Поперечный гамма-томограф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(23) Приоритет 51 М. Кл з А 61 В 6/О Государственный СССР по делам и и открмитет зобретенийытий публиковано 0709 53 УДК 614.юллетень М 9 3 сания 07. 09. 8 ата опу ликования о о В,П.Чернобровкин Ю,Эльки тения и й:й.н.т. 1) Заявите сесоюзный научно-исследовательский Й медицинского приборостроения(54) ПОПЕРЕЧНЫЙ ГАММА-ТОМОГРАФ ф является ув наружения п утем поддерожного расой каждогою тела иссл де е 10 Изобретение относится к медицинской технике, а именно к диагностическим радиологическим устройствам.Известен поперечный гамма-томограф, который содержит коллимированные детекторы эмиссионного излучения, соединенные через амплитудные анализаторы и интерфейс с электронно- вычислительной машиной, поворотную раму с установленными на ней держателями детекторов, механизм перемещения держателей детекторов со схемой управления, механизм перемещения рамы со схемой управления и датчик углового положения рамы 11).Недостатком известного гамма-томографа является то, что поскольку детекторы перемещаются линейно, в тангенциальном направлении, расстояние между ними и пациентом в процессе исследования существенно из-. меняется. В снлу этого эффективность детектирования излучения ограничена, а пространственное разрешение при этом недостаточно, что предопределяет низкое качество изображения.и ограниченную статистическую надежность обнаружения патологических очагов и, следовательно, недостаточную точность исследования. 1 елью изобретения личение надежности о тологических очагов жания минимально воз стояния между аперту тектора и поверхност дуемого. Поставленная цель достигаетсятем, что в поперечном гамма-томографе, содержащем коллимированныедетекторы эмиссионного излучения,соединенные через амплитудные анализаторы, и интерфейс с электронно"вычислительной машиной, поворотнуюраму с установленными на ней держателями детекторов, механизм перемещения держателей детекторов сосхемой управления механизм перемещения рамы со схемой управления идатчик углового положения рамы,держатели закреплены на раме на осяхс возможностью их одновременного исинхронного вращения вокруг осей, 2 с расположенных перпендикулярно плоскости рамы по окружности равноудаленно друг от друга, а механизмыперемещения рамы и держателей детекторов выполнены в виде планетар ного механизма.955905 м фаз фа ф Ъ 3 фъЭ Составитель А.СоловьевТехред,Ж.Кастелевич Корректор Ю.Макаренко Редактор Н.Аристова Филиал ППП фПатентфф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 6786/2 Тираж 714 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5На Фиг,1 изображена структурнаясхема поперечного гамма-томографа;на Фиг.2,3 - структурная схема датчика углового положения рамы, варианты выполнения; на фиг.4 - схемасчетчика оборотов вала электропривода; на фиг.5 - кинематическаясхема поперечного гамма-томографа;на фиг.б - рама с подвижным кольцом,вид сверху; на фиг.7 - сечение А-Ана фиг,б для двух положений под-10вижного кольца в моменты времениС. и С 1 соответственно; на фиг.8схема перемещений детекторов, гдеа - положение детекторов в моментывремени 1 (цифры с индексом Нначало) и (цифры с индексом Кфконец, контур. детекторов показан .пунктиром); б, в, г - положения детекторов в.м 1 оменты вРемени15 соответственно; на фиг,9 - временные диаграммы работы основныхфункциональных элементов гамма.-томографа, где а - диаграммы изменения скорости вращения вала редуктора; б - диаграмма работы счетчика оборотов 1 в - диаграмма работы электромагнитной муфты; г - диаграмма работы датчика положения рамы; д диаграмма работы электромагнитов; е, ж - диаграммы изменения угла поворота рамы и держателей соответственно; з - диаграмма работы интерфейса.Поперечный гамма-томограф содержит: коллимированные детекторы 1-4 эмиссионного излучения, закреп ленные в держателях 5-8, амплитудные анализаторы 9-12, соединенные с интерфейсом 13, подключенные к электронно-вычислительной машине(ЗВМ) 14 с устройством 15 вывода 40 изображений, поворотную раму 16, на которой установлены держатели 5- 8 детекторов, механизм 17 перемещениярамы 16 со схемой 18 управления, механизм 19 перемещения дер жателей детекторов со схемой 20 управления.Гамма-томограф снабжен датчиком 21 углового положения рамы, электрически .связанным с интерФейсом 13 и схемами 18 и 20,управления механиз мов перемещения рамы и держателей. Датчик 21 является одновременно датчиком углового положения детекторов.55Механизм 17 перемещения рамы выполнен в виде соосного с рамой 16 подвижного кольца 22, редуктора 23, электропривода 24 и счетчика 25 оборотов вала электропривода.Механизм 19 перемещения держате лей выполнен в виде электромагнитной муфты 26 и средства 27 для передачи вращения, соединенного с электроприводом 24 механизма 17 перемещения рамы посредством муфты 26, 65 электрически связанной со схемой 20 управления механизма 19 перемещения держателей.Держатели 5-8 закреплены на раме 16 с возможностью их вращения в направлении, противоположном направлению вращения рамы 16, вокруг осей, проходящих через точки 28-31. закрепления, расположенные в плоскостирамы, равноудаленно друг от друга по описываемой вокруг внешнего контура 32 пациента окружности. В исходном положении держателей 5-8 оси 33- 36 детекторов направлены по касательной к окружности 37, лежащей в исследуемой поперечной плоскбсти и проходящей через ближайшие к пациенту точки держателей 5-8.Держатели 5-8 выполнены в виде фланцев с соосно закрепленными на них звездочками (не показаны на фигуРах), которые входят в зацепление со средством 27 для.передачи вращения, выполненным например в виде цепной передачи, охватывающей одновременно звездочки всех держателей 5-8, и системы шестерен (фиг.5)Редуктор 23 (фиг.1) и средство 27 для передачи вращения имеют.одинаковые передаточные отношения, что обуславливает равенство по абсолютной величине угловых скоростей вращения рамы 16 и держателей 5-8 при работе прибора.Датчик 21 углового положения рамы 16 выполнен в виде источника 38 (фиг.2) света с диафрагмой 39., фотоприемников 40 и усилителей 41, при этом источник 38 света и диафрагма 39 закреплены на раме 16, Фотоприемники 40 установлены на подвижном кольце 22 механизма перемещения рамы 16 и соединены с усилителями 41.Датчик 21 углового положения рамы 16 может быть выполнен также в виде закрепленного на ней магнита 42 (фиг.3) и герконов 43, установленных на подвижном кольца 22,Счетчик 25 оборотов вала электро- привода 24 выполнен в виде металлического диска 44 (Фиг,4) с выступами 45, бесконтактного, например, индукционного, преобразователя 46 и регистра 47, при этом диск 44 закреплен на валу электропривода 24, а выступы 45 диска 44 перемещаются в пазу 48 бесконтактного преобразователя 46, электрически связанного с интерфейсом 13 и со схемами 18 и 20 управления механизмов 17 и 19 перемещения рамы и держателейПодвижное кольцо 22 механизма 17 перемещения рамы соединено с последней посредством фрикциона 49 (фиг.7) с электромагнитами 50, подключенными к датчику 21 (фиг.1) углового положения рамы 16. Еоллимированные детекторы 1- 4 регистрируют гамма-излучение, исходящее изисследуемого пациента.Амплитудные анализаторы 9-12обеспечивают спектрометрический ре.жим регистрации гамма-излучения,т,е. из всех импульсных сигналов,поступающих на них от соответствующих детекторов 1-4, пропускаюттолько те, амплитуда которых лежит в заданных йределах, определяемых шириной фотопика спектра излучения применяемого радионуклида,Интерфейс 13, содержащий регистры, таймер и мультиплексор (не показаны на фигурах), предназначендля ввода в ЭВИ 14 данных об интенсивности регистрируемого в процессеисследования излучения на выходеамплитудных анализаторов 9-12, атакже кодовых сигналов о номере детектора, направлении проецированияв номере проекции по командам отдатчика 21 углового положения рамы16 и механизма 17 ее пЕремещения.ЭВМ 14 служит для сбора, заполнения и обработки регистрируемойрадиометрической информации и дляцифровой реконструкции (формирования) поперечной гамма-томограммы,Устройство 15 вывода изображений обеспечивает возможность наблюдения и документирования реконструированных поперечных томографических изображений,Механизм 17 перемещения рамыприводит в движение раму 16 по круговой траектории вокруг пациента.Механизм 19 перемещения держателей обеспечивает синхронное вра-.щение последних в процессе перемещения рамы 16 при регистрации ивводе в ЭВМ 14 радиометрической информации,Механизмы перемещения рамы и держателей детекторов выполнены в виде планетарного механизма.Схемы 18 и 20 управления механизмов 17 и 19 перемещения рамы и.держателей обеспечивают управлениевключением и реверсированием электропривода 24, а также работой электромагнитной муфты 26 и фрикциона 49с электромагнитами 50.Датчик 21 углового положения рамыслужит для формирования управляющихсигналов (команд) в моменты времени, соответствующие повороту рамы16 на заданный угол.Поперечный гамма-томограф рабо"тает следующим образом,При включении прибора в моментвремени 1 (фиг.8, 9) начинает работать электропривод 24, которыйприводит в движение редуктор 23,вращающий раму 16 в направлении,например, по часовой стрелке. В исходном состоянии электромагнитнаямуфта 26 обесточена и соединяет средуктором 23 средство27 для передачи вращения держателям 5-8,5 которые вращаются синхронно с рамой16, но в обратном направлении (т.е.против часовой стрелки). При этомв силу равенства передаточных отношений редуктора 23 и средства 2710 для передачи вращения угловые скорости вращения рамы 16 и держателей 5-8 одинаковы по абсолютной величине, В результате держатели 5-8;т.е. ось каждого детектора при последующем его положении остаетсяпараллельной этой же оси при предыдущем положении детектора (фиг.8),Таким образом, в процессе синхронного вращения рамы 16 и держателей 5-8 направление осей 33-36детекторов 1-4 относительно пациентаподдерживается постоянным, что обеспечивает регистрацию излучения объекта детекторами 1-4 по первым угловым направлениям М 1-МФ Б 1-И и измерение первой группы иэ и проекции(и - число детекторов 1-4), Сигналыот детекторов 1-4 через амплитудные анализаторы 9-12 поступают нарегистры интерфейса 13. Последовательный опрос регистров осуществляется с помощью таймера и мультиплексора, Полученные данные об интенсивности излучения вместе с кодовыми сигналами о номере детектора, направлении проецирования и о порядковом номере проекции вводятся40 в ЭВМ 14,В исходном состоянии электромагниты 50 обесточены и Фрикцион 49(фиг.7 а) не соединяет подвижноекольцо 22 с рамой 16. В момент вре 45 мени ,1 (Фиг.9), когда угол Чр поворота рамы 16 (фиг.1) достигнетзначения Ч (фиг.8 а), срабатываетдатчик 21 (Фиг.1) углового положения рамы 16. При этом диафрагмиро 5 О ванный световой поток от источника38 света попадает на один из Фотоприемников 40, сигнал с выхода ко.торого через усилитель 41 подаетсяна интерфейс 13 и на схемы 18 и 20 .55 управления механизмами 17 и 19. Приальтернативном выполнении датчика21 магнит 42 вызывает срабатываниегериона 43, оигнал от которого поступает на интерфейс 13 и схемы 18и 20 управления,Электрический сигнал, поступающий со схемы 29 управления на электромагнитную муфту 26, вызывает срабатывание последйей, вследствие65 чего средство 27 для передачи вра 95590530 При этом средство 27 для передачи вращения присоединяется к электро- приводу 24, держатели 5-8 начинают вращаться против часовой стрелки, включается фрикцион 49, который соединяет подвижное кольцо 22 с рамой 16. Одновременно по сигналу, поданному на итерфейс 13, начинается опрос регистров, на.которые через амплитудные анализаторы 9-12 поступает радиометрическая информация от детекторов 1-4 о третьей группе из п,проекций (п - число детекторов1-4) по угловым направлениям МЗ-МЗ, Ыз-И 3 (Фиг,8)Эта информация вместе с кодовыми сигналами о номере детектора, направлении проецирования и о порядковом номере проекции вводятся в ЭВМ 14. Окончание ввода в ЭВМ 14 данных о третьей группе проекций происходит в момент (фиг,9), когда угол Ч поворота рамы 16 (Фиг.1) достигнет значения.Описанный цикл автоматической рабрты гамма-томографа продолжаетщения отсоединяется от электрипривода 24 и вращение держателей 5-8вокруг своих осей прекращается. Управляющий сигнал, поступающий наинтерфейс 13, отключает таймер имультиплексор, опрос регистров прекращается. Таким образом, к моменту 2 (фиг.8, 9) сбор информации опервой группе проекций заканчивается. В момент 1,1 по команде сосхемы 18 управления подается ток в 10обмотки электромагнитов 50, включается фрикцион 49 (фиг.7, б), которымприсоединяется подвижное кольцо 22к раме 16; одновременно запускается счетчик 25 оборотов вала электропривода 24, который продолжаетработать и вращать раму 16 в томже (первоначальном) направлении. При.этом выступы 45 (фиг.4) металлического диска 44 многократно проходят 20в пазу 48, запускают бесконтактныйпреобразователь 46. Выходные импульсы с преобразователями 46 запоминаются регистром 47. Через промежуток времени д 1 (фиг.9) после запуска счетчика 25 оборотов, когда валэлектропривода 24 совершит п оборотов,соответствующих дополнительному повороту рамы 16 на угол с, определяемый по формуле.2 Би щгде и - количество детекторов 1-4;ш - число необходимых для реконструкции изображения проекций, в регистре 47 будет зафиксировано и 1 импульсов, Выходной сигнал с регистра47 поступает на схемы 18 и 20 управления механизмами 17 и 19 и на интерфейс 13. При этом в момент врежени. С= 11+61 (Фиг.8, 9) управляющие сигналы со схем 18 и 20 (фиг.1)реверсируют электропривод 24, отключают муфту 26, подключая тем самым к электроприводу 24 средство27 для передачи вращения 1 в результате рама 16 начинает вращаться против часовой стрелки, а держатели 58 - по часовой стрелке. Одновременно включаются таймер и мультиплексор интерфейса 13, Детекторы 1-4 начинают 50 перемещаться поступательно и регистрировать излучение по новым угловым направлениям М-М, И.Сигналы от детекторов 1-4 через амплитудные анализаторы 9-12 поступают на регистры интерфейса 13, производится их опрос и ввод в ЭВМ 14 информации о второй группе проекций.б 0В момент времени 4 (фиг.8, 9), когда угол Чр поворота рамы 16 (фиг.1) достигнет значения У срабатывает датчик 21 углового положения рамы 16. При этом диафрагмированный световой поток от источ ника 38 света попадает на фотоприемник 40, сигнал с которого черезусилитель 41 подается на итерфейс 13и на схемы 18 и 20 управления, Приальтернативном Выполнении датчика 21,магнит 42 вызывает срабатываниегеркона 43, сигнал от которого поступает на итерфейс 13 и на схемы18, 20 управления, Команда, поданнаяна интерфейс 13, прекращает опросрегистров и ввод в ЭВМ 14 данных,полученных при снятии второй группыпроекцйй. По командам от схем 18, 20управления производится реверсирование электропривода 24, обесточива"ние муфты 26 и включение счетчика 25оборотов. В результате рама 16 начинает вращаться по часовой стрелке, средство 27 для передачи вращения отсоединяется от электропривода 24, держатели 5-8 прекращаютвращение своих осей, а регистр 47начинает счет числа импульсов,поступающих на него от бесконтактного преобразователя 46. Через интервал времени,д 1 после запуска счетчика 25 оборотов, когда вал электропривода 24 совершит и оборотов, соответствующих дополнительному повороту рамы 16 на угол с (фиг.8),определяемый по формуле2 Уп тфв регистре 47 (фиг.1) будет сосчитано п импульсов. Выходной сигналс регистра 47 поступает на схемы 18и 20 управления и на интерфейс 13.В момент времени С= 1,+д 1 (фиг.9)управляющие сйгналы со схем 18 и20 (фиг1) включают муфту 26 иподключают ток к.обмоткам электромагнитов 50,ся до тех пор, пока полное количество снятых проекций не достигнет требуемого значения щ, после чего процесс исследования пациента заканчивается, Формирование томографического изображения осуществляется на ЭВМ 14 по известным алгоритмам реконструкции.Таким образом, благодаря тому, что в процессе исследования детекторы 1-4 перемещаются по описываемой вокруг пациента окружности, а пространственное направление осей детекторов 1-4 при снятии каждой проекции поддерживается постоянным, детектирование излучения производится из параллельно расположенных цилиндрических участков объекта, . причем изменение расстояния между детекторами 1-4 и исследуемым объектом существенно уменьшается. В результате значительно улучшается ка,чество изображения и увеличивается статистическая. надежность обнаружения патологических очагов, что существенно повышает точность исследо-. вания пациента.Формула изобретенияПоперечный гамма-томограФ, содержащий коллимированные детекторы эмиссионного излучения, соединенныечерез амплитудные анализаторы и интерфейс с электронно-вычислительной машиной, поворотную, раму с установленными на ней держателями детекторов,5 механизм перемещения держателей детекторов со схемой управления, механизм перемещения рамы со схемойуправления и датчик углового положения рамы, о т л и ч а ю щ и й -10 с я тем, что, с целью увеличениянадежности обнаружения патологических очагов путем поддержания минимально возможного расстояния между апертурой каждого детектора и по 15 верхностью тела исследуемого, в немдержатели закреплены на раме на осяхс возможностью их одновременного исинхронного вращения вокруг осей,расположенных перпендикулярно плос 20 кости рамы по окружности равноудаленно друг от друга, а механизмыперемещения рамы и держателей детекторов выполнены в виде планетарногомеханизма.25 источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1, Воюйеу А.К. е 1 аР "А.йаЫо 1 зо 1 оре зсаппег Хог ВесСИ 1 пеаг аге,гапзчегзе зи 1 оп апй ЬопдЫпЫпа 0Яес 11 оп ЗсаппХпд", "ТЬе Вг 111 зп1 оцгпаР ой КаЖоРоду", 1973, т.45,У 544, с,262-271.