Сцинтилляционная гамма-камера

Союз СоветскихСоциалнстическнхРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОВЕЕТЕНИЯ и 671519 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт, свид-ву(22) Заявлено 24,05,76 (21) 23637 81/18-25 1)М, Кл.901 Т 1/2 А 61 В 6/О единением заявки Ж сп Госудврстоонный коСССРоо делам нзобротои открытей(23) Приоритет Опубликовано 05,12,79 Бюллетень Ж 53) УДК 612,014. .482.4(088. 8) Дата опубликования описания 10. 12, 79 А. Н. Варин, С, Д. Калашников, В. Л, Кривошеи 72) Авторы изобретени Всесоюзный научно-исследовательский институт медицинского приборостроения(7) Заявитель НТИЛЛЯЦИДННАЯ ГАММА-КАМЕРА 54 Но в указанной гамма-камере из-эаотсутствия в гамма-камере аналоговоговычислительного устройства координатныесигналы зависят от случайных флуктуаций т 0энергетического сигнала, изменение интенсивности сцентилпяций приводит к пропорциональному изменению координатногосигнала, что в свою очередь ухудшаетпространственное разрешение, уменьшает 15точность выявления патологических очагов, снижает достоверность и точностьполучаемой информации; из-эа отсутствияв гамма-камере пороговых устройств сигналы фотоумножителей, наиболее удаленных от точек возникновения сцинтилляций,целиком определяются многократно рассе"янной в кристалле и в световоде компонентой свечения кристалла и не несут Изобретение относится к медицинскойтехнике, а именно к сцинтилляционнымгамма-камерам и может найти применение,в лечебных, профилактических и научно-исследовательских учреждениях длядиагностики и исследования внутреннихорганов и систем человека с помощьюрадиоактивных изотопов,Известна сцинтилляциоииая гамма-камера 11, состоящая из коллиматора,сцинтилляционного кристалла, набора фотоэлектронных умножителей, оптически сопряженных через плоский световод иэ прозрачного материала со сцинтилляпионнымкристаллом, линейных . предусилителей,цепей формирования координатных и энергетического сигналов, амплитудного анализатора энергетического сигнала, вьтделякяцего импульсы, соответствующие области фотопика спектра излучения используемого радиоактивного изотопа, линейных пропускателей координатных сигналов,срабатывающих по команде амплитудногоанализатора, и визуалиэирующего устройства, связанного с линейным пропускателем и амплитудным аналттзатором так, чтокаждой сцинтилляции, зарегистрированнойв кристалле, соогветствует вспышкана экране визуализируюшего устройства.3 671519 4информации о координатах точки взаимо- тора - с управляющим входом пороговыхдействия 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-схемаса, следовательно, фотоумножители, наибо-гамма-камеры,лее удаленные от места возникновения Гамма-камера состоит из коллиматорасцинтилип 1 ии, 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 сцин- амплитудного анализатора 9, линейныхтилляционная гамма-камера 2, содер- пропускателей 10, аналогового вычислижащая коллиматор, сцинтилляционный 15 тельного устройства 11, визуализирующекристалл, световод, фотоумйожители, пред- го устройства 12, Пороговые устройстваусилители, пороговые устройства, сумма выполнены с переменным порогом, проторй координатных и энергетического порциональным мгновенным значениям имсигналов, амплитудный анализатор, линей- пульсов сумматора 7 энергетического сигные пропускатели, аналоговое вычислительнала, и Подсоединень 1 к выходу последненое и визуализирующее устройства, в ко- го параллельно амплитудному анализаторуторой 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,нения энергетической зависимости коор- Гамма-камера работает следующим одинатных 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 1сцинтилляции в кристалле соответствует З 0 гамма-камеры, Гамма-кванты проходят чевспышка на экране визуализирующего уст- рез отверстия коллиматора 1, попадают вройс тва. сцинтилляционный кристалл 2, взаимодейНо в данной гамма-камере выполнение ствуют с последним и образуют световыепороговых устройств с постоянным значе- вспышки которые освещают,фотЭ ры вещают, уотокатодынием порогов предопределяет энергетиче- М фотоэлектронных умножителей 4, оптическую зависимость координатных сигналов ски связанных с кристаллом 2 черези вносит дополнительную неоднородность световод 3. Фотоумножители 4 преобрахарактеристик по площади кристалла, что зуют световую энергию вспышек в электограничивает пространственное разрешение рические импульсы, амплитуда которыхгамма-камеры и точность выявления натозависит от расстояния между каждым фологических очагов; последовательное тоумножителем 4 и местом возникновениявключение пороговых устройств и ампли- сцинтилляции и от энергии гамма-квантаУтудного анализатора приводит к ухудше- вызвавшего эту сцинтилпяцию. Импульсы:нию энергетического разрешения гамма- фотоумножителей 4, линейно усиленнЫекамеры, так как это эквивалентно непол предусилителяпредусилителями 5, поступают на порогоному сбору света от сцинтилляции,вые устро ства . роме того, сигналы сЦель настоящего изобретения - устра- предусилнтелей 5, минуя пороговые устнение указанных недостатков, повышение ройства 6, поступают на сумматор 7 энерточности выявления патологических очаговгетического сигнала, С выхода суммнто; путем улучшения пространственного и ра 7 энергетичэнергетического сигнала импульсыэ ергетического разрешения, уменьшения пропорциональные энергии каждой сцинтилна энергетичнеоднородности характеристик по площади ляции, поступают на пороговые устройсткристалла гамма-камеры, ва 6 и мгновенно устанавливают величиПоставленная цель достигается тем, ну порога пропорционально собственной55что пороговые устройства выполнены с амплитуде. Одновременно величина поступеременными порогами, входы сумматора пающих на пороговые устройства 6 снгна энергетического сигнала соединены с выходами предусилителей, а выходы суммалов с предусилителей 5 уменьшается навеличину порога. Амплитудный анализатор59, 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 О ли 10 срабатывают по команде амплитудного анализатора 9 и пропускают импуль сы от сумматоров 8 координатных сигналов для дальнейшей обработки на аналоговое вычислительное устройство 1 1, Аналоговое вычислительное устройство 11 осу-. ществляет деление каждого координатного сигнала на суммарную величину атих сигналов, чтобы исключить энергетическую зависимость. Координатные сигналы с аналоговог 6 вычислительного устройства 11 подаются на виэуализируюшее устройство 12, на экране которого высвечиваются вспышки с координатами, пропорциональными атим сигналам. Регистрация резуль татов исследования производится фотографированием световых вспышек с экрана визуализируюшего 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) сум,матора 7, а его входные цепи подилю чены между предусипителями 5 и их пороговыми устройствами 6; повышается точность выявления патологических очагов путем улучшения пространственного и анергетического разрешения; уменьшения не однородности характеристик по площадикристалла 2.Улучшение собственного пространственного разрешения гамма-камеры" по "сравнению с прототипом,происходит эа 45счет уменьшенйя дисперсии координатного сигнала. Координатный сигнал на выходе аналогового вычислительного устройства описывается выражением 671519 с (4 где бб .- соответственно диспер 2 тсии первого и второгослагаемых в выражении (3) Р- коэффициент корреляциимежду ними.Согласно предлагаемому изобретению пороговые значения пропорциональны мгновенному значению анергетического сигнала. Я"- ЯО , где Я - коэффициент пропорциоиальности,И этом случае выражение 3) преобразуется к следующему виду1 ккО = ЕК А -эСЪ.,хгде второе слагаемое фактическиуже неявляется случайным и дисперсия координатного сигнала равна дисперсии первогослагаемого 50 Х 1(5)Из сравнения (5) и (4) следует, чтоописываемое техническое решение уменьшает дисперсию координатного сигнала, а, следовательно, н собственное пространсгвенное разрешение цо сравнению с прототипом.В соответствии с расчетами, собственное пространственное разрешение гаммац: ыРМ сХ где. - коэффициенты оспабления сигналов резисторной матрицей;1 - полное число фотоумножителей;О, - мгновенное значение энерге. тического сигнала;д- мгновенное значение сигналапосле порогового устройства, связанного с 1. -мфотоумножитепем;А; -Я если А 3 (2)О если АЙА - мгновенное значение сигналана входе 1 -го пороговогоустройства;пороговое значение., С учетом (2) выражение (1) можно представить в виде 4 к, % кО= - я КА"- - ак,, 3 (3) где суммирование производится только потем фотоумножителям, сигналы которыхпосле усиления превосходят пороговоезначение. Поскольку мтновейное значениеанергетичесого сигнала О и сигнала навходе-го порогового, устройстваявляются случайными, дисперсия координатного . сигнала равна7 671519 8камеры с 19-ю фотоумножителями типа с переключателем энергии изотопа, поФЭУулучшается на 1 мм (с 9 до скольку указанная перестройка при изме 8 мм), Это означает, что размер распо- ненни изотопа осушествлжтся автоматиложенного на глубине 10 мм минималь чески,ного очага, который может быть обнару Таким образом, описанное изобретениежен и локализнрован с помощью гамма- позволяет обнаруживать и локалнзироватькамеры уменьшится с 5 до 4 мм при ио- более мелкие патологические очаги рРРпользовании изотопа Тс 140 кэВ). подложенные на различной глубине в оргаЭнергетическое разрешение гамма-ка- низме пациента, и уменьшает максируюмеры улучшается по сравнению с прототи О щее действие. неоднородности изображения,пом благодаря тому, что суммированиечто делает возможной более раннюю диаг энергетического сигнала осуществляется ностику, а следовательно, увеличиваетпомимо пороговых устройств. При этом эффективность лечения онкологических исреднее значение энергетического сигна- сердечно-сосудистых заболеваний насела увеличивается, а его относительная 15 ления.флуктуация уменьшается. Фасчеты н измерения показывают, что энергетическоеразрешение улучшается с 21 до 15% при Ф о р м у л а и з о б р е т е н и яиспользовании изотопа Тси среднемзначении порога, равном 10% максималь 20 Сцинтилляцнонная гамма-камера, соного сигналаого сигнала. держащая коллиматор, сцинтилляционныйУказанное сужение спектра энергети- кристалл со световодом, фотоумножители,ческого сигнала уменьшает смещение фо- предусилители, пороговые устройства,тоника спектра за пределы окна ампли- сумматоры координатных и энергетическот нуд ого, анализатора, что означает умень- го сигналов, амплитудный анализатор, ли5шение неоднородности изображения по пло- нейные пропускатели, аналоговое вычислищади кристалла с 10 до 8% при ширине тельное и визуализнрующее устройства,окна 20% и с 15 до 10% при ширине ок- о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с цена 5%.30лью повышения точности выявления патоЗа счет сужения спектра энергетиче- логических очагов путем улучшения проского сигнала при неизменной ширине ок- странственного и энергетического разрена амплитудного. анализатора повышается щения, уменьшения неоднородности харакэффективность селекции гамма-квантов по теристик по плошади кристалла, пороговыеэнергии; что уменьшает фон излучения, устройства выполнены с переменными порассеянного в теле пациента, и повышает З 5 рогами, входы сумматора энергетическогоконтраст изображения очага. В результа- сигнала соединены с выходами предусилитЕ, по дайным фантомно исйытаний, диа- телей, а выходы сумматора соединены сметр минимально-различимого очага, за- управляющим входом пороговых устройствлегающего на глубине 50 мм, уменьша- и амплитудным анализатором,ется для указанного изотопа при окне ам-Источникинфсточники информации,плитудного анализатора 20% с 12-13 мм принятые во нпринятые во внимание при экспертизе1. Патент США % 3, 01 1, 057,Техническая реализация изобретения кл. Ь 01 Т 1/20, опублдк, 1972.исключает необходимость в блоке пере, Патент США Ио 3,732,41945Ф Устройки пороговых устройств, связанном кл, 71.5, опублик. 1976,67 1519 Составитель Д. СмирТехред Н, Еабурка Редакт Зеленцо Тираж 6 омитета С и открыт осударственного к делам изобретений осква, Ж, РаушПатент", г; Уж ая наб д. 4/5 тдиал П о айвз 7661ЦНИИ ПИ по 113035, М с еа