Гамма-камера с коррекцией неоднородности изображения

 

Изобретение относится к медицинской те.хнике. Цель изобретения - повышение чувствительности. Гам.ма-камера состоит из блока 1 детектирования, блока 2 формирования , устройства 3 выборки и хранения и визуализируюнлего устройства 4. Гамма-каме ра содержит также аналого-цифровой преобразователь 5, блок 6 памяти, арифметическое ycTpoiicTBo 7, блок 8 памяти, 1пину 7 управления, устройство 9 управления окном и управляемый амплитудный селектор 10. Блок 1 детектирования состоит из последовательно установленных коллиматора, сцинтилляциопного кристалла, фотоумножите,тей, предусилителей, блока формирования позициопных сигналов и блока формирования энергетического сигнала. Увеличивая количество различных положений окна селектора , можно добиться более полной неоднородности гамма-ка.меры. 6 ил. со о ел О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1340750 (д4 А61 В600

КЕГОн)35

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° А ЫТВ

ТЕ%4akf: виима

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3832822/28-14 (22) 28.! 2.84 (46) 30.09.87. Бюл. № 36 (7l ) Всесоюзный научно-исследовательский институт медицинского приборостроения и Специальное конструкторское бюро диагностической аппаратуры (72) В. Л. Вахатов, С. Д. Калашников, А. Е. Марковский и С. В. Мищенко (53) 615.475 (088.8) (56) Патент США № 4151416, кл. 250--363, 1979. (54) ГАММА- КАМЕ PA С КОРРЕКЦИЕЙ

НЕОД НОРО,Ч НОСТИ ИВОБ РАЖЕ НИ Я (57) Изобретение относится к медицинской технике. 1(ель изобретения — новы ш ение чувствительности. Гамма-камера состоит из блока 1 детектирования, блока 2 формирования, устройства 3 выборки и храпения и визуализирующего устройства 4. Гамма-каме ра содержит также àíàlого-цифровой преооразователь 5, блок 6 памяти, арифметическое устройство 7, б, ок 8 памяти, шину 7 управления, устройство 9 управления окном и управляемый амплитудный селектор 10.

Блок 1 детектирования состоит из последовательно установленных коллиматора, спинтилляционного кристалла. фотоумножителей, предусилителей, блока формирования позиционных сигналов и блока формирования энергетического сигнала. Увеличивая количество различных положений окна селектора, можно добиться более полной неоднородности гамма-камеры. 6 ил.

1340750

Изобретение относится к медицинской технике.

Цель изобретения повышение чувствительности за счет выравнивания чувствительности блока детектирования по некоторому среднему значению.

На фиг. 1 изображена блок-схема гаммакамеры; на фиг. 2 блок-схема детектирования; на фиг. 3 — блок-схема аналогоцифрового преобразователя; на фиг. 4

61<)a-схема арифметического устройства; на фиг. 5 блок-схема управляемого амплитудного селектора: на фиг. 6 — положение спектра Z-сигнала относительно различных положеHHH окна управляемого амплитудногo селектора.

Г<)мл(а-камера состоит из последовательш> соединенных 6лока детектирования (Ь l ), блока 2 формирования (БФ 2), устройства 3 выборки и хранения (УВХ 3) и визуализирующего усройства 4 (BY). Гамма-камера содержит также аналого-цифровой преобразователь 5 (АЦГ1), входами подключснный между выходами БФ 2 и входал(и УВХ 3, а стробирую(цим выходом — к управлякнцему входу УВХ 3, первый блок 6 памяти (ЬП 6), адресными входами подключенный к <3ыходал< АЦП 5, арифметическо(. лс ) р() й(тво 7 (АУ ), с I)HA

БД состоит из последовательно установленных коллиматора 11, сцинтилляционного кристалла 12, фотоумножителей 13, предусилителей 14 и блока 15 формирования позиционны сигнаloB, а также блока 16 формирования энергетическогo сигнала, входами вклк>ченного между выходами предусилителей !4 и входами блока 15 формирования позиционных сигналов. УВХ 3 может

6ыть выполнено. например, с помощью двух запоминаюцсих конденсаторов и электронного ключа, вход которого подключен к стробирующему выходу АЦГ! 5.

В качестве визуализирующего устройства 4 может быть использован осцилlо Kol1H I< ñêHé или цифровой дисплей.

АЦП 5 представляет собой сдвоенный

8-разрядный АЦП 17 с временем преобразования не более 5 мкс, выполненный на регистрах 155ИР17 и LIAI45941 IAL последовательного приближения, соединенный с ши5

2 ной адресов через буфер 18. выполненный на микросхемах К589ИР12. В схему АЦП 5 входит также одновибратор 19 (ОВ), выполненный на микросхеме 155АГЗ, выход которого связан с управляющими входами буфера 18, а вход сброса ОВ19 и вторые управляющие входы буфера 18 соединены с шиной управления АУ 7.

L)I1 6 представляет собой блок цифровой динамической памяти, состоящий из матрицы

128)с, 128 8-разрядных слов, выполненный на микросхемах 565 РУЗ, инкрементного регистра, выполненного на двоичных счетчи ках 155ИЕ7. Схема регенерации памяти выполнена на счетчиках 155ИЕ7 и генераторе им пул ьсов.

Арифметическое устройство 7 представляет со6>ой микропроцессорный л<одуль на ба le процессора КР 580ИК80А и состоит из процессора 20 (МП), формирователя 21 ц(ин (ФШ), который выполнен с использованием микросхемы К589ИР12 и предназначен для электрического и логического разделения процессора 20 и системных шин. тактового генератора 22 (например, микросхема

К Р580ГФ24 ), постоянного запоминающего

) стро))ства 23 (ПЗУ), выполненного на микросхеме К573РФ5 и оперативного запомипающег(> усгройства 24 (ОЗУ), которое выполнено на микросхемах К537РУ2. В ГIЗУ23 содержится программа управления работой гамма-камеры и обработки данных, а также все необходимыс для этого константы.

ЬП 8 представляет собой блок цифровой памяти 64)(,64 8-разрядных слов, вьшоненный. например, на микросхемах К537РУ2 с энергонезависимым питанием. Б11 8 cocT()ит из матрицы памяти, шина адресов и шина данных которой подключены к си T< .иным шинам адресов и данных. Вхот «Запись»

tIo.1ключен к шине управления АУ 7, а вход «Считыг)ание» через схему И. IИ подк.tto«< tt к стробпрхкз(цсх)х выхо (л ALL!I;) и пи

Нс управления АУ 7. Такое подклн)чсHII< обеспечивает возможность считывания данных из ячеек матрицы ЬП2 8 как по команде АУ 7, переданной Ilo шине управления, так и в режиме прямого доступа, при приходе стробирующе(о сигнала АЦП 5.

УУО 9 представляет собой 8-разрядный цифроаналоговый преобразовате,th, t)t>ltt(i. пенный на ЦАП594ПА1, входы которого через буферный регистр, выполненный па микросхеме 155ТМ8, подключены к шин< данных, а выход через согласующий усилитель подключен к входу управления УАС

10.

УАС 10 представляет собой одноканальный анализатор импульсов. положение (»!)ta которого меняется в зависимости от величины сигнала, поступаю)цего на его управляющий вход. УАС 10 состоит из фогмирователей 25 и 26 верхнего и нижнего уровней (ФВУ и ФНУ), выполненных на операционных усилителях 544УД2Б, компараторов 27 и 28 верхнего и нижн I o уров)340750

50

55 ней, выполненных на операционных усилителях 554СА2, схемы 29 антисовпадений, которая выполнена на одновибраторах

155АГЗ и вентилях 155ЛАЗ. На входе спектра УАС 10 стоит устрс.йство 30 выбс>рки и xp;Iнения (УВХ 30), аналогичное УВХЗ. Потенциометр 31, включенный между входами

ФВУ 25 и ФНУ 26, дает возможность изменять ширину окна УАС 10.

Гамма-камера имеет два режима работы: «Калибровка» и «Коррекция». После переключения прибора в режим «Калибровка» происходит запуск программы, содержащейся в ПЗУ 23 арифметического устройства 7, в соответствии с которой процесс калибровки гамма-камеры осуществляется автоматически. Ниже приводится последовательность операций, осуществляемых в процессе калибровки.

1. Установка начального кода окна

УАС 10.

Код начального положения окна УАС 10, соответствующий середине фотопика спектра

Z-сигнала, считывается из ПЗУ 23 и запоминается в буферных регистрах УУО 9, а также записывается в ОЗУ 24. При этом по команде, переданной от AY 7 по шине управления, АЦП 5 отключается от шины адресов. По окончании установки начально(о кода окна УАС 10 АЦП 5 переводится в piIбочее состояние.

2. Накопление массива данных в БП 6 за время t.

При выполнении этой операции состояние регистров шины управления не изменяется в течение времени t. Гамма-квант из плоского однородного источника гаммаизлучения, являющегося эталоном для калибровки, проходя через отверстия коллиматора 11, попадает в сцинтилляционный кристалл 12. При взаимодействии гаммакванта с cöèíтилляционным кристаллом 12 возникает световой поток от сцинтилляции, который воспринимается фотокатодами

ФЭУ 13, на анодах которых возникают электрические импульсы. Амплитуда этих импульсов зависит от энергии сцинтилляции, а также от расстояния от места сцинтилляции до данного фотокатода. Импульс ы сигналов ФЭУ !3 усиливаются предусилителями 14 и поступают на входы формирователя 15 позиционных сигналов и формирователя 16 энергетического сигнала. В результате на выходах Б3, 1 формируются четыре позиционных сигнала: +Х, — Х, +У, — У, которые пропорциональны соответствую гцим декартовым координатам точки сциптилляции в сцинтилляционном кристалле 12, и энергетический Z-сигнал, пропорциональный энергии сцинтилляции. Эти сигналы поступак)т на входы БФ 2, где осуществляется предварительная амплитудная селекция Z-сигнала. Если амплитуда Z-сигнала nonaдает в окно амплитудного селектора БФ 2, то в БФ 2 осущсствляется формирование координатных сигналов Х и У

1О

40 путем аналогового деления каждого из II()зиционных сигналов на 7.-сигнал и no»i(рного вычитания одноимс нных снгniI.IOB. В результате на двух выходах БФ 2 формируются два координатных сигнала Х и У в виде прямоугольных импульсов, длительн(гсть коTopI>lx достаточна для нормальной работы

AH)1 5, а на третий выход БФ 2 l-сигнал

npoxoäèT без изменения. Если ампЛитуда

Z-сигнала не попадает в окно амплитудного селектора БФ 2, lo на всех выходах

БФ 2 сохраняются близкие к нулю потенциалы.

Координатные сигналы Х и У поступают затем на входы АЦП 5 и после преобразования в цифровой код попадают íà шину адресов. Z-сигнал с выхода БФ 2 поступает

На вход спектра УАС 10, амплитудное окно которого находится в начальном положении.

Если амплитуда Z-сигнала nonaдает в окно

УАС 10, то на выходе последнего формируется ст)зобирую(ций сигнал, поступающий на вход «Запись» БП 6. Поскольку на шине адресов сохраняются значения пришедших координатных сигналов Х и У, то содержимое ячейки БП 6 по адресу Х, У увеличивается на единицу. Если же амплитуда

I-сигнала не попадает в окно УАС 10, то сигнал записи на выходе УАС )0 не вырабатывается и содержимое ячейки БП 6 не изменяется. При nonaдании в сцинтилляционный кристалл следуionlcl гамма-кванта процесс повторяется. В результате и p(з время t в ячейках БП 6 содержится IIII()I((рмация о распределении чувствительности по полю Бд 1 при заданном положении окна УАС 10. ,3. Определение среднего числа отсчетов в ячеках БП 6.

По команде АУ 7, переданной по шине управления, АЦП 5, отключается от шины адресов и блокируется сигнал «Запись» в

БП 6. АУ 7 анализирует содержимое ячеек

БП 6 и находит минимальное значение.

Определение среднего значения затем осхществляется по формуле и (пчннс+пчнн) /2, (1 ) где и -- среднее значение числа отсчетов в ячейке; п., - — минимальное значение числа отсчетов в ячейке; п.,н; — максимальное значение числа отсчетов в ячеике.

4. Определение верхнего и нижнего допустимых значений числа отсчетов в ячейках БП 6: пн — — и (1 — k); п.=й(1+k), (2) где n — нижнее допустимое значение числа отсчетов; п. — верхнее допустимое значение числа отсчетов;

k — относительное допустимое отклонение от среднего числа отсчетов.

Значение k хранится в ПЗУ 23. Значения п и и. записываются в ОЗУ 24.

1340750

5. Определение адресов ячеек БП 6, содержимое которых попадает в допустимый интервал.

Из ОЗУ 24 считываются значения н и п. и анализируется содержимое ячеек БП 6. По адресам тех ячеек БП 6, содержимое которых уловлетворяет условию п.(n (и., в ячейки БП 8 записывается код установленного положения окна УАС 10. хранящийся в ОЗУ 24.

После этого из ПЗУ считывается код следующего положения окна УАС 10 и процесс повт<)ряется, кроме Illl. 3 и 4, лля каждого положения окна YA(: 10.

После завершения калибровки для каждой области рабочего поля БД 1 в соответствук>щей ячейке БП 8 записывается код пог>ожсния окна УАС 10, при котором счет и данной области поля ЬД 1 лежит в допусгичых пределах.

Д.чя работы в режиме «Коррекция» Ы! 8 по команде АУ 7, переданной по шине vllравления, переводится в режим прямого доступа, а АЦП 5 переводится в рабочее гл>стояние. Режим «Коррекция» является основным режимом работы гамма-камсры. Перел вхолныч окном Ь. 1 1 яомс п(()к)т II

Гамма-кванты, образующиеся при распаде ядер этого нуклида, Ilpoxo,(H через отверстия коллиматора 11, попадак>т B сцинтилляционный кристалл 12. При взаимодействии кажIolo гаммы-кванта с веществом I(HHTH.I;Iÿционного кристалла !2 возникает сцинтилляция, энергия Е<оТороН преобразуется затем и Ь (1 1 и ЬФ 2, в результате чего на выхо Idx ЬФ 2 возникают координатные сигElEII>l(декартовым коорлннатам сцинтилляции и сцннтилляционном крнстылле 12, и l-сигнал, пропорциональный энерl ии сциHTилляции.

К<)ор;(инытные сигналы Х и У поступают на вхс>лы яналс>го-цифрового преобра3<>BdTcля 5). После их преобразования в

Al !П 17 l3 цифровой код с управляющего в(<ход<(А1!П 17 поступа T запускаю(ций сигн;(л ны вход запуска ОВ 19, кот<>рый вырыбытывыет строб постоянной ллительностн, посту»ающий ны ((хо((управления буферы 18, в р«зультатс чего в регистрах буферы 18 фиксируются цифровые коды координатных сигналов. Кроме того, стробирующий сигнал с выходя ОВ 19 поступает ны управляющий вход УВХ 3, благодаря чему в ечкостной памяти УВХ 3 започинаютсH значения

ы vill IEITóä к<)орлинатных снгня i<)B Х и У на время, рав(ц>е длительности Hx(lty.чьса ОВ 19.

ll, наконец, стробирующий сигнал с выхода

АЦП о IIO(T>> IEB(.T tl(l BXO3, «(» IE3TI>IB(IEIH(.>>

Ы 1 8. Поскольку на шине адресов сохраняюгся значения координатных сигналов Х и У, то счит(»ванне происходит из ячейки БП 8 с адресом Х и У. Считанный таким образом кол положения окна УА(. !() поступает по

IllHllB l(lliilhlx на вход УУО 9, где преo6!)BФормули изобретения

5

40 зуется в аналоговую форму и поступает затем на управляющий вход УАС 10, устанавливая его окно в положение, соответствующее считанному из БП 8 коду. Одновременно на вход спектра УАС 10 приходит аналоговый Z-сигнал, прошедший предварительную амплитудную селекцию в БФ 2.

Если амплитуда Z-сигнала попадает в окно

УАС 10, то на выходе последнего формируется сигнал засветки для BY 4. Одновременно с этим на координатные входы BY 4 поступает с выходов УВХ 3 координатные сигналы Х и У. В результате на экране BY 4 отображается местоположение сцинтилляции в виде вспышки. Если амплитуда Z-сигнала не попадает в окно УАС 10, то сигнал засветки на ВУ 4 не поступает и вспышка на экране не появляется. В момент прерывания импульса засветки BY 4 прерывается также стробирующий импульс ОВ 19, в результате чего буфер 18 подключается к АЦП 1?, ы в емкостной памяти УВХ 3 стираются значения коор,HHdTHblx X и Ъ . В результате система возвращается в исходное состояние и готовя для обработки следующей пары координатных сигналов.

Таким образом, на экране BY 4 отображается плоская проекция распределения радиоактивного нуклида в органах пациента.

;>то изображение может быть зафиксировано с помощьк) фоторегистрации или в памятти 3ВМ.

Чувствительность гамма-камеры, которая определяется как число отсчетов B единицу времени, отнесенное к единице активности излучателя в каждом положении окна

УАС 10, прямо пропорциональна площади под кривой распределения спектра 7.-сигнала ограниченной верхней и нижней границами окна УАС 10. Как виztlo из фи(. 6, меняя положение окна УАС 10, можно варьировать чувствительность гамма-камеры <>т максимального (в положении 1) чо минимального (в положении 2) значения. Увеличивая количество различных положений окны УАС 10, можно добиться более полной нс однородности г<3л(ча-кымс ры, Гамма-камера с коррекцией неоднородности изображения, содержащая последовательно установленные блок детектирования, блок формирования координатных сигналов, усроиство выборки и хранения и визуализирую<цсе устройство, а также аналогоцифровой преобразователь (АЦП), входами подключенный между выходами блока формирования координатных сигналов и входами устройства выборки и хранения, а стробирующим выходом к управляющему

Bxo,(у устройства выс)орки и хзрынения, блок памяти, адресными входами подключенный к выходам АЦП, и арифметическое устройство, связанное по шине адресов с алрес134г>7< >(0 ными входами б loKB памяти, по н(и не уllравления с входом «С IHòûâBíBB» блока памяти и вх(>дом управления ЛШ1, и 1н> шине дd Í и hl х — с В хо!(а М !1 .<;I fl I I hl х 6. I < > K 1 ) I t il и я 1 il, от.тичающияся тем, что, с целью повын(ения чувствите.(ьности, (>на снабжена вгорым блоком памяти, адресныс входы которого подключены к шине адресов, входы данных к шине данных, вход «Считывание» вЂ” к Tp()бируюгцему выходу АЦ11, а вход «Запись»! о т к, К ) и (l l K I I I И н (< t f j) B B! <. f l l1 B i) f >! h (> х в, I! (< ког<) хсгроистн;1, б,((>к )и i нр;)B.!(>< i <>I. I<)(!

Е)ХО! Ы h()1<)P()f () НО tK, I K) I(llhl 1, !! I lilt< 1;)1<

flhl. и l нрав,1я(. мы м;) х! н, (итх, tlt të" ((. i< l< I () ром, вход управления кот(>рого II(>.th.lf<) Iñl к выходу бл(>ка управления <>кн<>м, нх >,l II(к( ра к Hhfx() t 1-сигнала блок; ),Л>орчнр >в,) ния координатных си!ч(;! I()B, 1 н>кх<

В х < ) I <, . S it f f I I (. f » I f (. P B () f (), l (> K i ) l I i и > i ! l I - н ; «, t< виях ii. 1 и.(II () < K) ftt(. го х T1)(>II(1 н;1.

l340750

Чисп о

omcvemod (оставитедь Н. Галах<ага

Редактор:l. П он ха н Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Заказ 4371> 8 Тираж 594 Подписное

ВНИИГ1И Госх дарственного кояитс<а (:(.(.Р и<> дслач изобретений и открытий

11:3(),35, Москва, Ж 55, 1 a>, инская наб, д. 4, 5

Производствснно-иолигр<>фичсское II(><. ((ïð><> Проектная, 4