Сцинтилляционная гамма-камера

 

Союз Советских

Социалнстическнх республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВ ИтИНИЯ (iii 671519

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 24.05.76 (21) 23637 81/18-25 (51)M. Кл.

Э 01 Т 1/20

А 61 В 6/00 с присоединением заявки Ж (23) Приоритет

Гооудврстоонный комктет

СССР оо делам нзобретоннй и открытой

Опубликовано 05, 12. 7 9 Бюллетень ¹ 45 (53) УДК 612.014. .482.4(088. 8) Дата опубликования описания 10.12.79

А. Н. Варин, С. Д. Калашников, В. Л. Кривошеин (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский институт медицинского приборостроения (71) Заявитель (54) .СИИ11ТИЛЛЯЦИ4,)ННАЯ ГАММА-КАМЕРА

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

Известна сцинтилляциоииая гамма-камера (11, состоящая из коллиматора, сцинтилляционного кристалла, набора фотот0 электронных умножителей, оптически сопряженных через плоский световод иэ прозрачного материала со сцинтилляционным кристаллом, линейных, предусилителей, 15 цепей формирования координатных и энергетического сигналов, амплитудного анализатора энергетического сигнала, выдецякяцего импульсы, соответствующие области фотопика спектра излучения используемого радиоактивного изотопа, линейных пропускателей координатных сигналов, срабатывающих по команде амплитудного анализатора, и визуалиэярующего устрой2 ства, связанного с линейным пропускателем и амплитудным анализатором так, что каждой сцинтилляции, зарегистрированной в кристалле, соо гветствует вспышка на экране визуализируюшего устройства.

Но в указанной гамма-камере из-эа отсутствия в гамма-камере аналогового вычислительного устройства координатные сигналы зависят от случайных флуктуаций энергетического сигнала, изменение интенсивности сцентилпяций 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-эа отсутствия в гамма-камере пороговых устройств сигналы фотоумножителей, наиболее уцаленных от точек возникновения спинтилляций, целиком определяются многократно рассе" янной в кристалле и в световоде компонентой свечения кристалла и не несут з 671519 4 информации о координатах точки взаимо- тора — с управляющим входом пороговых действия гамма-кванта с веществом кри- устройств и амплитудным анализатором. сталла, в то же время статическая флук- Сущность предложения пояснена чертетуация пропорциональна амплитуде импупь- жом, на котором изображена блок-схема са, следовательно, фотоумножители, наибо- гамма-камеры. лее удаленные or места возникновения Гамма-камера состоит из коллиматора сцинтщигяции, ухудшают пространственное 1, сцинтилляционного кристалла 2, светоразрешение, что в свою очередь снижает вода 3, фотоумножителей 4, предусилитеточность выделения патологических оча- лей, 5, пороговых устройств 6, выполненгов, достоверность и диагностическую 10 ных как оконечные каскады предусилитеценность получаемой информации; лей, сумматоры 7 энергетического сигнаИзвестна также являющаяся прототипом ла, сумматоров 8 координатных сигналов, описываемого технического решения спин- амплитудного анализатора 9, линейных тилляционная гамма-камера (2), сойер- пропускателей 10, аналогового вычислижащая коллиматор, сцинтилляпионный 15 тельного устройства ll, визуализирующекристалл, световод, фотоумйожители, пред- го устройства 12. Пороговые устройства усилители, пороговые устройства, сумма- 6 выполнены с переменным порогом, про торй координатных и энергетического порциональным мгновенным значениям им= сигналов, амплитудный анализатор, линей- пульсов сумматора 7 энергетического сигные пропускатели, аналоговое вычислитель-20 нала, и Подсоединень| к выходу последненое и визуализирующее устройства, в ко- ro параллельно амплитудному анализатору торой вычислительное устройство состоит 9. Входные цепи сумматора 7 энергетииз дифференциальных усилителей и схемы ческого сигнала подключены между предделения координатных сигналов на энер- усилителями 5 и пороговыми устройствагетический сигнал, служащий для устра- ми 6. ненни энергетической зависимости коор- Гамма-камера работает следующим о( динатных сигналов, а визуализирующее разом. Пациент, которому введено необхоустройство связано с аналоговым вычис- димое количество радиоактивного препара-.

\ лительным устройством так, что каждой та, помещается перед коллиматором 1 сцинтилляции в кристалле соответствует З0 гамма-камеры. Гамма-кванты проходят чевспышка на экране визуализирующего уст рез отверстия коллиматора 1, попадают в ройс тва. сцинтилляционный кристалл 2, взаимодейНо в данной гамма-камере выполнение ствуют с последним и образуют световые пороговых устройств с постоянным значе- вспышки которые освещают .фот

l ры вещают . уотокатоды иием порогов предопределяет энергетиче- 35 фотоэлектронных умножителей 4, оптическую зависимость KoopllHHGrHbIx сигналов ски связанных с кристаллом 2 через и вносит дополнительную неоднородность световод 3. Фотоумножители 4 преобрахарактеристик по площади кристалла, что зуют световую энергию вспышек в электограничивает пространственное разрешение рические импульсы,-амплитуда которых гамма-камеры и точность выявления пато- 0 зависит от расстояния между каждым фологических очагов; последовательное тоумножителем 4 и местом возникновения включение пороговых устройств и ампли- сцинтилляции и or энергии гамма-кванта

У тудного анализатора приводит к ухудше- вызвавшего эту сцинтилпяцию. Импульсы: нию энергетического разрешения гамма- фотоумножителей 4, линейно усиленнЫе камеры, так как это эквивалентно непол- 4 предусилителя предусилителями 5, поступают íà порого- ному сбору света от сцинтилляции. вые устро ства . роме того, сигналы с

Цель настоящего изобретения — устра- предуснлнтелей 5, минуя пороговые уст нение указанных недостатков, повышение ройства 6, поступают иа сумматор 7энерточности выявления патологических очагов гетического сигнала. С выхода суммато; путем улучшения пространственного и ра 7 энергетич энергетического сигнала импульсы э ергетического разрешения, уменьшения пропорциональные энергии каждой сцинтилн а энергетич неоднородности характеристик по площади ляции, поступают на пороговые устройсткристалла гамма-камеры. ва 6 и мгновенно устанавливают величиПоставленная цель достигается тем, ну порога пропорционально собственной

55 что пороговые устройства выполнены с амплитуде. Одновременно величина поступеременными порогами, входы сумматора пающих на пороговые устройства 6 снгнаэнергетического сигнала соединены с выходами предусилителей, а выходы суммалов с предусилителей 5 уменьшается на величи ну порога. Амплитудный анализатор

9, включенный на выход сумматора 7 анергетического сигнала, 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 сцинтилляции в кристалле 2, Линейные пропускате- 10 ли 10 срабатывают по команде амплитудного анализатора 9 и пропускают импуль сы от сумматоров 8 координатных сигналов дпя дальнейшей обработки на аналоговое вычислительное устройство 11. Анало-15 говое вычислительное устройство 11 осу-. ществляет деление каждого координатного сигнала на суммарную величину атих сигналов, чтобы исключить энергетическую зависимость. Координатные сигналы с ана-20 поговог6 вычислительного устройства 11 подаются на виэуализирующее устройство

12, на экране которого высвечиваются вспышки с координатами, пропорциональными атим сигналам. Регистрация резуль- 25 татов исследования производится фотографированием световых вспышек с экрана визуапизирующего устройства 12.

Благодаря тому, что пороговые устройства 6 соединены с управляющими ими выходными цепями сумматора 7 энергетического сигнала и выполнены с величиной порога, пропорциональной мгновенному значению выходного сигнала (импульса) сумматора 7, а его входные цепи подключены между предусипитепями 5 и их пороговыми устройствами 6; повышается точность выявления патологических очагов путем улучшения пространственного и анергетического разрешения; уменьшения не- 40 однородности характеристик по площадикристалла 2.

Улучшение собственного пространственного разрешения raMMa-камеры" по сравнению с прототипом,происходит эа 45 счет уменьшенйя дисперсии координатньго сигнала. Координатный сигнал на выходе аналогового вычислительного устройства описывается выражением

671519 с (4) Gх б„+б<+аб б г где б,, G .- соответственно диспер- а. сии первого и второго слагаемых в выражении (3) „ Р- коэффициент корреляции между ними.

Согласно предлагаемому изобретению пороговые значения пропорциональны мгновенному значению анергетического сигнала. gi "- Sf,, где g — коэффициент про« порциональности.

8 этом случае выражение (3) преобразуется к следующему виду ic K

Ц "- ЕК A.-5KК-, х Я .=4 i j =„ i где второе слагаемое фактически e >to является случайным и дисперсия координатного сигнала равна дисперсии первого слагаемого х=6.у

Из сравнения (5) и (4) следует, что описываемое техническое решение уменьшает дисперсию координатного сигнала, а, следовательно, н собственное пространсw венное разрешение по сравнению с прототипом.

В соответствии с расчетами, собственное пространственное разрешение гамма50

u =. ы ДМ с

Х где

55 — коэффициенты оспабления сиг1 напов резисторной матрицей; 1 - полное число фотоумножителей;

Ц»,— мгновенное значение энерге. тического сигнала;

О - мгновенное значение сигнала после порогового iycw ройства, 8вязанного с ь -м фотоумножитепем;

О

А; -Я > если А >З (2) р если A. <É

Д„- мгновенное значение сигнала на входе 1 -го порогового устройства; K -, пороговое значение..

С учетом (2) выражение (1) можно представить в виде

4 к, к, U — z < A-- — ик., х ц ц - „$ (3) где суммирование производится только по тем фотоумножителям, сигналы которых после усиления превосходят пороговое значение. Поскольку мт новейное значение анергетичесого сигнала О» и сигнала на входе - f -го порогового, устройства являются случайными, дисперсия «оординатного . сигнала равна

7 67151 камеры с 19-ю фотоумножителями типа

ФЭУ-110 улучшается на 1 мм (с 9 до

8 мм). Это означает, что размер расположенного на глубине 10 мм минималь ного очага, который может быть обнаружен и локализировви с помощью гаммакамеры уменьшится с 5 до 4 мм при использовании изотопа Тс (140 кэВ).

Энергетическое разрешение гамма-камеры улучшается по сравнению с прототи- r0 пом благодаря тому, что суммирование энергетического сигнала осуществляется помимо пороговых устройств. При этом среднее значение энергетического сигнала увеличивается, а его относительная флуктуация уменьшается. Фасчеты и измерения показывают, что энергетическое разрешение улучшается с 21 до 15% при использовании иэотопа Тс и среднем значении порога, равном 10% максимального сигнала.

Указанное сужение спектра энергетического сигнала уменьшает смещение фотопика спектра as пределы окна амплитудного, анализатора, что означает умень- шение неоднородности изображения по площади кристалла с 10 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 энергии, что уменьшае фон излучения, рассе яного и теле пациента, и повышает 35 контраст изображения очага. В результа-тЕ, по дайным фантомно исйытаний, диаметр минимально-различимого очага, за-. легающего на глубине 50 мм, уменыпается для указанного изотопа при окне ам- 40 плитудйого анализатора. 20% с 12-13 мм до 8-9 мм.

Техническая реализация изобретения исключает необходимость в блоке перестройки пороговых устройств, связанном

45 с переключателем энергии изотопа, поскольку указанная перестройка при изменении изотопа осушествлжтся автоматически.

Таким образом, описанное изобретение позволяет обнаруживать и локализировать более мелкие патологические очаги, расположенные на различной глубине в орга.низме пациента, и уменьшает максирующее действие. неоднородности изображения, что делает возможной более раннюю диагностику, а следовательно, увеличивает эффективность лечения 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, ли» нейные пропускатели, аналоговое вычислительное и визуализирующее устройства, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности выявления патологических очагов путем улучшения пространственного и энергетического разрешения, уменьшения неоднородности характеристик по площади кристалла, пороговые устройства выполнены с переменными порогами, входы сумматора энергетического сигнала соединены с выходами предусилителей, а выходы сумматора соединены с управляющим входом пороговых устройств и амплитудным анализатором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США ¹ 3.011.057, кл. G 01 Т 1/20, опублик, 1972.

2. Патент США № 3.732.419, кл. 71.5, опублик. 1976.

67 1519

Составитель Q. Смирнов

Редактор Е. Зеленцова Техред Н, Еабурка Корректор H. Задерновскня

Звал 766 1 Тирвж 688 Подписное

Ц И ИИ ПИ Государс твен ног о комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г; Ужгороп, ул. ГГроектнаи, 4