Устройство для регистрации изображений распределения радиоактивных препаратов

 

Использование: в устройствах для регистрации источников радиоактивного проникающего излучения, при визуализации изображений распределения радиоактивных препаратов, введенных в организм объекта при медицинских исследованиях. Сущность изобретения: устройство состоит из коллиматора и сцинтиллятора, расположенных в двух параллельных плоскостях, перпендикулярных направлению распространения излучения, позиционно-чувствительного детектора, блока определения координат сигналов, компьютера и дисплея. Коллиматор выполнен в виде двумерной кодирующей маски. Маска состоит из базовой части, образованной периодом двоичной псевдослучайной последовательности, и ее циклического продолжения с возможностью перемещения параллельно плоскости сцинтиллятора. Выходы позиционно-чувствительного детектора, соответствующие циклическим продолжениям базовой части маски, соединены с входами блока определения координат сигналов через ключи с внешним управлением, например, вручную. Устройство позволяет быстро дистанционно обнаруживать местонахождение источников радиоактивного излучения, в том числе скрытых визуально, определять количество источников, не требуя кропотливых и длительных измерений "на ощупь" по мере приближения к источникам. Указанные приборы позволяют снизить необходимую интенсивность излучения препаратов при радиологической диагностике, облегчают контроль за экологическим состоянием среды в части ионизирующих излучений и могут найти применение для обнаружения несанкционированного транспортирования радиоактивных материалов. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для регистрации источников радиоактивного проникающего излучения и может быть применено как при визуализации изображения распределения радиоактивных препаратов, введенных в организм объекта при медицинских исследованиях, так и при дистанционном выявлении расположения визуально скрытых источников и тем самым осуществлять часть процесса лечения, диагностику некоторых заболеваний, а также осуществлять контроль экологического состояния среды по ионизирующему излучению.

Известно устройство "камера-обскура", которая позволяет производить регистрацию изображения не только оптического, но и ионизирующего излучения. Камера-обскура состоит из камеры и коллиматора с единственным отверстием малого размера в непрозрачном для данного вида излучения материале. Изображение источника проецируется на противоположную отверстию стенку камеры, куда помещен позиционно-чувствительный элемент плоский сцинциллятор, на котором возникает проекция распределения интенсивности излучения препарата и преобразуется в видимое изображение [1, рис. 6.25] Выход сцитиллятора соединен с входом соответствующего запоминающего устройства (например, фотоаппарата), которым производится регистрация. Камера-обскура обладает низкой эффективностью регистрации, т.к. для получения необходимой резкости изображения требуется уменьшение диаметра отверстия (в пределе до величины где λ длина волны излучения; a расстояние от отверстия до сцинтиллятора), что приводит к соответствующему уменьшению количества регистрируемых квантов излучения источника в единицу времени, уменьшению отношения сигнал/помеха. Поэтому необходимая интенсивность излучения препарата должна быть высокой.

Наиболее близким техническим решением к настоящему по большому количеству сходных технических признаков является устройство, содержащее многоканальный коллиматор с большим количеством отверстий в пластине из материала непрозрачного для данного вида излучения с диаметром отверстий меньше толщины пластины, позиционно-чувствительный элемент, представляющий собой плоский сцинтиллятор, размещенные в двух параллельных плоскостях, перпендикулярных направлению распространения излучения, с фиксированным расстоянием между плоскостями, выход сцинтиллятора оптически соединен с входами позиционно-чувствительного детектора, выходы которого соединены с входами блока определения координат сигналов, расположенного в свинцовом кожухе и представляющего собой "гамма-камеру" [1, с. 213,214] выход блока определения координат сигналов последовательно соединен с входами компьютера и дисплея, расположенных вне гамма-камеры.

Устройство работает следующим образом. Регистрируемое излучение проходит через коллиматор, который селектирует кванты, излучаемые источником по направлению и пропускает на регистрацию только те кванты, которые движутся перпендикулярно к поверхности пластины коллиматора или с небольшим углом отклонения от перпендикулярности, определяемым отношением диаметра отверстия канала к сумме расстояния от элементарного источника до коллиматора и длины канала в коллиматоре [1, рис. 6.22, 6.23] Таким образом, коллиматор выделяет из изотропно направленного излучения ряд однонаправленных пучков в соответствии с числом и диаметром каналов. В каждом канальном пучке содержаться кванты, излучаемые в данном направлении всеми элементарными источниками, находящимися на продолжении оси отверстия канала так, что на плоскость сцинтиллятора проецируется яркостная проекция трехмерного распределения радиоактивного препарата в виде отдельных точек по числу каналов коллиматора, при этом распределение каналов коллиматора равномерное.

Выходные световые сигналы сцинтиллятора подаются на входы позиционно-чувствительного детектора, состоящего из набора ФЭУ, который преобразует эти сигналы в электрические, которые с выходов позиционно-чувствительного детектора подаются на входы блока определения координат сигналов, что соответствует координатам места попадания квантов на сцинтилляторе и их интенсивности, с выхода блока определения координат сигналы подаются на вход компьютера, где они накапливаются в ЗУ и в результате соответствующей обработки информация в виде точечного изображения отображается на дисплее, документируется.

Устройством-прототипом не достигаются высокая эффективность регистрации, что требует повышенного значения необходимой интенсивности излучения препарата, введенного в организм объекта (пациента); возможность определения глубины расположения препарата внутри организма объекта.

Сущность устройства для регистрации изображений распределения радиоактивных препаратов, состоящего из коллиматора, позиционно-чувствительного элемента, расположенных в двух параллельных плоскостях в направлении, перпендикулярном распространению излучения, позиционно-чувствительного детектора, входы которого оптически соединены с выходами позиционно-чувствительного элемента, выходы детектора последовательно соединены с входами блока определения координат сигналов, компьютера и дисплея, согласно изобретению достигается тем, что коллиматор выполнен в виде двухмерной кодирующей маски, которая состоит из двух частей: базовой маски, выполненной, например, на основе двоичной псевдослучайной последовательности, и циклического продолжения маски, маска выполнена подвижной, так что расстояние от плоскости маски до плоскости позиционно-чувствительного детектора может изменяться в пределах от нуля до величины, равной нескольким (5-10) размерам маски, с внешним управлением, например, вручную, часть выходов позиционно-чувствительного детектора, соответствующих циклическому продолжению кодирующей маски, соединены с блоком определения координат сигналов через ключи с внешним управлением, например, вручную. Соответствующая селекция сигналов, осуществляемая при помощи ключей, может быть осуществлена также программным путем при обработке данных.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для регистрации изображений распределения радиоактивных препаратов.

Устройство содержит двумерную кодирующую маску 1, состоящую из базовой части 1₁ и ее циклических продолжений 1₂ по периферии. Базовая часть маски соответствует двоичной псевдослучайной последовательности. Также в состав устройства входят плоский позиционно-чувствительный элемент (ПЧЭ) 2, позиционно-чувствительный детектор 3, блок 4 определения координат сигналов, компьютер 5 и дисплей 6, ключи 7 с внешним управлением, например, вручную, расстояние от маски до позиционно-чувствительного элемента "а". При этом двумерная кодирующая маска 1 и плоский позиционно-чувствительный элемент 2 расположены таким образом, что при освещении маски источником излучения на позиционно-чувствительном элементе формируется тень, создаваемая маской. Выходы позиционно-чувствительного элемента 2 оптически соединены с входами позиционно-чувствительного детектора 3, выходы позиционно-чувствительного детектора 3 соединены с входами блока 4 определения координат сигналов, при этом выходы позиционно-чувствительного детектора, соответствующие периферийной части маски, соединены с входами блока определения координат сигналов через ключи 7 с внешним управлением, например, вручную, выходы блока 4 определения координат сигналов последовательно соединены с входами компьютера 5 и дисплея 6.

Устройство работает следующим образом. Регистрируемое излучение проходит через двумерную кодирующую маску 1, представляющую собой пластину из материала, непрозрачного для данного вида излучения, например из свинца, в которой имеются отверстия и непрозрачные элементы, расположенные на поверхности пластины по закону двоичной псевдослучайной (ПС) последовательности, где прозрачные участки соответствуют "1", а непрозрачные участки соответствуют "0".

От элементарного точечного источника маска отбрасывает соответствующую тень на позиционно-чувствительном элементе (ПЧЭ). Таким образом, маска кодирует тот или иной источник излучения соответствующей тенью излучения по координате и по амплитуде. Поле зрения в плоскости источников ограничено свинцовым тубусом в соответствии с размерами ПЧЭ. От каждого отдельно взятого элементарного источника излучения маска пропускает на регистрацию значительно большее число квантов по сравнению с известным устройством, т.к. суммарный телесный угол, в котором регистрируются кванты, определяется произведением числа отверстий в маске на телесный угол пропускания квантов одним отверстием. Таким образом, достоверность регистрации каждого элементарного источника при помощи маски выше, чем в известном устройстве.

Оптические сигналы с выхода ПЧЭ (сцинтиллятора) 2 поступают на входы позиционно-чувствительного детектора 3, где преобразуются в электрические сигналы, с выхода которого сигналы поступают на вход блока 4 определения координат сигналов, где каждому импульсу придается признак канала (координата). Изображение от многих элементарных источников представляется в виде массива чисел P_k,l, где k, l дискретные координаты элементов массива P в плоскости позиционно-чувствительного элемента, с выхода блока 4 определения координат сигналов сигналы поступают на вход компьютера и запоминаются ЗУ. Затем при математической обработке по запомненному в ЗУ массиву P получают информацию о распределении интенсивности излучения препарата в виде массива чисел F, используя формулу где G массив чисел, состоящий из "1" и "-1", полученный из двоичного массива маски заменой "0" на "-1", заранее введенный в память ПЭВМ вместе с программой обработки; i, j дискетные координаты элементарных источников; r, s число элементов маски по длине и ширине.

Результаты обработки представляются на дисплее 6.

Следует отметить, что формирование подобного массива и соответствующая регистрация могут быть также осуществлены при использовании в устройстве других по исполнению позиционно-чувствительного элемента 2 и позиционно-чувствительного детектора 3. Например, указанный узел может быть выполнен в виде пропорциональной камеры с газовым наполнением, состав которого определяется энергией регистрируемых квантов излучения, с нитевидными электродами в двух параллельных плоскостях с направлением по двум перпендикулярным осям X и Y.

При попадании кванта внутрь камеры за счет ионизации газа возникает электрический импульс, координаты которого соотносятся с двумя близлежащими нитями, расположенными по осям X и Y. В этом случае чувствительный элемент и детектор составляют одну общую конструкцию. На фиг. 2 представлена упрощенная структурная схема узла маски и позиционно-чувствительного элемента. На фиг. 2 обозначено: 2 позиционно-чувствительный элемент (ПЧЭ); 1₁ базовая маска, содержащая полный период ПС-последовательности; 1₂ часть циклического продолжения базовой маски; a расстояние от ПЧЭ до маски; b - расстояние от маски для плоскости источников; 8 тубус, ограничивающий поле зрения; 9 элементарные источники излучения.

Работа устройства осуществляется в двух режимах: первый режим дальнего источника (фиг. 2а), при котором b>a, и второй режим ближнего источника (фиг. 2б), при котором b=a. В случае дальнего источника пучок излучения от него, падающий на маску, можно принять параллельным, в случае ближнего источника этого принять нельзя, пучок является расходящимся. Практически при расстоянии b= 0,5м и размерах маски 10-15 см пучок падающего излучения можно считать параллельным (фиг. 2а). В этом случае регистрация производится на центральной части ПЧЭ и детектора, соответствующей размерам базовой маски. Участки детектора c и d, соответствующие циклическим продолжениям маски, отключены от блока определения координат сигналов, так как ключи 7 разомкнуты (подобное отключение может быть осуществлено программно). На детекторе регистрируется полный период тени маски и информация восстанавливается полностью. Визуально информация представляется на дисплее в виде проекции элементарных точечных источников с распределением интенсивности на плоскости источников. Постепенно уменьшая вручную расстояние b, приходим к случаю ближнего источника (фиг. 2б), при этом регистрация осуществляется на полной поверхности детектора, соответствующей размерам базовой маски и размерам циклических продолжений маски. Ключи 7 на фиг. 1 замкнуты. В случае a=a₁ <b= b₁ на детекторе регистрируется необходимое количество информации, определяемое базовой маской, и дополнительное количество информации, определяемое частью циклических продолжений маски, что позволяет получить на дисплее необходимую информацию при наличии помех. В случае a=a₂ > b=b₂ информация не восстанавливается, т. к. регистрируемая на детекторе тень маски не содержит полного периода ПС-последовательности. На дисплее отсутствует изображение источников излучения, имеются помехи наподобие сильно расфокусированного изображения оптического объектива. В случае a=a₀=b=b₀ имеем оптимальное изображение на дисплее. Четкое изображение источников излучения на дисплее является признаком равенства расстояний a и b и соответственно глубины расположения радиоактивного препарата в организме объекта.

Только применение в устройстве кодирующей маски на основе двоичной ПС-последовательности для разделения потока излучения позволяет значительно снизить требуемую интенсивность излучения радиоактивного препарата, вводимого в организм объекта, а также определить глубину расположения этого препарата внутри объекта в целях лечения и диагностики.

Данное устройство позволяет не только регистрировать распределение радиоактивного препарата внутри организма объекта в медицинских целях, но и дистанционно обнаруживать местонахождение источников излучения, в том числе скрытых визуально, определять количество источников, не требуя кропотливых и длительных измерений "на ощупь", по мере приближения к источникам.

Практически целиком устройство построено на хорошо опробованных в практике медицинских исследований и освоенных промышленностью блоках и элементах и не требует больших затрат. Описанный прибор облегчает контроль за экологическим состоянием среды в части ионизирующих излучений и может найти применение для обнаружения несанкционированного транспортирования радиоактивных материалов.

Формула изобретения

Устройство для регистрации изображений распределения радиоактивных препаратов, состоящее из коллиматора и сцинтиллятора, расположенных последовательно в двух параллельных плоскостях, перпендикулярных направлению распространения излучения, позиционно-чувствительного детектора, входы которого оптически соединены с выходами сцинтиллятора, а выходы последовательно соединены с входами блока определения координат сигналов, компьютера и дисплея, отличающееся тем, что коллиматор выполнен в виде двумерной кодирующей маски, состоящей из базовой части, образованной периодом двоичной псевдослучайной последовательности, и ее циклического продолжения с возможностью перемещения параллельно плоскости сцинтилятора на расстояние до 5 10 размеров маски, выходы позиционно-чувствительного детектора, соответствующие циклическим продолжениям базовой части маски, соединены с входами блока определения координат сигналов через ключи с внешним управлением, например, вручную.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2