Камера для позитронной томографии
Изобретение относится к послойному рентгенографическому исследованию. Цель изобретения - повышение разрешающей способности. Камера 1 для позитронной томографии содержит кольца 3 датчиков, расположенные рядом друг с другом и состоящие из сцинтилляционных кристаллов /СК/ 28-32 и фотоумножителей /ФЭУ/ 25-27, причем каждый ФЭУ связан более чем с одним СК при этом СК, расположенные на одной половине каждого ФЭУ, смещены относительно СК, расположенных на другой половине этого ФЭУ. Кроме того, СК одного кольца датчиков снабжены тремя кольцевыми перегородками, обращенными внутрь кольца, причем две кольцевые перегородки расположены по боковым сторонам кольца датчиков, третья - между ними. 6 з.п. ф-лы, 15 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)4 A 61 В 6/03
E :к за.м
1 1",Г:.
1 с
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н llATEHTY
31 2В
27
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 3798783/28-14 (22) 09.10.84 (3I) 06/613699 (321 .24.05.84 (33) US (46) 15,06.89. Бюл, ¹ 22 (.71) Клэйтон Фаундейшн Фор Рисерч (US) (72) Низар Абдул Муллани (US) (53) 615,475(088.8) (56) Mullani N., Mong M °, Hartz R,, Philippe Е., Yerian К, Sensitivity
Improvement of Tofpet Ъу the Utilization of the Interslice coincigences — IEEE Transactions on Nuclear
Science, 1982, ч. NS-29, № 1, р.479483.
v54) P gJIH IIO3>1TPOHBOA ТОМОГРАФИИ (57) Изобретение относится к послой„.SU„„1487800 А 3
2 ному рентгенографическому исследованию, Цель изобретения — повышение разразрешающей способности. Камера для позитронной томографии содержит кольца датчиков, расположенные рядом друг с другом и состоящие из сцинтилляционных кристаллов (СК) 28-32 и фотоумножителей (ФЭУ) 25-27, причем каждый ФЭУ связан более чем с одним
СК. При этом СК, расположенные на одной половине каждого ФЭУ, смещены относительно СК, расположенных на другой половине этого ФЭУ. Кроме того, СК одного кольца датчиков снабI жены тремя кольцевыми перегородками, обращенными внутрь кольца, причем две кольцевые перегородки расположены по боковым сторонам кольца датчиков, третья — между ними. 6 з.п. ф-лы, 15 ил.
1487800
Изобретение относится к послойному рентгенографическому исследованию, а именно к камере для томографии с использованием позитронного излучения или просто камеры для позитронной томографии, используемой при оценке биохимического поведения жи.вого организма.
Цель. изобретения — повышение раз- 10 решающей способности.
На фиг.1 изображена камера для позитронной томографии, вид в аксонометрии; на фиг,2 схематично показано ,размещение кольца датчиков и перегородок, поперечный разрез; на фиг.3 разрез А-А на фиг.2 (размещение перегородки относительно датчиков в известном устройстве); на фиг.4 — дополнительная перегородка согласно настоящему изобретению, поперечный разрез; на фиг,.5 — плоскостные слои и межплоскостные слои в известной нозитронной камере, поперечный разрез; на фиг,6 — разрез Б-Б на фиг,5; на фиг,7 — предлагаемая камера с увеличенным количеством воспроизводимых плоскостных и межплоскостных слоев, поперечный разрез; на фиг.8 — разрез
В-В на фиг,7; на фиг,9 — схема получения изображения с помощью предлагаемой камеры; на фиг.10 — разрез
à — Г на фиг.9; на фиг,11 — схематичный вид отклика, полученного в известной позитронной камере, разрез; на фиг,12 — схематичный вид увеличенного отклика, получаемого с использованием предлагаемой камеры, поперечный разрез; на фиг.13 — вид, 40 аналогичный виду по фиг,10, для другого расположения датчиков, увеличенный разрез; на фиг,14 — вид, аналогичный виду по фиг.10, размещения датчиков, поперечный разрез (увеличено); на фиг.l5 — другой вариант расположения датчиков, поперечный разрез (увеличено).
Позицией 1 на фиг.l обозначена камера для позитронной томографии, имеющая опору или подставку 2, множество колец 3 датчиков, причем в, данном варианте показано три кольца, расположенных рядом одно с другим вокруг окна 4 для пациента и охватывающих пространство для обнаружения и55
3 излучения пациента. Пространство пациента может включать в себя стол 5 для размещения пацHeнта. Окно 4 Мо жет быль наклонено для сканирования пациента или органа с нескольких различных позиции. Родставка создает колебательные движения, расширяя диапазон сканирования, Например, установка ТОФПИТ, сконструированная в
Научно-исследовательском центре здравохранения Университета в Техасе, включает в себя пять колец 3 датчиков, каждое из которых имеет 144 датчика для одновременного воспроизведения девяти слоев по всему организму человека с целью обнаружения излучения, например Рубидия-82, который был введен в организм.
Известная позитронная камера (фиг.2) имеет окно 4 для размещения сканируемого пациента, датчики 6 для каждого кольца 3, которые установлены вокруг окна 4 на внутренней окружности 7 для обнаружения излучения из окна 4. От окружности 7 датчиков в направлении наружной окружности 8 пациента выступают первая 9 и вторая IO перегородки. Перегородки 9 и
10 проходят внутрь от внутренней окружности 7 колец 3 датчиков и используются для снижения нежелательных сигналов, например случайных и рассеянных, которые оказывают вредное воздействие на собираемые pàííûå.
Таким образом, перегородки, установ-. ленные в камерах позитронной томографии, действуют в качестве "бленд" для множества датчиков 6. Перегородки обычно выполняются из свинца или вольфрама и проходят от датчиков 6 в сторону пациента, Эффективность перегородки характеризуется ее длиной L, толщиной и расстоянием S между перегородками. СоотS ношение --- определяет телесный угол
1 или раскрыв, датчиков 6 и количество рассеянного и случайного излуче- . ний, достигающих датчиков 6.
Одним из основных слагаемых стоимости камеры позитронной томографии является количество датчиков 6, которые должны располагаться вокруг внутренней окружности 7 и покрывать ее для восприятия излучения, распространяющегося во всех направлениях по окружности. Диаметр I) внутренней окружности 7 определяет< я диаметром d окна 4 пациента, длиной 1. перегородки, поэтому диаметр 0=с1+21., l487800
Количество датчиков k н кольце 3 определяется по формуле !! 1)
Б 5
Уменьшив D можно уменьшить количество датчиков б, т.е, снизить стоимость камеры. Для некоторых случаев окно 4 пациента может быть уменьшено (например, когда камера 1 должна быть 1О использована для получения иэображения только мозга, а не всего организма,1.
Один из отличительных признаков настоящего изобретения заключается в наличии дополнительной перегородки
11, которая (как лучше всего видно на фиг.4) помещена между перегородками 12 и 13, что позволяет уменьшить суммарную длину всех перегоро?. док приблизительно до †вЂ, Рассеян2 ные или случайные сигналы все еще сохраняются приблизительно на тех же уровнях, что и в ранее известной конструкции (фиг.3),,но чувствительность датчиков 6 несколько повышается, поскольку наружная окружность 7 несколько уменьшена, позволяя располагать датчики 6 ближе к воспроизводимому объекту. Например для камеры, рассчитанной на исследование всего организма, диаметр D внутренней окружности 7 кольца 3 может быть уменьшен с 100 до 80 см для 207.-ного умень-35 шения количества датчиков. Это может дать экономию приблизительно 20Х от стоимости датчиков.
На фиг.2 и 4 изображен известный датчик 6, состоящий из фотоумножителя 14 и сцинтилляционного кристалла 15. Кристалл 15 преобразует обнаруженное излучение в световое излучение, которое передается на фотоумножитель 14 для преобразования обнаруженного излучения в электрические импульсы.
Таким образом, обычно единственному фотоумножителю 14 соответствует связанный с ним единственный крис-50 талл 15. На фиг.5 и 6 видно, что в обычной (известной) камере имеетСя три кольца датчиков 6, причем каждый датчик 6 включает в себя фотоумножитель 14 с единственным кристаллом
15 с перегородками 12 и 13. Такое расположение обеспечивает суммарно пять слоев (или изображений,)по орга- низму пациента. ТакllT1 бр:1з и, датчики б, противолежащие один пругому, создают прямые" слои 1б, 17 и 18.
Межплоскостные слои обнаруживаются в виде межплоскостных слоев !Ч и 20, которые при сложении между собой дают единственный "промежуточныи слой
21, Аналогично пересекающиеся срезы
22 и 23 при сложении между собой образуют "промежуточный" срез 24. Таким образом, известные ранее камеры образовывали слои, равные двойному
1 числу рядов и датчиков минус 1.
Для получения более высокой ра з решающей способности в позитронных камерах датчики выполняли меньшими, но количество и размер датчиков становился ограничивающим фактором.
Другой отличительный признак настоящего изобретения предусматривает разделение одного фотоумножителя на более чем один сцинтилляционный кристалл.
В одном из вариантов кристаллы расположены для удобства распознавания. Кроме того, количество плоскостей изображения увеличивается, эффективный размер датчиков становит ся меньше, так что разрешающая спо— собность повышается с коэффициентом приблизительно два, но стоимость камеры при этом снижается, поскольку требуется приблизительно половина общего количества фотоумножителей по сравнению с обычным режимом, На фиг.9 и 10 показаны фотоумножители 25-.27, расположенные в различных рядах колец 3 камеры 1. Кроме того, множество сцинтилляционных кристаллов расположены по внутренней окружности 7 датчиков для обнаружения излучения из пространства пациента, которое кристаллы преобразуют в световое излучение, а фотоприемник — в электрические импульсы, Кристаллы расположены относительно фотоумножителей 25-27 так, что каждый фотоумножитель реагирует более чем на один кристалл. Например, кристаллы 28-30 отслеживаются фотоумножителями 25-27 соответственно, Кристаллы 28-30 охватывают половину1например верхнюю, каждого фотоумножителя в каждом ряду колец 3. Однако кристалл 31 расположен около фотоумножителей 25
-и 26 и отслеживается ими, тогда как кристалл 32 отслеживается фотоумно14878 жителями 26 и 27, При таком расположении может быть легко достигнуто распознование кристалла, Таким образом, если приводится в действие крис5 талл 28, то реагировать будет только фотоумножитель 25. Аналогично, если приводится в действие кристалл
29, то реагировать будет только фотоумножитель 26, а если будет приве- 1р ден в действие кристалл 30, то реагировать будет только фотоумножитель
27. Если реагируют оба фотоумножителя 25 и 26, то это является признаком распознавания кристалла 31. Ана- 15 логично кристалл 32 создает отклик (генерирует сигнал) в обоих фотоумножителях 26 и 27. Данная конструкция обеспечивает также более высокое разрешение, поскольку размер крис- 20 таллов 28-32 становится вдвое меньше обычных кристаллов, когда обычный кристалл покрывает всю лицевую поверхность фотоумножителя. Такая конструкция и такой режим требуют почти в два раза меньше фотоумножителей для распознавания кристаллов. Стоимость снижается, поскольку кристаллы меньшего размера дешевле кристаллов большего размера. Кроме того, обеспечи- 30 вается лучшая выборка данных в направлении среза.
Другая важная. особенность расположения кристаллов относительно фотоумножителей заключается в том, что количество плоскостей изображения увеличивается, поскольку улучшенная выборка данных. обеспечивается путем смещения первой группы кристаллов
28-30 относительно второй группы крис-щ0 таллов 31-32. На фиг.5 и 6 показано, что камера с тремя рядами датчиков будет обеспечивать три прямых и два эффективных промежуточных слоя. Однако настоящее изобретение, как лучше д6 всего видно на фиг.7 и 8, благодаря смещению кристаллов 31 и 32 по отно-, шению к находящимся за пунктирной линией кристаллам 28-30 обеспечивает девять эффективньп жсрезов, включаю- 5р щих пять прямых и четыре "промежуточных" среза, Прямые срезы обозначены позицией 33, а эффективные промежуточные срезы — позицией 34.
Преимущества дополнительных слоев в отношении точности измеряемого излучения лучше всего видны из фиг.11 и 12. На фиг.11 показана известная
00 8 конструкция в соответствии с фиг.5 и 6.
Используемые данные, полученные на тонких слоев 16-18, 21 и среза 24, показанных кривыми 35 чувствительности, оставляют значительное коли-. чество промежутков (зазоров) между кривыми 35 чувствительности. С другой стороны, при обращении к конструкции согласно настоящему изобретению (фиг.12), видно что большее количество кривых (35) чувствительности расположено близко одна к другой, отображая. таким образом, более полное сканирование площади пространства пациента.
На фиг,13 показано другое расположение датчиков. В этом варианте предусмотрены кольца датчиков 6, которые включают в себя фотоумножители 25-27 соответственно. Кристаллы
28-32 повернуты на 90 по сравнению с вариантом по фиг.10. Конструкция по фиг.13 обеспечивает те же преимущества, и аналогичное распознавание кристаллов, что и конструкция по фиг,10, но здесь слои в плоскости тоньше и достигается высокая межплоскостная разрешающая способность.
На фиг.14 показан еще один вариант расположения датчиков. В этом варианте предусмотрены кристаллы
28-32. Конструкция с меньшим числом кристаллов не столь эффективна, хотя смещение рядов кристаллов является более целесообразным, чем обычное расположение датчиков в некоторых отношениях.
На фиг.l5 показана конструкция, в которой кольца 3 содержат фотоумножители 25-27 соответственно, реагирующие на три кристалла 28-32 и т.д. которые расположены в горизонтальных рядах поперечно кольцам 3. Если необходимо, кристаллы могут быть расположены вокруг каждого из колец 3 (вместо расположения поперечно мно. жеству колец 3), Вариант по фиг.15 обеспечивает более высокую разрешающую способность, более эффективную выборку в плоскостях изображений при более низкой стоимости благодаря разделению фотоумножителей.
Использование камеры согласно изобретению для, позитронной томогпа» фии обеспечивает более высокую разрешающую способность, увеличенное коли148 7йо0 чество плоскостей изображений, при этом требуется меньшее количество фотоумножителей, обеспечивается лучшая выборка данных в направлении тон5 кого слоя, уменьшается количество пропусков, весь объект измеряется для точного воспроизведения в трех измерениях. И все это достигается при снижении стоимости. !О
Формула изобретения
1. Камера для позитронной томографии, содержащая кольца датчиков, рас- !5 положенные рядом друг с другом, датчики сцинтилляционые и обращены внутрь кольца, каждое кольцо датчиков образует внутри плоскостный слой, каждые два соседних кольца датчиков 20 образуют внутри межплоскостный слой, отличающаяся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, кольца датчиков состоят из сцинтилляционных кристаллов и фотоумножителей, причем каждый фотоумножитель связан более чем с одним сцин,тилляционным кристаллом, при этом ,сцинтилляционные кристаллы, расположенные на одной половине каждого фо- 30 тоумножителя, смещены относительно сцинтилляционных кристаллов, расположенных на другой половине этого же ,фотоумножителя, 35
2. Камерапоп. 1, о тл ич аю щ а я с я тем что одна половина ф отоумножителя связана с одним кристаллом, B другая половина — с двумя кристаллами.
