Сцинтилляционная гамма-камера Советский патент 1979 года по МПК G01T1/20 A61B6/00 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к сцинтилляционным гамма-камерам и может найти применение,в лечебных, профилактических и научно-исследоватепьских у.чреждёниях для диагностики и исследования внутренних органов и систем человека с помощью радиоактивных изотопов.

Известна сцинтилляаионная гамма-камера l , состоящая из коллиматора, сцвятилляиирнного кристалла, набора фотоэлектронных умножителей, оптически сопряженных через плоский световод из прозрачного материала со сцинтиллшионным кристаллом, линейных , предусилителей, депей формирования координатных и SHejvгетического сигналов, амплитудного анализатора энергетического сигнала, выдеаяклцего импульсы, соответствующие области фотопика спектра излучения используемого радиоактивного изотопа, лине ных пропускателей координатных сигналов срабатывающих по команце амплитудного анализатора, и визуализирующего устройства, связанного с линейным пропускателем и амплитудным анал;1затором так, что каждой сцинтилляции, зарегистрированной в кристалле, соответствует всгадшка на экране визуализирующего устройства.

Но в указанной гамма-камере из-за отсутствия в. гамма-камере аналогового вычислительного устройства координатные сигналы зависят от случайных флуктуации энергетического сигнала, изменение интенсивности сцентилляний приводит к пропорциональному изменению координатного сигнала, что в свою очередь ухудшает пространственное разрешение, уменьшает точность выявления патологических очагов, снижает достоверность и точность получаемой информации; из-за отсутствия, в гамма-камере пороговых устройств сигналы фотоумножителей, наиболее удален- . Ных от точек возникновения сцинтилляций,

целиком определяются многократно рассеянной в кристалле и в световоде компо вентой свечения кристалла и не несут 367 информации о координатах точки взаимодействия гамма-кванга с веществом кристалла, в то же время статическая флуктуация пропорциональна амплитуде импуль са, следовательно, фотоумножители, наибо лее удаленные от места возникновения сцинтилляции ухудшают пространственное разрешение, что в свою очередь снижает точность выделения патологических очагов, достоверность и диагностическую ценность получаемой информации; Известна также являющаяся прототипо описыйаемого технического решения сцингилляционная гамма-камера 2 , содержащая коллиматор, сцинтилляционный кристалл, световод, фогоумйожители, пред усилители, пороговые устройства, суммагоры координатных и энергетического сигналов, амплитудн{5гй анализатор,линейные пропускагели, аналоговое вычислител ное и визуализирующее устройства, в которой вычислительное устройство состоит из дш})ференциальных усилителей и схемы деления координатных сигналов на эне гетнческий сигнал, служащий для ;устранения энергетической зависимости коо} динатных сигналов, а визуализирующее устройство связано с аналоговым вычисличрельным устройством так, что каждой сцинтилляции в кристалле соответствует вспышка на экране визуализирующего ус-п ройзтва. Но в данной гамма-камере выполнение пороговых устройств с постоянным значением порогов предопределяет энергетическую зависимость координатных сигналов и вносит дополнительную неоднородность характеристик по площади кристалла, что Л ограничивает пространственное разрешени гамма-камеры и точность выявления пато логических очагов; последовательное включение пороговых устройств и амплитудного анализатора приводит к ухудшений энергетического разрешения гаммакамеры, так как это эквивалентно неполному сбору света от сцинтилляций. Цепь настоящего изобретения - устранение указанных недостатков, повышение точности выявления патологических очаго ; путем улучшения пространственного и энергетического разрешения, уменьшения неоднородности характеристик по площади кристалла гамма-камеры. Поставленная цель достигается тем, что пороговые устройства выполнены с перёмённьшй порогами, входы сумматора энергетического сигнала соединены с выходами предусиЛителей, а выходы сумматора - с управляющим входом пороговых устройств и амплитудным анализатором. Сущность предложения пояснена чертежом, на котором изображена блок-схема гамма-камеры. Гамма-камера состоит из коллиматора 1, сцинтилляционного кристалла 2, световода 3, фотоумножителей 4, предусилителей; 5, пороговьтх устройств 6, выполненных как оконечные каскады предусилителей, сумматоры 7 энергетического сигн&ла, сумматоров 8 координатных сигналов, амплитудного анализатора 9, линейных пропуСкателей 10, аналогового вычислительного устройства 11, визуализирующего устройства 12. Пороговые устройства 6 выполнены с переменным порогом, пропорциональным мгновенном значениям импульсов сумматора 7 энергетического сиг нала, и подсоединень к выходу последнего параллельно амплитудному анали;затору 9. Входные цепи сумматора 7 энергетического сигнала подключены между предусилителями 5 и пороговыми устройствами 6. Гамма-камера работает следующим о&разом. Пациент, которому введено необходимое количество радиоактивного препара-. та, помещается перед коллиматором 1 гамма-камеры. Гамма-кванты проходят через отверстия коллиматора 1, попадают в сцинтилляционный кристалл 2, взаимодействуют с последним и образуют световью вспышки, KOTOpbie освещают .фотокатодьг фотоэлектронных умножителей 4, оптическй связанных с кристаллом 2 через световод 3. Фотоумножители 4 преобразуют световую энергию вспышек в электрические импульсы, амплитуда -которых зависит от расстояния между каждым фотоумножителем 4 и местом возникновения сцинтилляции и от энергии гамма-кванта, вызвавшего эту сцинтилляцию. Импульсы фотоумножителей 4, линейно усиленные прёдусилителями 5, поступают на пороговые устройства 6. Кроме того, сигналы с предусилитеЛей 5, минуя пороговые устройства б, поступают на сумматор 7энергетического сигнала. С выхода сумматора 7 энергетического сигнала импульсы, пропорциональные энергий каждой сцинтилляции, поступают на пороговые устройства 6 и мгновенно устанавливают величину порога пропорционально собственной амплитуде. Одновременно величина поступающих на пороговые устройства 6 сигналов с предусилителей 5 уменьшается на величину порога. Амплитудный анализатор

9, включенный на выход сумматора 7 энергегического сигнапа, вырабатывает выходной сигнал только в том случае, если выходные импульсы соответствуют фотопику излучения используемого изотопа. С выхода пороговых устройств 6 сигналы поступают на сумматоры 8 координатных сигналов, где формируются импульсы, пропорциональные координатам сцинтилляпии в кристалле 2. Линейные пропускатели 10 срабатывают по команде амплитудного анализатора 9 и пропускают импуп сы от сумматоров 8 координатных сигналов для дальнейшей обработки на аналоговое вычислительное устройство 11. Анал( говое вычислительное устройство 11 осуществляет деление каждого координатного сигнала на суммарную величину этих cш налов, чтобы исключить энергетическую зависимость. Координатные сигналы с аналогового вычислительного устрЬй::тва 11 подаются на визуализирующее устройство 12, на экране которого высвечиваются вспьпикй С координатами, пропорциональными этим сигналам. Регистрация резульгатой исследования производится фотографированием световых вспышек с экрана визуализирующего устройства 12.

Благодаря тому, что пороговью устройства 6 соединены с управляющими ими выходными цепями сумматора 7 энергет ческрго сигнала и выполнены с величиной пороги, пропорциональной мгновенному значению выходного сигнала (импульса) сум,матора 7, а его входные цепи подключены между предусилителями 5 и их пороговыми устройствами 6, повышается гочн кость выявления патологических очагов путем улучшения пространственного и энергети«1еского разрешения,- уменьшения не- однородности характеристик по площади кристалла 2.

Улучшение собственного пространственного разрешения гамма-камеры По сравнению с прототипом происходит за счет уменьшения дисперсии коордийагноьго сигнала. Координатный сигнал на выходе аналогового вь1числительного устройства описывается вьтражением и ) и где . - коэффициенты ослабления сш налов резисторной матрицей; - полное число фотоумножителей; Uz - мгновенное значение энерге. тического сигнала; ( 1 - мгновенное значение сигнала после порогового iустройства, Связанного с v -м фотоумножителем;

( Ад-1С, если (2) il Оесли A.

Д мгновенное значение сигнала на входе .1 -го порогового устройства;

It г пороговое значение . С учетом (2) выражение (l) можно представить в виде

x-U I/iAj-I K, (3)

где суммирование производится только по тем фотоумножителям, сигналы которых после усиления прев,осходят пороговое значение. Поскольку мгновенное значение энергетичесого сигнала U и сигнала на входе j -го порогового , ус тройства, являются случайными, дисперсия координатного сигналаравна

,6.,Г, (4)/

:где е, С| - соответственно диспе хсии первого и второго слагаемых в выраж&нии (З); К- коэффициент корреляции между ними.

Согласно предлагаемому изобретению пороговые значения пропорциональны мгновенному значению энергетического сигнала. (ft-SUz. где - коэффициент пропорпиональности,

В этом случае выражение (3) преобразуется к следующему виду

- КК

Ux lгде второе слагаемое фактически; уже не является случайным и дисперсия координатного сигнала равна цисперюии первого слагаемого

гг2

(5) Из сравнения (5) и (4) следует, что описываемое техническое решение уменьшает дисперсию координатного сигнала, а, следовательно, и собственное пространсрвенное разрешение до сравнению с прототипом.. В соответствии с расчетами, собственное пространственное разрешение гамма7: 671 камеры с 19-ю фотоумножителями типа ФЭУ-110 улучшается на 1 мм (с 9 до 8 Mvi). Это означает, что размер расположенного на глубине 10 мм минимального очага, который может быть обнаружен и локализирован с помощью гаммакамеры уменьшится с 5 до 4 мм при нопользовании изотопа Тс (Б 140 кэВ. Энергетическое разрешение гамм -к&меры улучшается по сравнению с прототи пом благодаря тому, что суммирование эйергетического сигнала осуществляется помимо пороговых устройств. При этом среднее значение энергетического сигнала увеличивается, а его относительная флуктуация уменьшается, асчеты и измерения показывают, что энергетическое разрешение улучшается с 21 до 15% при использовании изотопа Тс и среднем значении порога, равном 10% максимального сигнала. Указанное сужение спектра энергетического сигнйла уменьшает смешение фотрпикв спектра за пределы окна; ампли,тудногО| анализатора, что озна«|ает умень шение неоднородности изображения по пло щади кристалла с 1О до 8% при ширине окна 20% и с 15 до 10% при ширине окна 5%. За счет сужения спектра энергетического сигнала при неизменной ширине окна амплитудного анализатора повышается эффективность селекции гамма-квантов по энергий, что уменьшает фон излучения, рассеянного в геле пациента, и повышает хьнтраст изображения очага. В результате, по данным фантомныл- исйытаний, диаметр минимально-различимого очага, залегающего на глубине 50 мм, уменьшается для указанного изотопа при окне амплитудного анализа тора 20% с 12-13 мм до 8-9 мм. Техническая реализация изобретения исключает необходимость в блоке перестройки пороговых устройств, связанном с переключателем энергии изотопа, поскольку указанная перестройка при изменении изотопа осуществлштся автоматически. , Таким образом, описанное изобретение позволяет обнаруживать и локализировать более мелкие патологические очаги, расположенные на различной глубине в организме пациента, и уменьшает максирующее действие неоднородности изображения, ЧТО делает возможной более раннюю диаг ностику, а:следовательно, увеличивает эффективность печения онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний населения. Формула изобретения . Сцинтилляционная гамма-камера, содержащая коллиматор, сцинтилляционный кристалл со световодом, фотоумножители, Предусилители, пороговые устройства, сумматоры координатных и энергетического сигналов, амплитудный анализатор, л&. неиные пропускатели, аналоговое вычислительное и визуализирующее устройства, отличающаяся тем, что, с целью пЬвьш1ения точности выявления патологических очагов путем улучшения пространственного и энергетического раарешени уменьшения неоднородности характеристик по площади кристалла, пороговые, устройства выполнены с переменными порогами, входы сум{.1атора энергетического сигнала соединены с выходами прецусилителей, а выходы сумматора соединены с управляющим входом йороговых устройств и амплитудным анализатором. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3.011.057, кл. G 01 Т 1/20, опублйк, 1972. 2.Патент США № 3.732.419, кл. 71.5, опублик. 1976.

671519

1 г