Камера для позитронной томографии Советский патент 1992 года по МПК A61B6/03 

Известна камера для позитронной томографии со множеством детекторных плоскостей, например в виде колец или пластин, расположенных одна рядом с другой вокруг зоны пациента и предназначенных для обнаружения исходящего из этой зоны излучения. Каждая плоскость содержит множество сцинтилляционных детекторов, направленных на определенную зону тела пациента, а.каждая плоскость детекторов определяет прямой слой, пересекающий зоны тела пациента и совпадающий с плоскостью детекторов. Каждые две соседние детекторные плоскости определяют слой в зоне тела пациента, расположенный между плоскостями детекторов. Каждая детекторная плоскость содержит множество фотоумножителей и по меньшей мере два ряда сцинтилляционных кристаллов на каждом фотоумножителе.

Ряды кристаллов расположены поперек фотоумножителей для детектирования излучения определенной зоны тела пациента, которое преобразуется этими фотоумножителями в электрические импульсы, причем фотоумножители воспринимают свет всех рядов кристаллов, расположенных на каждом фотоумножителе. Каждый ряд кристаллов на каждом фотоумножителе смещен относительно других рядов кристаллов, а зона каждого кристалла на каждом фотоумножителе в каждом ряду отлична от зон

Os

ю

х|

ы

кристаллов фотоумножителя в других рядах, что позволяет обнаружить, какой именно кристалл возбужден, и обеспечивает возможность исследования с помощью детекторов большего числа слоев.

Цель изобретения - повышение информативности.

Изобретение состоит в том, что ряды кристаллов, расположенные с противоположных сторон зоны тела пациента, повернуты на 90° один относительно другого, что обеспечивает улучшенную выборку для совмещенных детекторов.

Величина смещения кристаллов равна длине кристаллов, поделенной на количество рядов.

Каждый ряд кристаллов смещен относительно соседних рядов кристаллов на равную величину.

Чередующиеся ряды кристаллов смещены относительно соседних рядов кристаллов в противоположных направлениях.

На фиг. 1 показан один из вариантов предлагаемой камеры для позитронной томографии, общий вид; на фиг. 2 - отображение прямых и межплоскостных слоев в известной позитронной камере, разрез; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - камера с большим числом отображений прямых и межплоскостных слоев, разрез; на фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 - отображения прямых и межплоскостных слоев; на фиг. 7 - сечение В-В на фиг. 6; на фиг. 8 - первый вариант детектирующего устройства, сечение.увеличенный масштаб; на фиг. 9 - второй вариант детектирующего устройства, сечение, увеличенный масштаб; на фиг. 10 - устройство, один из вариантов, увеличенный масштаб; на фиг. 11 - третий вариант детектирующего устройства, сечение, увеличенный масштаб; на фиг. 12 - четвертый вариант детектирующего устройства, сечение, увеличенный масштаб; на фиг. 13 - вариант расположения детекторов для создания плоскостного совмещенного изображения объекта, сечение.

На фиг. 1 позиционным номером 10 обозначена камера для позитронной томографии со станиной или порталом 12, множество детекторных плоскостей 14 которой в данном случае показаны в виде трех колец. Тем не менее, могут быть использованы и другие варианты, например противолежащие пластины, расположенные с противоположных сторон зоны 16 тела пациента, для детектирования излучения этой зоны. Зона 16 может включать и кровать 18 для пациента, установленную с возможностью наклона и/или поворота для сканирования тела из нескольких различных положений,

Для увеличения возможностей сканирования портал может создавать колебания. Детекторы обнаруживают излучение инжектируемого в тело, например, рубидия-82.

На фиг. 2 и 3 показано сечение типовой

позитронной камеры с окном для ввода подлежащего сканированию пациента и множе- ством детекторов 22 для каждой детекторной плоскости 14, установленных

0 по окружности зоны 16 тела пациента для обнаружения излучения, исходящего из этой зоны 16.

Типовой детектор 22 содержит фотоумножитель 38, сцинтилляционный кристалл

5 40 и перегородки 32. Кристалл 40 преобразует детектируемое излучение в свет, пере- даваемый в фотоумножитель 38 для преобразования детектируемого излучения в электрические импульсы. Обычно к одному

0 фотоумножителю 38 крепится один кристалл 40.

Типовая известная камера имеет три плоскости с детекторами 22, из которых каждый детектор содержит фотоумножи5 тель 38 с одним кристаллом. Такое устройство позволяет получить всего пять слоев или изображений сечений тела пациента. Так. противолежащие детекторы 22 создают прямые слои 42, 44 и 46. Расположенные

0 между плоскостями слои, например 48 и 50, суммируются для получения одного промежуточного слоя 52. Подобно этому поперечные слои 54 и 56 при суммировании создают промежуточный слой 58.

5Следовательно, известные камеры позволяют получить количество слоев, вдвое превышающее число рядов детекторов, минус единица. Для получения более высокой разрешающей способности в позитронных

0 камерах размеры детекторов уменьшены, однако число и размер детекторов остаются ограничивающими факторами.

Предлагаемый фотоумножитель работает более чем с одним сцинтилляционным

5 кристаллом, причем кристаллы расположены таким образом, чтобы облегчить их идентификацию, при этом увеличивается число плоскостей изображения, уменьшается эффективный размер детектора с сопутствую0 щим повышением разрешающей способности вдвое или более и удешевлением камеры в результате того, что по сравнению с известными устройствами в ней используется примерно, половина или ме5 нее общего числа фотоумножителей.

На фиг. 6 и 7 показаны расположенные в камере 10 и различных параллельных плоскостях 14 фотоумножители 60, 62 и 64. В качестве плоскостей 14 могут быть использованы кольца, расположенные в плоскостях, проходящих поперек продольной оси зоны 16 тела пациента (см. фиг. 1), или расположенные одна напротив другой с противоположных сторон зоны 16 пластины 15 и 17.

Кроме того, по внутренней окружности фотоумножителей 60, 62 и 64 для обнаружения излучения зоны 16 расположено множество сцинтилляционных кристаллов любого соответствующего типа для преобразования этого излучения в свет, который преобразуется фотоумножителями в электрические импульсы. Кристаллы расположены в определенном положении относительно фотоумножителей 60, 62 и 64, вследствие чего каждый фотоумножитель воспринимает свет более чем одного кристалла.

Кристаллы 1, 2 и 3 находятся в зоне зрения только фотоумножителей 60, 62 и 64 соответственно. Кристаллы 1, 2 и 3 охватывают 1/2, т.е. верхнюю половину каждого фотоумножителя в каждой из плоскостей 14. Однако кристалл 4, примыкающий к фотоумножителям 60 и 62, находится в их поле зрения, а кристалл 5 - в поле зрения фотоумножителей 62 и 64.

Такое устройство позволяет легко идентифицировать определенный кристалл. Например, на возбуждение кристалла 1 реагирует фотоумножитель 60. Подобно этому на возбуждение кристалла 2 реагирует только фотоумножитель 62 и на возбуждение кристалла 3 реагирует только фотоумножитель 64. Однако реакцию обоих фотоумножителей 60 и 62 идентифицирует кристалл 4. Подобно этому кристалл 5 вызывает отклик обоих фотоумножителей 62 и 64. Такая конструкция обеспечивает также повышение разрешающей способности в результате уменьшения размеров кристаллов 1-5 по сравнению с нормальным размером вдвое, так как нормальный кристалл должен охватывать поверхность фотоумножителя целиком. Такая конструкция и способ требуют использования почти вдвое меньшего числа фотоумножителей как для детекторов, так и для идентификации кристаллов. Уменьшение стоимости обусловлено меньшей стоимостью кристаллов меньших размеров по сравнению с кристаллами больших размеров. Кроме того, обеспечивается улучшенная выборка данных в направлении слоя.

Еще одним существенным признаком, обусловленным определенным положением кристаллов относительно фотоумножителя, является увеличенное количество плоскостей изображения в результате улучшенной выборки данных вследствие смещения первого ряда кристаллов 1, 2 и 3

относительно второго ряда кристаллов 4 и 5. Камера (табл. 2 и 3} с тремя рядами детекторов позволяет получить три прямых слоя и два эффективных промежуточных слоя. Од- 5 нако предлагаемая камера (фиг. 4-7), в которой кристаллы 4 и 5 смещены относительно кристаллов 1, 2 и 3, позволяет получить девять эффективных слоев, из которых пять являются прямыми и четыре - эффективны0 ми промежуточными слоями. Прямые слои обозначены позиционными номерами 70, а эффективные промежуточные - номерами 72. На фиг, 8 показано устройство с четырьмя плоскостями 14 или кольцами с фотоум5 ножителями 60с, 62с, 64с и 65с, соответственно реагирующими на свет трех рядов кристаллов. Кристаллы 1с, 2с, Зс, 4с, 5с, 6с, 7с, 8с, 9с и 10с образуют горизонтальные ряды, проходящие поперек плоскостей0 14с. При желании кристаллы могут быть расположены по окружности каждого кольца, т.е. не горизонтально, как это показано на фиг. 8, а вертикально. Идентификация кристалла 1с осуществляется по сигналу только

5 фотоумножителя 60с. Идентификация кристалла 5с осуществляется по сигналу фотоумножителя 62с, который больше сигнала, выдаваемого фотоумножителем 60с. Подобно этому кристалл 8с идентифицируется

0 сигналом от фотоумножителя 60с, который больше сигнала, выдаваемого фотоумножителем 62с. Процедура идентификации других кристаллов не отличается от указанной. Показанный на фиг. 8 вариант обеспе5 чивает повышенную разрешающую способность, более эффективную выборку в плоскостях изображения и является более дешевым в результате использования общих фотоумножителей.

0 В указанных вариантах используется множество сцинтилляционных кристаллов, расположенных в каждой плоскости рядом с фотоумножителями для обнаружения излучения, при этом кристаллы установлены

5 на фотоумножителях таким образом, что каждый фотоумножитель воспринимает свет более чем одного кристалла. Каждый ряд кристаллов на каждом фотоумножителе расположен с определенным сдвигом отно0 сительнр других рядов кристаллов, а зона каждого кристалла в каждом ряду на фотоумножителе отличается от зоны кристаллов других рядов этого фотоумножителя, что позволяет определить, какой именно кристалл

5 возбужден, и детектировать с помощью детекторов большее число плоскостных слоев. В предпочтительном варианте величина сдвига кристаллов равна длине кристалла, поделенной на количество рядов. Согласно фиг. 4-7 ряд кристаллов 1, 2 и 3

сдвинут относительно ряда кристаллов 4 и 5 на расстояние, равное 1/2 длины одного кристалла. На фиг. 8 показаны три ряда кристаллов, расположенные со сдвигом на расстояние, равное 1/3 длины кристалла. Хотя на фиг. 8 показаны кристаллы, ширина которых такова, что общая ширина нескольких рядов равна ширине трубки фотоумножителя, можно использовать фотоумножители больших или меньших размеров, располо- жив между рядами кристаллов и трубками фотоумножителей световод. В этом случае общая ширина рядов кристаллов может быть или больше, или меньше ширины трубки фотоумножителя,

Можно использовать и другие варианты устройства с более, чем четырьмя расположенными с относительным сдвигом рядами кристаллов. На фиг. 9 показано устройство с квадратными или круглыми трубками фо- тоумножителей, с квадратными или круглыми световодами, в котором величина относительного сдвига рядов 80, 82, 84 и 8 равна 1/4 длины одного кристалла. В данном случае величина сдвига каждого из ря- дов 80, 82, 84 и 86 относительно соответствующего соседнего ряда равна 1/4 длины одного из кристаллов.

Более предпочтительный, нежели показанный на фиг. 9. вариант устройства с че- тьфьмя рядами кристаллов показан на фиг. 10. В этом варианте величина относительного сдвига рядов 90, 92, 94 и 96 равна 1/4 длины кристалла, подобно устройству по фиг. 9, для детектирования и измерения из- лучения кристалла и получения большего числа межплсскостных слоев. Однако в отличие от устройства, представленного на фиг. 9, устройство, представленное на фиг, 10, обеспечивает улучшенную выборку. От- личие этих устройств состоит в том, что чередующиеся ряды 90 и 94 сдвинуты относительно соседних рядов 92 и 96 в направлении, противоположном направлению сдвига соседних рядов 92 и 94.

Подобно этому на фиг. 11 и 12 показано устройство с шестью рядами кристаллов, проходящими поперек трубок фотоумножителей 60f, 62f, 64f, которые в предпочтительном варианте имеют квадратный торец, при этом на каждой трубке фотоумножителей 60f, 62f, 64f имеется шесть проходящих поперек к соседним фотоумножителям рядов 100, 102, 104, 106, 108 и 110, причем фотоумножители воспринимают свет всех рядов кристаллов.

Согласно фиг. 11 величина относительного сдвига рядов равна 1/6 длины одного кристалла. На фиг, 12 показано подобное изображение устройства, каждый фотоумножитель в котором имеет шесть рядов кристаллов 108, 110, 112, 114, 116и 118, расположенных со сдвигом один относительно другого на расстояние, равное 1/6 длины кристалла,

Однако в отличие от устройства, представленного на фиг. 11, в устройстве, представленном на фиг, 12, чередующиеся ряды кристаллов сдвинуты в противоположных направлениях(см. 108, 112,116 и 110,114 и 118), что также позволяет получить улучшенную по сравнению с устройством, представленным на фиг. 11, выборку,

Хотя во всех указанных вариантах ряды кристаллов лежат в горизонтальной плоскости, все эти ряды могут быть повернуты на 90° и могут проходить вертикально, что позволяет получить более тонкие прямые слои, повышенную межплоскостную разрешающую способность и улучшенную выборку в плоскости.

На фиг. 13 показаны детекторы, расположенные в двух пластинах 120 и 122 с противоположных сторон зоны 16 тела пациента, подобно показанным на фиг. 6 пластинам 15 и 17, Показанные на фиг. 6 пластины детекторов с расположенными с относительным сдвигом совпадающими кристаллами позволяют улучшить выборку и уменьшить стоимость детекторов. Однако согласно фиг. 13 на одной из пластин, например пластине 120, расположенные с относительным сдвигом ряды кристаллов проходят в вертикальном направлении, а на пластине 122 расположенные с относительным сдвигом ряды кристаллов проходят в горизонтальном направлении, т.е. детекторы противоположных пластин 120 и 122 повернуты на 90° одна относительно другой. Такое устройство обеспечивает улучшенную выборку для совпадающих детекторов.

Так, каждая из пластин 120 и 122 снабжена множеством фотоумножителей 60h, 62h, 64h, расположенных в различных плоскостях 14h, 14i и 14j соответственно. Детекторы 60h позволяют получить один проходящий через зону 16 тела пациента прямой слой, детекторы 62h - второй прямой слой и детекторы 64h - третий прямой слой.

В данном варианте каждый фотоумножитель снабжен двумя рядами кристаллов, расположенными с относительным сдвигом, подобно показанными на фиг. 4-7. Очевидно, что можно использовать и иное число рядов. Расположенные с относительным сдвигом ряды кристаллов одной пластины, например пластины 120, проходят в вертикальном направлении, Так; ряды 124 и 126 проходят в вертикальном направлении поперек фотоумножителей 60g. 62h и 64h. Величина относительного сдвига соседних рядов равна 1/2 длины одного кристалла. Ряды 128 и 130 второй пластины 122 проходят в горизонтальном направлении поперек каждого горизонтального ряда фотоумножителей 60h, 62h и 64h. Ряды 128 и 130 также расположены с относительным сдвигом, величина которого равна 1/2 длины одного из кристаллов.

Формула изобретения

1. Камера для позитронной томографии, содержащая множество детекторных пяо- скостей, расположенных рядом одна с другой, при этом в каждой детекторной плоскости содержится множество сцинтил- ляционных детекторов с фотоумножителями, и детекторы расположены с противоположных сторон от зоны размещения пациента и направлены на эту зону, каждая детекторная плоскость обеспечивает регистрацию плоскостного слоя, а каждые две смежные детекторные плоскости обеспечивают регистрацию межплоскостного слоя, каждый фотоумножитель связан по меньшей мере с двумя рядами сцинтил- ляционных кристаллов, каждый ряд кристаллов каждого фотоумножителя смещен относительно других рядов кристаллов, для каждого фотоумножителя зоны кристаллов, связанные с фотоумножителем, различны для каждого ряда, отличающаяся тем, что, с целью повышения информативности, ряды кристаллов на противоположных сторонах от зоны размещения пациента повернуты на 90° относительно друг друга.

2.Камера по п. 1,отличающаяся тем, что кристаллы смещены на величину, равную длине кристаллов, деленной на число рядов, связанных с каждым фотоумножителем.

3.Камера по п. 1 или 2, отличающая- с я тем, что в смежных рядах кристаллы смещены на одинаковую величину,

4.Камера по п. 1, от л и ч а ю ща я с я тем, что чередующиеся ряды кристаллов смещены от смежных рядов кристаллов в направлении, противоположном смещению в смежных рядах.

Изобретение относится к усовершенствованию камеры для позитронной томографии и позволяет повысить информативность исследований с ее применением, Камера содержит множество детекторных плоскостей, расположенных рядом друг с другом, в каждой детекторной плоскости содержится множество сцинтилляционных детекторов с фотоумножителями, детекторы расположены с противоположных сторон от зоны размещения пациента и направлены на эту зону. Каждая детекторная плоскость обеспечивает регистрацию плоскостного слоя, а каждые две смежные детекторные плоскости обеспечивают регистрацию межплоскостного слоя. Каждый фотоумножитель связан по меньшей мере с двумя рядами сцинтилляционных кристаллов. Каждый ряд кристаллов каждого фотоумножителя смещен относительно других рядов кристаллов. Для каждого фотоумножителя зоны кристаллов, связанные с фотоумножителем, различны для каждого ряда. Эффект достигается за счет того, что ряды кристаллов на противоположных сторонах от зоны размещения пациента повернуты на 90° относительно друг друга. 3 з.п.ф-лы, 13 ил. Ё

/4

Фиг.1

12

tt

feg

/

«л

f

-С.

fc

I

%

юг т,

106Uh К/ UJ