

15

20

с

,,, -50и-35

40

45

.55

жет быть наклонено для сканирования пациента или органа с нескольких различных позици11. Додставка создает колебательные движения, расширяя диапазон сканирования с Например, установка ТОФПИТ, сконструированная в Научно-исследовательском центре здравохранения Университета в Техасе, включает в себя пять колец 3 датчиков, каждое из которых имеет 144 датчика для одновременного воспроизведения девяти слоев по всему организму человека с целью обнаружения излучения, например Рубидия-82, который был введен в организм.

Известная позитронная камера (фиг.2) имеет окно 4 для размещения сканируемого пациента, датчики 6 для каждого кольца 3, которые установлены вокруг окна 4 на внутренней окружности 7 для обнаружения излучения из окна 4. От окружности 7 датчиков в направлении наружной окружности 8 пациента выступают первая 9 и вторая 10 перегородки. Перегородки 9 и 10 проходят внутрь от внутренней окружности 7 колец 3 датчиков и используются для снижения нежелательных сигналов, например случайных и рассеянных, которые оказьшают вредное воздействие на собираемые данные. Таким образом, перегородки, установленные в камерах позитронной томографии, действуют в качестве бленд для множества датчиков 6. Перегородки обычно выполняются из свинца или вольфрама и проходят от датчиков 6 в сторону пациента.

Эффективность перегородки характеризуется ее длиной L, толщиной и расстоянием S между перегородками. СоотS

ношение --- определяет телесный угол,

или раскрыв, датчиков 6 и количество рассеянного и случайного излуче- , НИИ, -достигающих датчиков 6. i

Одним из основных слагаемых стоимости камеры позитронной томографии является количество датчиков 6, которые должны располагаться вокруг внутренней окружности 7 и покрьшать ее для восприятия излучения, рас- пространяющегоЬя во всех направлениях по окружности. Диаметр D внутренней окружности 7 определяется диаметром d окна 4 пациента, длиной L перегородки, поэтому диаметр ,

k

Количестпг да гчмкоп k i кольце 3 определяется но формуле

Уменьшив D, можно уменьшить количество датчиков 6, т.е. снизить стоимость камеры. Для некоторых С1 учаев окно 4 пациента может быть уменьшено (например, когда камера 1 должна быт использована для получения изображения только мозга, а не всего организма) .

Один из отличительных признаков настоящего изобретения заключается в наличии дополнительной перегородки 11, которая (как лучше всего видно на фиг,4) помещена между перегородками 12 и 13, что позволяет уменьшить суммарную длину всех перегородок приблизительно до Рассеянные или случайные сигналы все еще сохраняются приблизительно на тех же уровнях, что и в ранее известной конструкции (фиг.3),,но чувствительность датчиков 6 несколько повышает.- ся, поскольку наружная окружность 7 несколько уменьшена, позволяя располагать датчики 6 ближе к воспроизводимому объекту. Например для камеры, рассчитанной на исследование всего организма, диаметр D внутренней окружности 7 кольца 3 может быть умень

низму ппциента. Таким г Прп-5ом, д.тг- чики 6, протиролежачше один другому, создают г1рям1 1е слои 16, 17 и 18. Межплоскостные слои обилружинаются в виде межплоскостных слот 19 и 20, которые при сложении между соГюи дают единственньш промгжуточныт слои 21. Аналогично пересекающиеся срезы 22 и 23 при сложении между co6oi i образуют промежуточнЬгй срез 24. Таким образом, известные ранее камеры образовывали слои, равные двойному числу рядов п датчиков минус 1.

Для получения более высокой разрешающей способности в позитронньгх камерах датчики выполняли мeньшим, но количество и размер датчиков становился ограничивающим фактором.

Другой отличительный признак настоящего изобретения предусматривает разделение одного фотоумножителя на более чем один сцинтилляционный кристалл.

В одном из вариантов кристаллы расположены для удобства распознавания. Кроме того, количество плоскостей изображения увеличивается, эффективный размер датчиков становится меньше, так что разрешающая способность повьппается с коэффициентом приблизительно два, но стоимость камеры при этом снижается-, поскольку требуется приблизительно половина

Изобретение относится к послойному рентгенографическому исследованию. Цель изобретения - повышение разрешающей способности. Камера 1 для позитронной томографии содержит кольца 3 датчиков, расположенные рядом друг с другом и состоящие из сцинтилляционных кристаллов /СК/ 28-32 и фотоумножителей /ФЭУ/ 25-27, причем каждый ФЭУ связан более чем с одним СК при этом СК, расположенные на одной половине каждого ФЭУ, смещены относительно СК, расположенных на другой половине этого ФЭУ. Кроме того, СК одного кольца датчиков снабжены тремя кольцевыми перегородками, обращенными внутрь кольца, причем две кольцевые перегородки расположены по боковым сторонам кольца датчиков, третья - между ними. 6 з.п. ф-лы, 15 ил.

шен с 100 до 80 см для 20%-ного умень-35 общего количества фотоумножителей по

шения количества датчиков. Это может

дать экономию приблизительно 20% от стоимости датчиков.

На фиг,2 и 4 изображен известный датчик 6, состоящий из фотоумножителя 14 и сцинтилляционного кристалла 15. Кристалл 15 преобразует обнаруженное излучение в световое излучение, которое передается на фо- трумножитель 14 для преобразования обнаруженного излучения в электрические импульсы.

Таким образом, обычно единствен- ному фотоумножителю 14 соответствует связанный с ним единственный кри талл 15о На фиг,5 и 6 видно, что в обычной (известной) камере имеется три кольца датчиков 6, причем каждьй датчик 6 включает в себя фотоумножитель 14 с единственным кристаллом 15 с перегородками 12 и 13, Такое расположение обеспечивает суммарно пять слоев (или изображений по ррга

0

5

О

5

сравнению с обычным режимом о

На фиг,9 и 10 показаны фотоумножители 25-27, расположенные в различных рядах колец 3 камеры 1 о Кроме того, множество сцинтилляционных кристаллов ,расположены по внутренней окружности 7 датчиков для обнаружения излучения из пространства пациента,

которое кристаллы преобразуют в световое излучение, а фотоприемник - в электрические импульсы. Кристаллы расположены относительно фотоумножителей 25-27 так, что каждый фотоумножитель реагирует более чем на один кристалл. Например, кристаллы 28-30 отслеживаются фотоумножителями 25-27 соответственно. Кристаллы 28-30 охватывают половину(Например верхнюю, каждого фотоумножителя в каждом ряду колец 3, Однако кристалл 31 расположен около фотоумножителей 25 и 26 и отслеживается ими, тогда как кристалл 32 отслеживается фотоумножителями 26 и 27, При таком расположении может быть легко достигнуто распоз нование кристалла. Таким образом, если приводится в действие кристалл 28, то реагировать будет только фотоумножитель 25. Аналогично, если приводится в действие кристалл 29, то реагировать будет только фотоумножитель 26, а если будет приве- ден в действие кристалл 30, то реагировать будет только фотоумножитель 27. Если реагируют оба фотоумножителя 25 и 26, то это является признаком распознавания кристалла 31. Ана- логично кристалл 32 создает отклик (генерирует сигнал) в обоих фотоумножителях 26 и 27. Данная конструкци обеспечивает также более высокое разрешение, поскольку размер крис- таллов 28-32 становится вдвое меньше обычных кристаллов, когда обычный кристалл покрывает всю лицевую поверхность фотоумножителя. Такая конструкция и такой режим требуют почти S два раза меньше фотоумножителей дл распознавания кристаллов. Стоимость снижается, поскольку кристаллы меньшего размера дешевле кристаллов большего размера. Кроме того, обеспечи- веется лучшая выборка данных в направлении среза.

Другая важная особенность расположения кристаллов относительно фотоумножителей заключается в том, что количество плоскостей изображения увеличивается, поскольку улучшенная выборка данных обеспечивается путем смещения первой группы кристаллов 28-30 относительно второй группы кри таллов 31-32. На фиг.5 и 6 показано, что камера с тремя рядами датчиков будет обеспечивать три прямых и два эффективных промежуточных слоя. Однако настоящее изобретение, как лучше всего видно на фиг.7 и 8, благодаря смещению кристаллов 31 и 32 по отношению к нaxoдяш мcя за пунктирной линией кристаллам 28-30 обеспечивае девять эффективных срезов, включаю- щих пять прямых и четыре промежуточных среза. Прямые срезы обозначены позицией 33, а эффективные промежуточные срезы - позицией 34.

Преимуще:ства дополнительных слоев в отношении точности измеряемого излучения лучше всего видны из фиг.П и- 12. На фиг.П показана известная

конструкция в соответствии с фиг.5 и 6.

Используемые данные, полученные на тонких слоев 16-18, 21 и среза 24 показанных кривыми 35 чувствительности, оставляют значительное количество промежутков (зазоров) между кривыми 35 чувствительности. С другой стороны, при обращении к конструкции согласно настоящему изобретению (фиг.12), видно что большее количество кривых (35) чувствительности расположено близко одна к другой, отображая, таким образом, более полно сканирование площади пространства пациента.

На фиг.13 показано другое расположение датчиков. В этом варианте предусмотрены кольца датчиков 6, которые включают в себя фотоумножители 25-27 соответственно. Кристаллы 28-32 повернуты на 90 по сравнению с вариантом по фиг,10. Конструкция по фиг.13 обеспечивает те же преимущества, и аналогичное распознавание кристаллов, что и конструкция по фиг.10, но здесь слои в плоскости тоньше и достигается высокая межплоскостная разрешающая способность.

На фиг.14 показан еще один вариант расположения датчиков В этом варианте предусмотрены кристаллы 28-32о Конструкция с меньшим числом кристаллов не столь эффективна, хотя смещение рядов кристаллов является более целесообразным, чем обычное расположение датчиков в некоторых отношениях

На фиг.15 показана конструкция, в которой кольца 3 содержат фотоумножители 25-27 соответственно, реагирующие на три кристалла 28-32 и т.д которые расположены в горизонтальных рядах поперечно кольцам 3. Если необходимо, кристаллы могут быть расположены вокруг каждого из колец 3 (вместо расположения поперечно мно- жеству колец 3).

Вариант по обеспечивает более высокую разрешающую способность, более эффективную выборку в плоскостях изображений при более низкой стоимости благодаря разделению фотоумножителей „

Использование камеры согласно изобретению для. позитронной томогпафии обеспечивает более высокую разрешающую способность, увеличенное количестпо плоскостей изображений, при этом требуется меньшее кол1-г-1ество фотоумножителей, обеспечивается лучшая, выборка данных в направлении тонкого слоя, уменьшается количество пропусков, весь объект измеряется для точного воспроизведения в трех измерениях, И все это достигается при снижении стоимости.

Формула изобретения

5

0

5

0

5

таллом, а друт яя полоииил - с двч мн кристаллами.

Фиг.

Z I л

I ,ЬМ «

cftu.S

326-в

I-B

2в ft- 28

23 .30

29 фиЭ.в

фигЭ

9 fO

35ji,

6

r-r

гЬ26 2927

// /

Фиг. 11

25 26

zi

32

25

6 2В 5 19 / I I

25

27

Фиг.Ш

6 30 / 3/

// //