Способ ионной томографии объектов

 

Использование изобретения: в области томографии с помощью ионизирующего излучения, в медицине. Сущность изобретения: выбирают зону интереса в исследуемой области, которую облучают пучком ионов, регистрируют ионы, прошедшие через объект, детектором, на основе сигналов которого получают изображение, облучение проводят в режиме относительного перемещения исследуемого объекта и системы источник-детектор, соответствующем формированию продольной томограммы выбранной плоскости зоны интереса, в каждой позиции регистрируют распределение пробегов ионов, по совокупности которых восстанавливают изображение, перед детектором размещен болюс для компенсации разброса пробегов ионов вследствие вариаций толщины объекта. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области томографического исследования объектов с помощью ионизирующих излучений и может найти применение в народном хозяйстве, в частности в медицине. Цель изобретения повышение чувствительности вычислительной томографии за счет эффективного использования пика кривой Брэгга протонов или более тяжелых ионов. Цель достигается тем, что по способу ионной томографии исследуется зона интереса, которая предварительно выбрана в исследуемом объекте на основании обычных томограмм, для чего проводят облучение этой зоны объекта пучком ионов, регистрируемых затем детекторным блоком, облучение производят в режиме относительного перемещения исследуемого объекта и системы источник - детекторный блок таким образом, чтобы это перемещение соответствовало формированию продольной томограммы для выбранной плоскости зоны интереса. При этом в каждой позиции относительно перемещения регистрируют распределение пробегов ионов, и по совокупности зарегистрированных распределений восстанавливают изображение выбранной плоскости зоны интереса. Для компенсации разброса пробегов вследствие вариаций толщины объекта перед детектором можно разместить болюс, т.е. пластину с переменной толщиной, подобранную по результатам обычной томографии. Для решения вопроса о способе компенсации искажений фронта дозного поля ионов в объекте, вызванных наличием гетерогенностей среды, можно воспользоваться приемом, разработанным Гойтейном. Но используемый для этой цели болюс должен устанавливаться не перед объектом, а между ним и детектором. При этом компенсируются не все неоднородности и вариации в толщине объекта, а только те, которые зафиксированы рентгеновским томографом. Все прочие неоднородности могут быть обнаружены, если чувствительность к ним данного детектора оказывается выше, чем достигаемая рентгеновским томографом. Хорошо известно, что в направлении распространения пучка детекторы ионов обладают лучшей чувствительностью. Очевидно, при этих изменениях будут выявлены также случаи воспроизведения установки объекта при переходе от рентгеновского пучка к ионному. Энергия пучка может изменяться и другими способами, например, изменением параметра сканирующей пучок системы. В сущность изобретения входит предложение способа ионной томографии, который реализует преимущества узкого пика Брэгга ионов. Для этой цели можно воспроизвести на ионном пучке "старый" метод, относящийся к продольной томографии, который использовался на рентгеновских аппаратах еще до изобретения компьютерной томографии. Этот метод никогда не применялся на протонных или других пучках, но его следует использовать, имея в виду его полезную для данного случая особенность, а именно при синхронном движении источника и регистратора (рентгеновской пленки) относительно объекта остается неподвижным изображение одного выбранного слоя, полученного на детекторе, в то время как все остальные детали объекта размазываются по поверхности и не видны на изображении. При таком типе перемещений выполняется необходимое для реализации преимущества пика Брэгга построение изображения по слоям, ориентированным перпендикулярно направлению пучка протонов. Сравнение изобретения с известными техническими решениями показывает, что элементы рентгеновской и ионной томографии и изготовление по томографическим данным болюсов известны. Однако их изготавливают с другой целью, и при их введении в указанной взаимосвязи с другими признаками в заявляемом устройстве выше указанные признаки дают новый эффект, а именно ионная томография не повторяет информацию, а дополняет ее более точной информацией. Это расширяет пределы томографии, так как приводит к повышению чувствительности способа. На этом основании можно сделать вывод о соответствии технического решению критерию "существенные отличия". Способ осуществляется следующим образом. Предварительно проводится обычное рентгенотомографическое исследование. При просмотре томограмм могут обнаружиться области, зоны интереса, для которых желательно получить дополнительную информацию о распределении плотности. Производятся расчеты и выясняется, по каким направлениям нужно проводить уточняющую томографию ионным пучком. Рассчитывается пробег частиц по выбранным направлениям, в том числе и для встречных направлений пучка. По сечению пучка в зоне интереса пробеги могут различаться. Поэтому подготовка следующего этапа исследования состоит в изготовлении болюсов пластин переменной толщины, компенсирующих эти различия в пробегах. Можно решить эту проблему иначе, располагая за объектом многослойный детектор и подключая по мере необходимости те его слои, на которые помещается зона пика Брэгга ионов. Исследуемый объект помещается на пучке ускоренных ионов, пробег которых достаточен для того, чтобы пройти через всю толщину объекта. Перед объектом и после него могут устанавливаться коллиматоры (типа, описанного). Пучок, прошедший через коллиматоры, исследуемый объект и болюсы, направляется в детекторный блок. Можно использовать различные позиционно-чувствительные детекторы, а в случае, если пучок сканируется, одиночную сцинтиллирующую пластину, собирающую сигнал со всей поверхности, на которую попадает пучок. Вместо этого можно пользоваться фоточувствительными материалами. Перемещения исследуемого объекта и системы источник детектор позволяют формировать продольную томограмму выбранной плоскости в зоне интереса. При этом в каждой позиции относительного перемещения регистрируют распределение пробегов ионов. Напомним, что в продольной томографии плоскость реконструируемого изображения перпендикулярна плоскости, в которой перемещаются источник и детектор. В случае рентгеновской вычислительной томографии используется другой принцип, поперечной томографии, когда реконструируется та же самая плоскость, в которой располагаются и перемещаются детектор с источником. Следующий этап исследования состоит в получении томограммы на ионном томографе, работающем в режиме продольной томографии. Для этого пучок ионов пропускают через объект, который совершает синхронно с детекторным блоком вращательное или поступательное движение, как и было отмечено выше для обычных механических томографов. По совокупности зарегистрированных ионов можно восстановить изображение выбранной зоны интереса, используя известные алгоритмы реконструкции изображения, относящиеся к продольной томографии. Изображение, полученное в результате проявления или математической обработки данных, содержит информацию, которая не зафиксирована рентгеновским компьютерным томографом, а дополняют ее данными ионной томографии, измеренным с большей чувствительностью к плотности объекта. Это является преимуществом предложенного способа по сравнению с известными технологическими решениями, а в осуществлении значительно проще аналогичных ионных (протонных) томографов и может быть использовано на существующих установках.

Формула изобретения

1. Способ ионной томографии объектов, заключающийся в предварительном выборе зоны интереса в исследуемом объекте, облучении выбранной зоны интереса пучком ионов, регистрации прошедших через зону интереса ионов детекторным блоком и получении изображения зоны интереса на основе сигнала детекторного блока, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, облучение производят в режиме относительного перемещения исследуемого объекта и системы источник детекторный блок, соответствующем формированию продольной томограммы выбранной плоскости зоны интереса, причем в каждой позиции относительного перемещения регистрируют распределение пробегов ионов, и по совокупности зарегистрированных распределений восстанавливают изображение выбранной плоскости зоны интереса. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед детекторным блоком размещают болюс для компенсации разброса пробегов ионов вследствие вариаций толщины объекта.