RU2349932C2 - Method of defining radioactive medicine distribution inside examined object, and device for method implementation - Google Patents

Method of defining radioactive medicine distribution inside examined object, and device for method implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2349932C2
RU2349932C2 RU2006134689/28A RU2006134689A RU2349932C2 RU 2349932 C2 RU2349932 C2 RU 2349932C2 RU 2006134689/28 A RU2006134689/28 A RU 2006134689/28A RU 2006134689 A RU2006134689 A RU 2006134689A RU 2349932 C2 RU2349932 C2 RU 2349932C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
detector
collimator
strip
radiation intensity
screen
Prior art date
Application number
RU2006134689/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006134689A (en
Inventor
Мурадин Абубекирович Кумахов (RU)
Мурадин Абубекирович Кумахов
Владимир Михайлович Уткин (RU)
Владимир Михайлович Уткин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Институт рентгеновской оптики"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Институт рентгеновской оптики" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Институт рентгеновской оптики"
Priority to RU2006134689/28A priority Critical patent/RU2349932C2/en
Publication of RU2006134689A publication Critical patent/RU2006134689A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2349932C2 publication Critical patent/RU2349932C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: method involves measurement of radiation intensity of radionuclide inside object through multifissure collimator 7 by strip detector 9 mounted beside collimator output, with collimator input oriented towards object 12, at various angular positions of collimator-detector system 11 against object, and obtainment of radiation intensity data set similar to computer tomography, with further application of reconstruction algorithm to data set and visualisation of reconstruction result. Device includes fissure collimator 7 with input oriented toward object 12 under examination, radiation intensity strip detector 9 mounted at collimator output, first rotation device 15 for detector-collimator system rotation around longitudinal axis 14 of object under examination, second rotation device 16 for detector-collimator system 11 rotation around axis 25 perpendicular to longitudinal axis of object under examination, measurement device 18 for output signals of radiation intensity strip detector, measurement data storage and processing device (22, 20) and processing result visualisation device 21.
EFFECT: enhanced precision of reconstruction of radioactive source distribution inside examined object, or reduced examination time or inserted radionuclide.
8 cl, 15 dwg

Description

Изобретение относится к способам и устройствам для определения распределения радиоактивного препарата внутри исследуемого объекта и может быть использовано в медицинской диагностике и методах неразрушающего контроля. Как для визуализации двумерного (на плоскость детектора), так и трехмерного распределения радиоактивного препарата внутри исследуемого объекта.The invention relates to methods and devices for determining the distribution of a radioactive drug inside a test object and can be used in medical diagnostics and non-destructive testing methods. Both for visualization of two-dimensional (on the plane of the detector), and three-dimensional distribution of a radioactive preparation inside the studied object.

Целью изобретения является снижение себестоимости устройства и повышение точности определения распределения радиоактивного препарата внутри исследуемого объекта.The aim of the invention is to reduce the cost of the device and improve the accuracy of determining the distribution of the radioactive drug inside the test object.

Известен способ для определения распределения радиоактивного препарата внутри исследуемого в виде изображения этого распределения по патенту США 3,684,886 (опубл. 1972.08.15) [2], патенту США 4,090,080 (опубл. 1978.05.16) [3], патенту США 4,563,583 (опубл. 1986.01.07) [4], патенту США 6,627,893 В1 (опубл. 2003.09.30) [5], патенту США 6,631,285 В2 (опубл. 2003.10.07) [6]. Способ состоит в измерении интенсивности излучения препарата через щелевые коллиматоры координатно чувствительным детектором, находящимся у выходов щелевых коллиматоров, входы которых направлены в сторону исследуемого объекта. Измерения производят для различных угловых положений системы коллиматоры-детектор, получая набор данных, аналогичный компьютерной томографии, к которому применяют какой-либо алгоритм обработки (например, обратное преобразование Радона [3]), и получают изображение распределения радиоактивного препарата внутри объекта.A known method for determining the distribution of a radioactive preparation within the studied as an image of this distribution according to US patent 3,684,886 (publ. 1972.08.15) [2], US patent 4,090,080 (publ. 1978.05.16) [3], US patent 4,563,583 (publ. 1986.01 .07) [4], US patent 6,627,893 B1 (publ. 2003.09.30) [5], US patent 6,631,285 B2 (publ. 2003.10.07) [6]. The method consists in measuring the radiation intensity of the drug through the slotted collimators with a coordinate sensitive detector located at the outputs of the slotted collimators, the inputs of which are directed towards the object under study. Measurements are made for various angular positions of the collimator-detector system, obtaining a data set similar to computed tomography, to which some processing algorithm is applied (for example, the inverse Radon transform [3]), and an image of the distribution of the radioactive preparation inside the object is obtained.

Преимуществом данного способа измерения относительно классического способа измерения через узконаправленный коллиматор [1] является высокая эффективность регистрации гамма-квантов через щелевые коллиматоры. Недостатком, как и в [1], является необходимость использования в устройствах для реализации способа координатно чувствительных детекторов (например, в виде камеры Анже [2] или стрип-детектора [3]), изготовление которых представляет определенную сложность и приводит к удорожанию устройства.The advantage of this measurement method relative to the classical method of measurement through a narrowly directed collimator [1] is the high efficiency of gamma quanta registration through slotted collimators. The disadvantage, as in [1], is the need to use coordinate sensitive detectors in devices for implementing the method (for example, in the form of an Angers camera [2] or strip detector [3]), the manufacture of which is of a certain complexity and leads to an increase in the cost of the device.

Реализации способа стрип-детектора на основе сцинтиллятора и подключенного к нему через оптический согласователь фотоумножителя не являются эффективными, как указывалось в [3] и [4], а использование теллурида кадмия [4] при реализации способа приводит к удорожанию детектора в указанных устройствах.Implementations of the method of a strip detector based on a scintillator and a photomultiplier connected to it through an optical coordinator are not effective, as indicated in [3] and [4], and the use of cadmium telluride [4] when implementing the method leads to a rise in the cost of the detector in these devices.

Для снижения себестоимости устройства при реализации способа предлагалось вместо длинных стрипов использовать короткие стрипы [5] и [6] на теллуриде кадмия, но это приводит к снижению эффективности регистрации излучения радионуклида, так как площадь стрипов значительно снижается.To reduce the cost of the device when implementing the method, it was proposed to use short strips [5] and [6] on cadmium telluride instead of long strips, but this leads to a decrease in the efficiency of radionuclide radiation registration, since the strip area is significantly reduced.

Кардинальным решением для удешевления устройства, реализующего способ, было бы использование недорогого стрип-детектор или отказ от координатно чувствительного детектора вообще, поскольку координатно нечувствительный детектор намного дешевле координатно чувствительного. Однако такого технического решения предложено не было.A cardinal solution to reduce the cost of a device that implements the method would be to use an inexpensive strip detector or reject a coordinate-sensitive detector in general, since a coordinate-insensitive detector is much cheaper than coordinate-sensitive. However, no such technical solution was proposed.

Кроме того, при реализации способа для получения изображения с высоким пространственным разрешением требуется стрип-детектор высокого пространственного разрешения и щелевой коллиматор с малым шагом между щелями. Изготовление стрипов равной чувствительности и коллиматоров с прозрачностью, одинаковой для всех щелей, представляется проблематичной, и, видимо, никакая технология не позволит изготавливать абсолютно идентичные щели и стрипы, что приведет к тому, что в результирующем изображении радионуклида появятся кольцевые артефакты. О возникновении кольцевых артефактов, связанных с неточностью стрипов и щелей коллиматора, в указанных технических решениях [3-6] также не упоминается. В связи с этим в известных технических решениях [3-6] нет методов устранения артефактов, связанных с различной прозрачностью щелей и чувствительностью стрипов. Не было предложено и методов измерения прозрачности щелей коллиматора и чувствительности стрипов.In addition, when implementing the method for obtaining images with high spatial resolution, a strip detector of high spatial resolution and a slit collimator with a small pitch between the slots are required. The production of strips of equal sensitivity and collimators with transparency identical for all slots seems problematic, and apparently, no technology will allow to produce absolutely identical slits and strips, which will lead to the appearance of ring artifacts in the resulting image of the radionuclide. The occurrence of ring artifacts associated with inaccuracy of strips and slots of the collimator is also not mentioned in the indicated technical solutions [3-6]. In this regard, in the known technical solutions [3-6] there are no methods for eliminating artifacts associated with different transparency of cracks and sensitivity of strips. No methods have been proposed for measuring the transparency of the collimator slits and strip sensitivity.

Однако в известных технических решениях [3-6] предложно компенсировать другие искажения результата трехмерной реконструкции, например связанные с весовой функцией 1/r, путем наклона пластин многощелевого коллиматора, либо алгоритмическими методами. Анализ указанных решений [3-6] говорит о том, что они не являются единственно возможными способами, позволяющими компенсировать указанные искажения, связанные с 1/r. При использовании других коллиматоров или других методов измерения, видимо, можно компенсировать указанные искажения другими подходами.However, in the known technical solutions [3-6], it is proposed to compensate for other distortions of the result of three-dimensional reconstruction, for example, associated with the 1 / r weight function, by tilting the plates of the multi-slit collimator, or by algorithmic methods. An analysis of these solutions [3-6] suggests that they are not the only possible ways to compensate for these distortions associated with 1 / r. When using other collimators or other measurement methods, it is apparently possible to compensate for these distortions by other approaches.

Данное предположение основано на том, что использование коллиматора в виде набора пластин не является единственно возможным для указанного способа измерения и устройств его реализующих.This assumption is based on the fact that the use of a collimator in the form of a set of plates is not the only possible for the indicated measurement method and devices implementing it.

Для устранения указанных недостатков необходимо модифицировать способ измерения, коллиматоры, конструкцию устройства и алгоритмы обработки измеренных данных.To eliminate these drawbacks, it is necessary to modify the measurement method, collimators, device design and measurement data processing algorithms.

Размер стрип-детектора в известных технических решениях [3-6] меньше размера исследуемого объекта. При реконструкции двумерного изображения возникает проблема, известная в компьютерной томографии как неполный набор данных. Наличие неполного набора данных искажает результат реконструкции, особенно на краях исследуемой области.The size of the strip detector in the known technical solutions [3-6] is smaller than the size of the investigated object. When reconstructing a two-dimensional image, a problem arises, known in computed tomography as an incomplete data set. The presence of an incomplete data set distorts the result of reconstruction, especially at the edges of the studied area.

В известных технических решениях [3-6] не предложено методов, позволяющих компенсировать или снизить искажения, связанные с неполным набором данных на краях исследуемой области при получении двумерных изображений.Known technical solutions [3-6] do not propose methods to compensate or reduce distortions associated with an incomplete data set at the edges of the studied area when obtaining two-dimensional images.

В известных технических решениях [3-6] при обработке данных используется приращение функции для оценки ее производной. Использование приращения вместо производной снижает точность реконструкции. Использование более точного метода оценки производной, особенно в шумах, позволило бы повысить точность конечного результата.In well-known technical solutions [3-6], data processing uses an increment of a function to evaluate its derivative. Using increment instead of derivative reduces reconstruction accuracy. Using a more accurate method for estimating the derivative, especially in noise, would improve the accuracy of the final result.

В предлагаемом техническом решении предлагается ряд подходов для устранения указанных недостатков.The proposed technical solution proposes a number of approaches to address these shortcomings.

На Фиг.1 показано устройство, реализующее различные подходы по устранению указанных недостатков.Figure 1 shows a device that implements various approaches to address these disadvantages.

Совершенствования, касающиеся системы детектор-коллиматор и собственно коллиматора, показаны на Фиг.2 - Фиг.10. Для удешевления устройства при реализации способа предлагается в качестве стрип-детектора использовать набор сцинтилляционных волокон (Фиг.2 позиция А) требуемого сечения и длины, к торцам которых прикреплены высокочувствительные PIN фотодиоды или просто фотодиоды требуемой площади, или линейка фотодиодов.Improvements regarding the detector-collimator system and the collimator proper are shown in FIG. 2 - FIG. 10. To reduce the cost of the device when implementing the method, it is proposed to use a set of scintillation fibers (Figure 2, position A) of the desired cross-section and length, to the ends of which are attached highly sensitive PIN photodiodes or simply photodiodes of the required area, or a line of photodiodes.

Использование линейки фотодиодов для построения стрип-детектора известно [3], однако в известном техническом решении они прикреплены не к торцам, а сбоку сцинтиллятора через оптический согласователь, что снижает эффективность детектора и увеличивает его высоту. При создании детектора большой площади высота может оказаться недопустимо большой.The use of a line of photodiodes for constructing a strip detector is known [3], however, in the known technical solution, they are attached not to the ends, but to the side of the scintillator through an optical matching device, which reduces the efficiency of the detector and increases its height. When creating a large area detector, the height may be unacceptably large.

В известном техническом решении [4] использовано множество тонких оптических волокон для передачи вспышек света от стрипов сцинтиллятора к фотоумножителям. Однако сами оптоволокна не являются сцинтилляционными. Использование сцинтилляционных волокон не рассматривается.In the known technical solution [4], many thin optical fibers were used to transmit light flashes from scintillator strips to photomultipliers. However, the optical fibers themselves are not scintillation. The use of scintillation fibers is not considered.

В предлагаемом решении отдельные тонкие сцинтилляционные волокна укладывают так, чтобы образовалась толщина сцинтиллятора, необходимая для эффективного поглощения излучения заданной энергии. Ширину набора организуют такой, чтобы получить пространственное разрешение и ширину детектора требуемого значения (Фиг.2 позиция А).In the proposed solution, individual thin scintillation fibers are laid so that the thickness of the scintillator is formed, which is necessary for the effective absorption of radiation of a given energy. The width of the set is arranged so as to obtain the spatial resolution and width of the detector of the desired value (Figure 2, position A).

Схожие конструкции структурированных сцинтилляторов используются в современных цифровых детекторах рентгеновского излучения. Однако длина сцинтиллятора в этих устройствах не превышает обычно долей сантиметра и определяется эффективностью поглощения излучения. В предлагаемом техническом решении длина сцинтилляционных волокон (столбиков) может составлять десятки сантиметров и метры и определяться потребной длиной стрипа. Эффективность поглощения излучения определяется толщиной набора сцинтилляционных волокон. Кроме того, излучение на структурированный сцинтиллятор в известных технических решениях воздействует с торца волокна, в то время как в предлагаемом техническом решении излучение падает поперек волокна, чтобы реализовать режим стрип-детектора (Фиг.2 позиции А и В).Similar designs of structured scintillators are used in modern digital x-ray detectors. However, the scintillator length in these devices usually does not exceed a fraction of a centimeter and is determined by the absorption efficiency of the radiation. In the proposed technical solution, the length of scintillation fibers (columns) can be tens of centimeters and meters and is determined by the required length of the strip. The absorption efficiency of radiation is determined by the thickness of the set of scintillation fibers. In addition, the radiation on the structured scintillator in known technical solutions acts from the end of the fiber, while in the proposed technical solution, the radiation falls across the fiber in order to implement the strip detector mode (Fig. 2, positions A and B).

В предлагаемом решении возможно также использование одного длинного сцинтиллятора (например, из йодида цезия CsI) требуемого поперечного сечения и длины для каждого стрипа, вместо набора столиков микронного сечения, что не нарушит работоспособность предлагаемого технического решения. Стенки сцинтиллятора в этом случае должны иметь либо зеркальный, либо диффузный отражатель. К торцам сцинтиллятора следует прикрепить, как и ранее, фотодиоды (Фиг.2 позиция В).In the proposed solution, it is also possible to use one long scintillator (for example, from cesium iodide CsI) of the required cross section and length for each strip, instead of a set of tables of micron section, which will not affect the operability of the proposed technical solution. The walls of the scintillator in this case should have either a mirror or a diffuse reflector. To the ends of the scintillator should be attached, as before, photodiodes (Figure 2, position B).

Возможны и другие варианты структурированных сцинтилляционных стрипов, например за счет использования капилляра с заполнением его жидким сцинтиллятором или набора капилляров (поликапиляр). В любом случае, чтобы реализовать режим стрип-детектора, соотношение длины к толщине такого структурированного сцинтиллятора должно быть намного больше, чем в известных структурированных сцинтилляторах.Other options for structured scintillation strips are possible, for example, through the use of a capillary filled with a liquid scintillator or a set of capillaries (polycapillary). In any case, in order to implement the strip detector mode, the ratio of length to thickness of such a structured scintillator must be much larger than in the known structured scintillators.

Таким образом, отличительной особенностью предлагаемого изобретения по данному пункту является использование структурированного сцинтиллятора, отношение длины которого к его толщине много больше единицы.Thus, a distinctive feature of the present invention under this item is the use of a structured scintillator, the ratio of the length of which to its thickness is much greater than unity.

Чтобы компенсировать затухание световых вспышек внутри длинного сцинтиллятора может быть применена известная схема [13] компенсации затухания в материале сцинтиллятора (например, в виде перемножения сигнала от двух фотодиодов, установленных на противоположных концах сцинтиллятора), что позволяет обеспечить высокое энергетическое разрешение, а при необходимости (если в дополнение к умножителю использовать делитель, сигнал с выхода которого характеризует координату вспышки) обеспечивает некоторое пространственное разрешение вдоль сцинтиллятора [13]. Если свойства сцинтиллятора таковы, что затухание световых вспышек в материале сцинтиллятора незначительно, то можно обойтись без схемы компенсации затухания.To compensate for the attenuation of light flashes inside a long scintillator, the well-known attenuation compensation scheme in the scintillator material [13] can be applied (for example, by multiplying the signal from two photodiodes mounted on opposite ends of the scintillator), which allows for high energy resolution, and if necessary ( if, in addition to the multiplier, you use a divider, the output signal of which characterizes the coordinate of the flash) provides some spatial resolution along the sc ntillyatora [13]. If the properties of the scintillator are such that the attenuation of light flashes in the scintillator material is negligible, then the attenuation compensation scheme can be dispensed with.

Применяя предлагаемое техническое решение, можно создать стрип-детектор большой площади, малой толщины и низкой себестоимости, по сравнению, например, с детектором на основе теллурида кадмия. Поскольку линейки фотодиодов и сцинтилляторы на основе йодида цезия или пластиковые сцинтилляторы являются достаточно дешевыми материалами. Длина стрипов может быть очень большой (десятки сантиметров и метры). В отличие от технических решений [3] с использованием линейки детекторов на теллуриде кадмия малой площади, предлагаемый детектор будет обладать большой площадью и, следовательно, высокой эффективностью регистрации излучения.Using the proposed technical solution, it is possible to create a strip detector of a large area, small thickness and low cost, compared, for example, with a detector based on cadmium telluride. Since the line of photodiodes and scintillators based on cesium iodide or plastic scintillators are quite cheap materials. The length of the strips can be very large (tens of centimeters and meters). In contrast to technical solutions [3] using a line of small-area cadmium telluride detectors, the proposed detector will have a large area and, therefore, high radiation detection efficiency.

Возможность создания детектора с высокой эффективностью регистрации является очень важной в медицинских применениях, поскольку позволяет либо сократить время проведения исследования, либо сократить количество вводимого радионуклида.The ability to create a detector with high detection efficiency is very important in medical applications, since it allows either to reduce the time of the study or to reduce the amount of radionuclide administered.

Кроме того, такой детектор можно сделать малым по толщине и неохлаждаемым, что является немаловажным при построении устройства.In addition, such a detector can be made small in thickness and uncooled, which is important when building the device.

Более радикальным вариантом удешевления устройства является использование координатно нечувствительного детектора в качестве стрип-детектора (Фиг.3). В этом случае используется сцинтиллятор большой площади, равный по площади стрип-детектору, и фотодетектор (фотоумножитель) большой площади, соединенные вместе и образующие детектор излучения радионуклида большой площади. Между этим координатно нечувствительным детектором большой площади и многощелевым коллиматором помещают экран из материала, прозрачность которого для излучения радионуклида неоднородна вдоль направления, перпендикулярного щелям коллиматора. Этот экран соединен со средством, обеспечивающим его линейное перемещение вдоль направления, перпендикулярного щелям коллиматора.A more radical way to reduce the cost of the device is to use a coordinate-insensitive detector as a strip detector (Figure 3). In this case, a large area scintillator is used, equal in area to the strip detector, and a large area photodetector (photomultiplier), connected together and forming a large area radionuclide radiation detector. Between this coordinate-insensitive large-area detector and a multi-slit collimator, a screen of material is placed whose transparency for radionuclide emission is inhomogeneous along the direction perpendicular to the collimator slits. This screen is connected to a means ensuring its linear movement along a direction perpendicular to the slots of the collimator.

В результате движения экрана на выходе детектора большой площади возникает сигнал, определяемый операцией математической свертки искомого сигнала (плоскостного интеграла) и распределения неоднородности в экране. Чтобы получить требуемый исходный неискаженный сигнал (плоскостной интеграл) необходимо произвести операцию обратной математической свертки. Данная математическая задача решена академиком Тихоновым и относится к классу обратных некорректных задач [9].As a result of the screen movement, a signal arises at the output of a large-area detector, which is determined by the operation of mathematical convolution of the desired signal (planar integral) and the distribution of inhomogeneity in the screen. To obtain the required initial undistorted signal (planar integral), it is necessary to perform the operation of inverse mathematical convolution. This mathematical problem was solved by academician Tikhonov and belongs to the class of inverse incorrect problems [9].

На практике измерения производят в дискретные моменты времени, и решение обратной задачи необходимо производить в дискретном виде. Интервал времени, через который производят измерения, определяет то пространственное разрешение, которое будет иметь данный стрип-детектор, поскольку все измерения производят во времени при движении экрана.In practice, measurements are made at discrete points in time, and the inverse problem must be solved in a discrete form. The time interval through which measurements are taken determines the spatial resolution that this strip detector will have, since all measurements are made in time when the screen moves.

Данный подход позволяет использовать в качестве стрип-детектора координатно нечувствительный детектор.This approach allows the use of a coordinate-insensitive detector as a strip detector.

Несмотря на то, что при указанном подходе возможно использование практически любой неоднородности в экране, немаловажной является задача максимизации отношения сигнал/шум в условиях шумов и дискретных измерений. Решение такой задачи в условиях дискретного измерения известно на основе массивов с плоскими боковыми лепестками и одним максимумом в автокорреляционной функции - URA массивы [10].Despite the fact that with this approach it is possible to use almost any heterogeneity in the screen, it is important to maximize the signal-to-noise ratio under noise and discrete measurements. The solution to this problem under discrete measurement conditions is known on the basis of arrays with flat side lobes and one maximum in the autocorrelation function - URA arrays [10].

Эти массивы состоят из единиц и нулей, типа 10100111001 … Реализация их на практике требует всего лишь проделывания отверстий в непрозрачном для излучения радионуклида экране, который можно сделать из материала с высоким атомным номером (свинец, вольфрам и т.д.). Такой материал является тяжелым по весу, и средство для его линейного перемещения должно быть достаточно мощным.These arrays consist of ones and zeros, such as 10100111001 ... Their implementation in practice requires only making holes in a screen that is opaque to radionuclide radiation, which can be made of a material with a high atomic number (lead, tungsten, etc.). Such material is heavy in weight, and the means for its linear movement must be powerful enough.

На Фиг.4 показан стрип-детектор на основе сцинтиллятора и фотодетектора большой площади, между которыми расположен оптический экран, содержащий неоднородность для оптического излучения (излучения сцинтиллятора) со свойствами неоднородности, аналогичными экрану для излучения радионуклида. В этом случае вес оптического экрана может быть минимальным, так как его можно изготовить, например, из черной плотной бумаги, фольги и пластика. Возможно использование и других материалов, что не является принципиальным. Оптический экран, как и ранее, должен быть соединен со средством его перемещения.Figure 4 shows a strip detector based on a scintillator and a large area photodetector, between which there is an optical screen containing an inhomogeneity for optical radiation (scintillator radiation) with inhomogeneity properties similar to a screen for radionuclide radiation. In this case, the weight of the optical screen can be minimal, since it can be made, for example, from black thick paper, foil and plastic. It is possible to use other materials, which is not fundamental. The optical screen, as before, must be connected to a means of moving it.

На Фиг.5 показан стрип-детектор на основе сцинтиллятора и фотодетектора большой площади, между которыми расположен оптический движущийся экран в виде гибкого кольца, охватывающего сцинтиллятор. Экран движется постоянно в одну сторону (как лента транспортера), исключаются возвратно-поступательные движения. Устройство получается максимально простым и легким. Оптический экран, как и ранее, соединен со средством его перемещения.Figure 5 shows a strip detector based on a scintillator and a large area photodetector, between which there is an optical moving screen in the form of a flexible ring enclosing the scintillator. The screen moves constantly in one direction (like a conveyor belt), reciprocating movements are excluded. The device is as simple and light as possible. The optical screen, as before, is connected to a means of moving it.

Однако в настоящее время известны оптические пространственно-временные модуляторы, например на основе жидких кристаллов. Используя их, можно устранить механическое движение экрана. Оптическая прозрачность модулятора должна изменяться во времени таким образом, чтобы приводить к результату, аналогичному движению оптического экрана, то есть сигнал на выходе фотодетектора должен определяться как результат математической свертки искомого сигнала (плоскостного интеграла) и неоднородности экрана.However, optical spatio-temporal modulators, for example based on liquid crystals, are currently known. Using them, you can eliminate the mechanical movement of the screen. The optical transparency of the modulator should change in time in such a way as to produce a result similar to the motion of the optical screen, i.e., the signal at the output of the photodetector should be determined as the result of mathematical convolution of the desired signal (plane integral) and screen inhomogeneity.

На Фиг.6 показан стрип-детектор на основе сцинтиллятора и фотодетектора большой площади, между которыми расположен оптический пространственно-временной модулятор. В качестве пространственно-временного оптического модулятора можно использовать жидкокристаллические оптические модуляторы, используемые в проекционных телевизорах, либо жидкокристаллические оптические пространственные модуляторы большой площади, используемые в плоских пассивных компьютерных мониторах. Пространственно-временно модулятор соединен со средством его управления.Figure 6 shows a strip detector based on a scintillator and a large area photodetector, between which there is an optical spatio-temporal modulator. As a spatio-temporal optical modulator, you can use liquid crystal optical modulators used in projection televisions, or large-area liquid crystal optical modulators used in flat passive computer monitors. The spatio-temporal modulator is connected to its control means.

В случае, если требуется согласовать размер сцинтиллятора и координатно нечувствительного фотодетектора, между ними можно установить оптический согласователь (фокон). В этом случае пространственный оптический модулятор следует устанавливать до или после оптического согласователя, в соответствии с размерами модулятора (на Фиг.6 оптический согласователь не показан).If it is required to coordinate the size of the scintillator and the coordinate-insensitive photodetector, an optical coordinator (focon) can be installed between them. In this case, the spatial optical modulator should be installed before or after the optical matching device, in accordance with the dimensions of the modulator (the optical matching device is not shown in FIG. 6).

Указанное техническое решение можно использовать как при параллельном расположении пластин в коллиматоре, так и при конвергентном и дивергентном. Если ограничиться только дивергентным коллиматором, то техническое решение можно еще более упростить и соответственно еще более удешевить устройство. В дивергентном случае можно использовать детектор излучения радионуклида в виде одного стрипа и движущегося экрана, без использования многощелевого коллиматора.The specified technical solution can be used both with a parallel arrangement of the plates in the collimator, and with convergent and divergent. If we restrict ourselves to a divergent collimator, the technical solution can be further simplified and, accordingly, the device can be even cheaper. In the divergent case, it is possible to use a radionuclide radiation detector in the form of a single strip and a moving screen, without using a multi-slot collimator.

На Фиг.7 показан стрип-детектор для дивергентного случая на основе одного стрипа и движущегося экрана. Экран соединен со средством его перемещения.7 shows a strip detector for a divergent case based on one strip and a moving screen. The screen is connected to a means of moving it.

Эффективность регистрации будет аналогичной случаю использования детектора большой площади и движущемуся экрану, указанному ранее. Объясняется это тем, что сцинтиллятор выступает в роли интегратора вспышек, поступающих от всех направлений (как и в случае детектора большой площади). При этом сам интегратор в дивергентном случае можно сделать в виде одного стрипа. В этом случае устройство получается более простым и соответственно более дешевым по сравнению с детектором большой площади. Характер сигнала на выходе такого детектора будет аналогичен сигналу, описанному ранее, то есть представлять собой операцию математической свертки искомого сигнала (плоскостного интеграла) и распределения неоднородности в экране. Для получения искомого сигнала (плоскостного интеграла) необходимо произвести операцию обратной математической свертки [9].The registration efficiency will be similar to the case of using a large-area detector and the moving screen indicated earlier. This is explained by the fact that the scintillator acts as an integrator of flashes coming from all directions (as in the case of a large-area detector). Moreover, the integrator in the divergence case can be made in the form of a single strip. In this case, the device is simpler and therefore cheaper compared to a large area detector. The nature of the signal at the output of such a detector will be similar to the signal described earlier, that is, it is the operation of mathematical convolution of the desired signal (planar integral) and the distribution of the inhomogeneity in the screen. To obtain the desired signal (planar integral), it is necessary to perform the operation of inverse mathematical convolution [9].

Когда длина стрипа минимальна (например, равна его ширине и высоте), устройство получается весьма дешевым. В этом случае фактически используется маленький кусочек сцинтиллятора, прикрепленный к фотодиоду. Однако, если использовать стрип малой длины, то эффективность регистрации излучения будет низкой. Поэтому несмотря на принципиальную возможность использования короткого стрипа, желательно использовать длинный стрип. Короткий стрип можно использовать тогда, когда интенсивность излучения радионуклида достаточно высока.When the length of the strip is minimal (for example, equal to its width and height), the device is very cheap. In this case, a small piece of scintillator attached to the photodiode is actually used. However, if a strip of short length is used, then the efficiency of detecting radiation will be low. Therefore, despite the fundamental possibility of using a short strip, it is advisable to use a long strip. A short strip can be used when the radiation intensity of the radionuclide is high enough.

В том случае, если в качестве экрана использовать вращающийся барабан, внутри которого коаксиально расположен один стрип. Барабан соединен со средством его вращения. Устройство становится максимально простым (Фиг.8).In that case, if you use a rotating drum as a screen, inside of which one strip is coaxially located. The drum is connected to its rotation means. The device becomes as simple as possible (Fig. 8).

Как и ранее можно использовать короткий стрип. Несмотря на принципиальную возможность использования короткого стрипа, желательно использовать длинный стрип. Короткий стрип можно использовать тогда, когда интенсивность излучения радионуклида достаточно высока.As before, you can use a short strip. Despite the fundamental possibility of using a short strip, it is advisable to use a long strip. A short strip can be used when the radiation intensity of the radionuclide is high enough.

Для эффективной регистрации гамма-квантов большой энергии (более 100 кэВ) сечение сцинтиллятора в стрип-детекторах (Фиг.7 и Фиг.8) должно быть достаточно большим. Однако при большой сечении сцинтиллятора уменьшается пространственное разрешение в реконструируемом изображении. Чтобы обеспечить одновременно высокую эффективность регистрации и высокое пространственное разрешение в указанных стрип-детекторах используется сцинтиллятор необходимого сечения (для эффективной регистрации квантов требуемой энергии) и свинцовая "рубашка" вокруг сцинтиллятора с продольной щелью требуемой ширины.For efficient detection of high energy gamma quanta (more than 100 keV), the scintillator cross section in strip detectors (Fig. 7 and Fig. 8) should be sufficiently large. However, with a large cross section of the scintillator, the spatial resolution in the reconstructed image decreases. To ensure both high detection efficiency and high spatial resolution, the indicated strip detectors use a scintillator of the required cross section (for efficient registration of quanta of the required energy) and a lead “shirt” around the scintillator with a longitudinal slit of the required width.

На Фиг.9 (позиция А и В) показано поперечное сечение сцинтиллятора, совмещенного с "рубашкой" защиты для стрип-детектора на основе одного стрипа. Ширина щели в "рубашке" определяет требуемое пространственное разрешение, а угол раскрыва щели определяет область объекта, охватываемую детектором. В позиции А угол раскрыва щели меньше, чем в позиции В, при этом ширина щели одинакова и в той и в другой позиции.Fig. 9 (positions A and B) shows a cross-section of a scintillator combined with a "jacket" of protection for a strip detector based on one strip. The width of the slit in the "shirt" determines the required spatial resolution, and the opening angle of the slit determines the area of the object covered by the detector. In position A, the opening angle of the gap is smaller than in position B, while the width of the gap is the same in both positions.

Применение такого технического решения, помимо основного назначения, позволяет резко снизить вес защитной "рубашки", что может быть существенным при создании мобильных устройств. Это справедливо как для технического решения, показанного на Фиг.7, так и на Фиг.8.The use of such a technical solution, in addition to the main purpose, can dramatically reduce the weight of the protective "shirt", which can be significant when creating mobile devices. This is true for the technical solution shown in Fig.7, and Fig.8.

Однако использование защитной "рубашки" необходимо во всех указанных ранее технических решениях, но место ее положения и назначения являются общеизвестными, поэтому на фигурах, поясняющих другие технические решения, она не показана. Защита показана там, где ее положение и назначение не является общеизвестным.However, the use of a protective "shirt" is necessary in all the previously mentioned technical solutions, but the place of its position and purpose are well known, therefore, it is not shown in the figures explaining other technical solutions. Protection is shown where its position and purpose is not well known.

Для устранения влияния фактора 1/r на результат реконструкции стрип смещают относительно оси вращения системы детектор-коллиматор на угол δ, пропорциональный требуемому пространственному разрешению в реконструируемом изображении и находящийся в пределах от 0 до 5 градусов.To eliminate the influence of factor 1 / r on the reconstruction result, the strip is shifted relative to the axis of rotation of the detector-collimator system by an angle δ proportional to the required spatial resolution in the reconstructed image and ranging from 0 to 5 degrees.

Оба указанных технических решения на основе Фиг.7 и Фиг.8 помимо удешевления устройства и устранения влияния фактора 1/r решают и задачу влияния прозрачности щелей многощелевого коллиматора на конечный результат реконструкции, поскольку многощелевой коллиматор в них попросту отсутствует.Both of these technical solutions based on Fig. 7 and Fig. 8, in addition to reducing the cost of the device and eliminating the influence of factor 1 / r, also solve the problem of the influence of the transparency of the slits of the multi-slit collimator on the final reconstruction result, since the multi-slit collimator is simply missing.

Однако влияние многощелевого коллиматора можно избежать для дивергентного случая и при использовании детектора, состоящего из множества стрипов, не используя движущийся экран, путем устранения самого многощелевого коллиматора.However, the influence of a multi-slit collimator can be avoided for the divergent case by using a detector consisting of many strips, without using a moving screen, by eliminating the multi-slit collimator itself.

Чтобы устранить влияние различной прозрачности щелей многощелевого коллиматора для дивергентного случая, предлагается использовать коллиматор в виде отдельной протяженной щели, параллельной стрипам детектора и проделанной в непрозрачном экране, установленном на некотором расстоянии перед детектором (Фиг.10). При этом сама щель смещается относительно оси вращения системы детектор-коллиматор на угол, пропорциональный требуемому угловому разрешению, в пределах от 0 до 5 градусов. Что позволяет решить задачу устранения влияния искажения 1/r одновременно с устранением влияния прозрачности щелей коллиматора.In order to eliminate the influence of different transparency of the slits of the multi-slit collimator for the divergent case, it is proposed to use the collimator in the form of a separate long slit parallel to the strips of the detector and made in an opaque screen installed at some distance in front of the detector (Figure 10). In this case, the slit itself is shifted relative to the axis of rotation of the detector-collimator system by an angle proportional to the required angular resolution, ranging from 0 to 5 degrees. This allows us to solve the problem of eliminating the influence of 1 / r distortion simultaneously with eliminating the influence of transparency of the collimator slits.

При этом следует отметить, что использование множества неподвижных щелей, смещенных относительно оси исследуемого объекта совместно со стрип-детекторами, известно [12], однако они находятся на расстоянии относительно оси вращения системы коллиматор-детектор, намного превышающем значение 5 градусов, и это значение не пропорционально требуемому пространственному разрешению. Это смещение определяется желанием одновременно измерять множество проекций, а не компенсировать искажения многощелевого коллиматора и искажения типа 1/r в результирующем изображении. Кроме того, щели и детекторы являются неподвижными относительно исследуемого объекта.It should be noted that the use of a plurality of fixed slots displaced relative to the axis of the object under study together with strip detectors is known [12], but they are located at a distance relative to the axis of rotation of the collimator-detector system, which is much higher than 5 degrees, and this value does not proportional to the required spatial resolution. This bias is determined by the desire to simultaneously measure multiple projections, rather than compensate for distortions of the multi-slit collimator and type 1 / r distortions in the resulting image. In addition, slots and detectors are stationary relative to the object under study.

В предлагаемом техническом решении система детектор-коллиматор соединена со средством перемещения (вращения) ее вокруг ее оси.In the proposed technical solution, the detector-collimator system is connected to means for moving (rotating) it around its axis.

Использование одной щели и отсутствие многощелевого коллиматора помимо указанных преимуществ позволяет также снизить стоимость устройства, поскольку стоимость его изготовления намного меньше, чем многощелевого.The use of a single slit and the absence of a multi-slot collimator, in addition to the indicated advantages, can also reduce the cost of the device, since the cost of its manufacture is much less than the multi-slot.

Указанный однощелевой коллиматор можно также использовать при реализации стрип-детектора на основе координатно нечувствительного детектора большой площади и движущегося экрана (Фиг.3, Фиг.4, Фиг.5, Фиг.6). Расположение его в этом случае относительно оси вращения и ориентация аналогичны ранее указанным.The specified single-slot collimator can also be used when implementing a strip detector based on a coordinate-insensitive large-area detector and a moving screen (Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6). Its location in this case relative to the axis of rotation and orientation are similar to those previously indicated.

Ниже поясняется смысл использованных известных математических понятий:The meaning of the well-known mathematical concepts used is explained below:

"Свертка" (прямая апериодическая свертка)."Convolution" (direct aperiodic convolution).

При прямой апериодической свертке вместо значения апериодической функции I(x) в точке x используют ее средневзвешенное значение С(x) в диапазоне от минус до плюс бесконечности, при этом в качестве "весов" используется другая функция Н(x). В аналоговом виде такая свертка описывается интегралом свертки, в дискретном виде такая свертка описывается суммой.In direct aperiodic convolution, instead of the value of the aperiodic function I (x) at the point x, its weighted average value C (x) is used in the range from minus to plus infinity, and another function H (x) is used as the “weight”. In analog form, such a convolution is described by the convolution integral, in a discrete form, such convolution is described by the sum.

"Обратная свертка" (обратная апериодическая свертка)."Reverse convolution" (inverse aperiodic convolution).

При обратной апериодической свертке вместо значения апериодической функции С(х) в точке х используют ее средневзвешенное значение I(х) в диапазоне от минус до плюс бесконечности, при этом в качестве "весов" используется другая функция H-1(x).In reverse aperiodic convolution, instead of the value of the aperiodic function C (x) at point x, its weighted average value I (x) is used in the range from minus to plus infinity, and another function H -1 (x) is used as the “weight”.

Функцию H-1(x) выбирают таким образом, чтобы компенсировать влияние прямой апериодической свертки, то есть получить неискаженное значение функции. В аналоговом виде такая свертка описывается интегралом свертки, в дискретном виде такая свертка описывается суммой. Такая процедура называется также деконволюцией.The function H -1 (x) is chosen in such a way as to compensate for the effect of direct aperiodic convolution, that is, to obtain an undistorted value of the function. In analog form, such a convolution is described by the convolution integral, in a discrete form, such convolution is described by the sum. Such a procedure is also called deconvolution.

"Циклическая свертка""Cycle convolution"

При циклической свертке вместо значения циклической (периодической) функции I(х) в точке х используют ее средневзвешенное значение С(х) в диапазоне периода повторения, при этом в качестве "весов" используется другая циклическая функция с тем же периодом повторения.In cyclic convolution, instead of the value of the cyclic (periodic) function I (x) at point x, its weighted average value C (x) is used in the range of the repetition period, while another cyclic function with the same repetition period is used as the "weight".

"Обратная циклическая свертка"."Reverse loop convolution."

При обратной циклической свертке вместо значения циклической функции С(х) в точке х используют ее средневзвешенное значение I(х) в диапазоне периода повторения, при этом в качестве "весов" используется другая функция H-1(x).In the reverse cyclic convolution, instead of the value of the cyclic function C (x) at the point x, its weighted average value I (x) is used in the range of the repetition period, and another function H -1 (x) is used as the “weight”.

Функцию Н-1(х) выбирают таким образом, чтобы компенсировать влияние прямой циклической свертки, то есть получить неискаженное значение функции. В аналоговом виде такая свертка описывается интегралом свертки, в дискретном виде такая свертка описывается суммой.The function H -1 (x) is chosen in such a way as to compensate for the effect of direct cyclic convolution, that is, to obtain an undistorted value of the function. In analog form, such a convolution is described by the convolution integral, in a discrete form, such convolution is described by the sum.

"Прямое преобразование Радона"."Direct Radon Transformation."

Прямое преобразование Радона сводится к переводу функции I(x,y) из декартовой системы координат в систему координат угловых проекций этой функции P(Q,s), где Q - угол, под которым получена проекция функции, s - координата вдоль проекции.The direct Radon transform is reduced to the translation of the function I (x, y) from the Cartesian coordinate system to the coordinate system of the angular projections of this function P (Q, s), where Q is the angle at which the projection of the function is obtained, s is the coordinate along the projection.

В аналоговом виде такое преобразование описывается интегральным уравнением, в дискретном виде - суммой.In analog form, such a transformation is described by the integral equation, in discrete form by the sum.

Наглядным примером прямого преобразования Радона является получение рентгеновских снимков объекта с разных направлений вокруг объекта.A clear example of the direct Radon transform is the acquisition of x-ray images of an object from different directions around the object.

"Обратное преобразование Радона"."The inverse Radon transform."

Обратное преобразование Радона сводится к переводу функции P(Q,s) из системы координат угловых проекций в декартову систему координат I(x,y). В аналоговом виде такое преобразование описывается сложным интегральным уравнением, в дискретном виде - специфической суммой.The inverse Radon transform reduces to the translation of the function P (Q, s) from the coordinate system of the angular projections into the Cartesian coordinate system I (x, y). In analog form, such a transformation is described by a complex integral equation, in discrete form - by a specific sum.

Наглядным примером обратного преобразования Радона является получение томографического изображения пациента в медицинской компьютерной томографии на основе набора его рентгеновских проекций, полученных под различными углами.A good example of the inverse Radon transform is the acquisition of a tomographic image of a patient in medical computed tomography based on a set of X-ray projections obtained from various angles.

Математические основы предлагаемого изобретенияThe mathematical foundations of the invention

1. Устранение влияния фактора 1/r в трехмерной реконструкции.1. Elimination of the influence of factor 1 / r in three-dimensional reconstruction.

Приводимые математические соотношения по трехмерной реконструкции справедливы как для случая использования отдельной щели в качестве коллиматора, так и для случая одного стрипа и движущегося экрана. В обоих случаях возникает геометрия, эквивалентная дивергентному коллиматору. Однако в первом случае сигнал на выходе каждого стрипа представляет непосредственно плоскостной интеграл, а во втором случае плоскостной интеграл получается только после операции обратной свертки.The mathematical relations given in the three-dimensional reconstruction are valid both for the case of using a separate slit as a collimator, and for the case of a single strip and a moving screen. In both cases, a geometry equivalent to the divergent collimator arises. However, in the first case, the signal at the output of each strip represents directly a planar integral, and in the second case, the planar integral is obtained only after the reverse convolution operation.

Будем считать, что значение плоскостного интеграла так или иначе уже измерено. Покажем, как компенсируются искажения типа 1/r в реконструируемом изображении, при отклонении фокальной точки "коллиматора" от оси вращения 25 на угол δ.We assume that the value of the planar integral is already measured in one way or another. We show how the distortions of type 1 / r in the reconstructed image are compensated for when the focal point of the “collimator” deviates from the rotation axis 25 by an angle δ.

На Фиг.11А показаны проекции плоскостей интегрирования на плоскость, параллельную оси вращения 25, для угла поворота θ и угла поворота θ+180° системы детектор-коллиматор 11. Буквой а обозначены плоскости интегрирования для "крайнего стрипа", буквой b обозначены плоскости интегрирования для "n-ного стрипа". Плоскость интегрирования без смещения фокальной точки обозначена 50, плоскость интегрирования при смещении фокальной точки на угол δ обозначена 51, плоскость интегрирования при смещении фокальной точки на угол -δ обозначена 52.On figa shows the projection of the integration planes on a plane parallel to the axis of rotation 25, for the rotation angle θ and rotation angle θ + 180 ° of the detector-collimator system 11. The letter a denotes the integration plane for the "extreme strip", the letter b denotes the integration plane for "n-th strip." The integration plane without shifting the focal point is indicated by 50, the integration plane by shifting the focal point by δ is indicated by 51, the integration plane by shifting the focal point by -δ is indicated by 52.

На Фиг.11В показана изометрия плоскостей интегрирования для "n-ного стрипа".11B shows an isometry of the integration planes for the “n-th strip”.

Для дивергентного коллиматора значение плоскостного интеграла g(δ), в локальной системе координат привязанной к "n-ному" стрипу (Фиг.11В), при отклонении фокальной точки от оси 25 вращения системы детектор-коллиматор на угол δ равноFor a divergent collimator, the value of the planar integral g (δ), in the local coordinate system tied to the "n-th" strip (Fig. 11B), when the focal point deviates from the axis of rotation of the detector-collimator system by an angle δ is equal to δ

Figure 00000001
Figure 00000001

где f() - функция трехмерного распределения радионуклида 42 внутри исследуемого объекта 12.where f () is the function of the three-dimensional distribution of the radionuclide 42 inside the investigated object 12.

Значение плоскостного интеграла g(-δ), при отклонении фокальной точки от оси вращения в другую сторону на угол -δ в локальной системе координат, равноThe value of the planar integral g (-δ), when the focal point deviates from the axis of rotation in the other direction by an angle -δ in the local coordinate system, is

Figure 00000002
Figure 00000002

Если разницу двух этих значений g(δ) и g(-δ) умножить на константуIf the difference between these two values g (δ) and g (-δ) is multiplied by a constant

Figure 00000003
Figure 00000003

определяемую углом δ отклонения фокальной точки от оси, то получим следующее соотношениеdetermined by the angle δ of the deviation of the focal point from the axis, we obtain the following relation

Figure 00000004
Figure 00000004

которое можно переписать какwhich can be rewritten as

Figure 00000005
Figure 00000005

При этом разницуThe difference

Figure 00000006
Figure 00000006

можно трактовать как аппроксимацию частной производной функции f(), по переменной δ умноженной на константу, равнуюcan be interpreted as an approximation of the partial derivative of the function f (), with respect to the variable δ multiplied by a constant equal to

Figure 00000007
Figure 00000007

одновременно учитывая то, чтоat the same time considering that

Figure 00000008
Figure 00000008

Тогда, принимая во внимание то, что в декартовой системе координат частную производную можно вынести из под знака интегралаThen, taking into account the fact that in the Cartesian coordinate system the partial derivative can be taken out from under the integral sign

Figure 00000009
Figure 00000009

разницу для двух плоскостных интегралов при противоположных углах δ можно переписать какthe difference for two planar integrals at opposite angles δ can be rewritten as

Figure 00000010
Figure 00000010

откуда видно, что эта разница не содержит члена, пропорционального 1/r, и аппроксимирует первую производную от функции ∫∫f(r,α,ω))rdrdα прямого преобразования Радона. В то же время известно [10], что для получения обратного преобразования Радона необходимо осуществить операцию "обратного" проецирования второй производной плоскостного интегралаwhence it is clear that this difference does not contain a term proportional to 1 / r and approximates the first derivative of the direct Radon transform of the function ∫∫f (r, α, ω)) rdrdα. At the same time, it is known [10] that in order to obtain the inverse Radon transform it is necessary to carry out the operation of “inverse” projection of the second derivative of the plane integral

Figure 00000011
Figure 00000011

на область трехмерной реконструкции.to the area of three-dimensional reconstruction.

Таким образом, вычисляя разницу плоскостных интегралов для двух противоположных углов отклонения фокальной точки от оси вращения, мы получаем первую производную, свободную от влияния фактора 1/r.Thus, calculating the difference of planar integrals for two opposite angles of deviation of the focal point from the axis of rotation, we obtain the first derivative, free from the influence of the factor 1 / r.

После вычисления разницы плоскостных интегралов перекомпановываем данные в параллельную геометрию [4], затем по первой производной вычисляем вторую производную и осуществляем операцию "обратного проецирования", в результате чего получаем трехмерную реконструкцию искомой величины, свободную от влияния фактора 1/r.After calculating the difference of the planar integrals, we recompute the data into parallel geometry [4], then we calculate the second derivative from the first derivative and perform the “back projection” operation, as a result of which we obtain a three-dimensional reconstruction of the desired value, free from the influence of the 1 / r factor.

В заключение добавим, что:In conclusion, we add that:

а. фокус для однощелевого (пинхольного) коллиматора с математической точки зрения находится там, где расположена щель,but. the focus for the single-slot (pinhole) collimator from the mathematical point of view is where the slot is located,

в. фокус для одного стрипа и движущегося неоднородного экрана с математической точки зрения находится там, где расположен стрип.at. the focus for one strip and a moving inhomogeneous screen from the mathematical point of view is where the strip is located.

Следовательно, чтобы устранить влияние фактора 1/r в трехмерной реконструкции в первом случае необходимо сдвинуть щель, а во втором случае сам стрип относительно оси вращения системы детектор-коллиматор на угол δ.Therefore, in order to eliminate the influence of factor 1 / r in three-dimensional reconstruction, in the first case it is necessary to shift the gap, and in the second case the strip itself relative to the axis of rotation of the detector-collimator system by angle δ.

1. Аккуратное вычисление производных1. Accurate calculation of derivatives

Анализ выражения (10) по устранению искажающего фактора 1/r показывает, что в качестве оценки производной используется приращение функции. Но это тоже приводит к определенным искажениям. Наиболее наглядно характер искажений можно видеть в частотной области (Фиг.12).An analysis of expression (10) to eliminate the distorting factor 1 / r shows that the increment of the function is used as an estimate of the derivative. But this also leads to certain distortions. The most obvious nature of the distortion can be seen in the frequency domain (Fig).

Использование приращения функции в качестве ее производной приводит к "завалу" низких частот в оценке производной и, как следствие, к искажению результата реконструкции. Это отчетливо видно на Фиг.12, где показаны амплитудно-частотные характеристики оператора приращения - Фиг.12(А) и оператора дифференцирования - Фиг.12(В).Using the increment of a function as its derivative leads to a “blockage” of low frequencies in the estimation of the derivative and, as a result, to a distortion of the reconstruction result. This is clearly seen in Fig. 12, which shows the amplitude-frequency characteristics of the increment operator - Fig. 12 (A) and the differentiation operator - Fig. 12 (B).

Чтобы устранить отличие оператора приращения от оператора дифференцирования, необходимо в частотной области умножить Фурье образ функции приращений на Фурье образ корректирующей функцииTo eliminate the difference between the increment operator and the differentiation operator, it is necessary to multiply the Fourier image of the increment function by the Fourier image of the correction function in the frequency domain

Figure 00000012
Figure 00000012

где f'() - искомая первая производная функции,where f '() is the desired first derivative of the function,

F-1[] - оператор обратного преобразования Фурье,F -1 [] - the operator of the inverse Fourier transform,

F[] - оператор прямого преобразования Фурье,F [] is the direct Fourier transform operator,

Δf() - функция приращений, полученная на основе вычитания измерений для двух, противоположных смещений фокальной точки,Δf () is the increment function obtained by subtracting measurements for two opposite focal point offsets,

K(Ω) - Фурье образ корректирующей функции.K (Ω) - Fourier image of the correction function.

Figure 00000013
Figure 00000013

где D(Ω) - Фурье образ оператора дифференцирования,where D (Ω) is the Fourier transform of the differentiation operator,

K(Ω) - Фурье образ оператора приращения.K (Ω) is the Fourier transform of the increment operator.

При этом в качестве Фурье образа оператора дифференцирования D(ω) необязательно использовать "чистое" дифференцирование, показанное на Фиг.12(В). Возможно использование различных "регуляризирующих" вариантов [6] для повышения точности реконструкции - Фиг.12(С), суть которых сводится к некоторому сглаживанию результата реконструкции.Moreover, as the Fourier transform of the differentiation operator D (ω), it is not necessary to use the “pure” differentiation shown in Fig. 12 (B). It is possible to use various "regularizing" options [6] to improve the accuracy of reconstruction - Fig. 12 (C), the essence of which is reduced to some smoothing of the reconstruction result.

Полученная таким образом первая производная позволит производить реконструкцию с устранением фактора 1/r и без "завала" нижних частот в реконструированном изображении.The first derivative obtained in this way will allow reconstruction to be performed with the elimination of the 1 / r factor and without “blocking” the low frequencies in the reconstructed image.

Аналогичным образом после перекомпоновки данных из веерной геометрии в параллельную [4], следует вычислять вторую производную, используя не приращение, а оператор дифференцирования.Similarly, after rearranging the data from fan geometry to parallel [4], the second derivative should be calculated using not the increment, but the differentiation operator.

Figure 00000014
Figure 00000014

При этом в качестве оператора дифференцирования также можно использовать не чистое дифференцирование - Фиг.12В, а различные варианты регуляризации - Фиг.12С, как и при вычислении первой производной. Оценка второй производной, особенно в шумах, станет точнее, улучшится точность реконструкции.Moreover, as the differentiation operator, it is also possible to use not pure differentiation — FIG. 12B, but various regularization options — FIG. 12C, as in the calculation of the first derivative. Evaluation of the second derivative, especially in noise, will become more accurate, the reconstruction accuracy will improve.

3. Двумерная реконструкция3. Two-dimensional reconstruction

В предлагаемом техническом решении помимо трехмерной реконструкции можно осуществлять и двухмерную реконструкцию трехмерного распределения радионуклида на плоскость детектора для всех вариантов технического решения. В этом случае плоскостные интегралы проецируются на плоскость детектора в виде линий, и реконструкция от плоскостных интегралов переходит к реконструкции линейных интегралов. В этом случае реконструкцию производят для обратного преобразования Радона для линейных интегралов и "параллельной геометрии". Термин "параллельная геометрия" является устоявшимся и широко используется в трансаксиальной томографии.In the proposed technical solution, in addition to three-dimensional reconstruction, it is possible to carry out two-dimensional reconstruction of the three-dimensional distribution of the radionuclide on the plane of the detector for all variants of the technical solution. In this case, the plane integrals are projected onto the detector plane in the form of lines, and the reconstruction from plane integrals proceeds to the reconstruction of linear integrals. In this case, the reconstruction is performed for the inverse Radon transform for linear integrals and "parallel geometry". The term "parallel geometry" is well-established and is widely used in transaxial tomography.

В нашем случае (Фиг.1) данное преобразование сводится к получению набора проекций Rθ(x') плоскостных интегралов на плоскость детектора для различных углов θ поворота системы детектор-коллиматорIn our case (Fig. 1), this transformation is reduced to obtaining a set of projections R θ (x ') of plane integrals on the plane of the detector for various angles θ of rotation of the detector-collimator system

Figure 00000015
Figure 00000015

где I(x,y) - проекция трехмерного распределения радионуклида на плоскость детектора.where I (x, y) is the projection of the three-dimensional distribution of the radionuclide on the plane of the detector.

Оси x' и y' задаются поворотом на угол θ против часовой стрелки в плоскости детектора, перпендикулярной оси 25:The axes x 'and y' are defined by turning the angle θ counterclockwise in the plane of the detector perpendicular to axis 25:

Figure 00000016
Figure 00000016

с последующим восстановлением изображения проекции трехмерного распределения радионуклида на плоскость детектора из набора проекций, то есть получению обратного R-1 преобразования Радона [6], которое в операторном виде может быть записано какwith subsequent restoration of the image of the projection of the three-dimensional distribution of the radionuclide on the plane of the detector from the set of projections, that is, obtaining the inverse R -1 Radon transform [6], which in the operator form can be written as

Figure 00000017
Figure 00000017

где Dy - оператор частной производной по первой переменной;where D y is the partial derivative operator with respect to the first variable;

Нy - оператор преобразования Гильберта;H y is the Hilbert transform operator;

В - оператор обратного проецирования.B is the back projection operator.

За более детальным описанием прямого и обратного преобразования Радона для линейных интегралов при параллельной геометрии следует обратиться к указанному ранее источнику [6]. Там же можно найти несколько дискретных вариантов реализации обратного преобразования Радона для параллельной геометрии, называемых обычно алгоритмами реконструкции [6] и используемых в цифровых вычислительных машинах.For a more detailed description of the direct and inverse Radon transforms for linear integrals with parallel geometry, refer to the source indicated earlier [6]. There you can find several discrete options for the implementation of the inverse Radon transform for parallel geometry, usually called reconstruction algorithms [6] and used in digital computers.

Здесь же важно отметить, что плоскостные интегралы (и их линейные проекции) содержат искажающий фактор, пропорциональный 1/r, поэтому получаемое двумерное реконструируемое изображение будет содержать также этот фактор. С этим можно мириться, считая что для двумерного случая это непринципиально, так как все слои трехмерного распределения сложены "в одну стопку" как в рентгеновском снимке. Отличие от рентгеновского снимка состоит лишь в том, что "вклад" каждого слоя зависит от расстояния, на котором находится слой от плоскости детектора. Но можно и не мириться, считая, что двумерная реконструкция может использоваться далее при получении трехмерного результата восстановления. В этом случае влияние фактора 1/r необходимо устранить. После устранения фактора 1/r двумерная реконструкция будет аналогична обычному рентгеновскому снимку, где влияние 1/r отсутствует.It is important to note here that planar integrals (and their linear projections) contain a distorting factor proportional to 1 / r, so the resulting two-dimensional reconstructed image will also contain this factor. You can put up with this, believing that for the two-dimensional case this is unprincipled, since all layers of the three-dimensional distribution are stacked "in one pile" as in an x-ray. The only difference from the X-ray image is that the “contribution” of each layer depends on the distance at which the layer is from the plane of the detector. But you can not put up, believing that two-dimensional reconstruction can be used further in obtaining a three-dimensional restoration result. In this case, the influence of factor 1 / r must be eliminated. After eliminating the 1 / r factor, two-dimensional reconstruction will be similar to a conventional x-ray, where there is no 1 / r effect.

Решить эту проблему можно также как для трехмерного случая, используя разницу двух измерений (приращение функции), проведенных при различных углах смещения фокуса коллиматора. Однако для двумерного случая требуется первая производная, а не вторая, что следует из анализа обратного преобразования Радона для линейных интегралов.This problem can also be solved as for the three-dimensional case, using the difference of two measurements (increment of the function), carried out at different angles of bias of the focus of the collimator. However, for the two-dimensional case, the first derivative is required, and not the second, which follows from the analysis of the inverse Radon transform for linear integrals.

Использование в качестве первой производной приращения функции приведет к "завалу" нижних частот в реконструируемом изображении, что отмечалось в разделе, затрагивающем вычисление производных. Поэтому, чтобы устранить искажения типа "завала" высоких частот, следует воспользоваться приемами, описанными в разделе по вычислению производных.Using the function as the first derivative will lead to a “blockage” of low frequencies in the reconstructed image, which was noted in the section concerning the calculation of derivatives. Therefore, in order to eliminate distortions of the “blockage” type of high frequencies, one should use the techniques described in the section on calculating derivatives.

4. Снижение искажений, связанных с неполным набором данных.4. Reduced distortion associated with an incomplete data set.

Помимо указанного ранее фактора 1/r в реконструкции может возникнуть другой искажающий фактор, связанный с тем, что стрип-детектор не может "захватить" весь объект целиком, края объекта не попадают в поле зрения детектора. Такая ситуация возникает, когда размер стрип-детектора меньше размера объекта, или когда используется конвергентный коллиматор [3-6]. С математической точки зрения такая ситуация известна как ненулевые краевые условия в проекции или неполный набор данных [6]. Возникающие при этом искажения в реконструированном изображении в основном связаны со "скачком" производной в тех местах, где данные обрываются.In addition to the 1 / r factor indicated earlier, another distorting factor may arise in the reconstruction, due to the fact that the strip detector cannot “capture” the entire object, the edges of the object do not fall into the field of view of the detector. Such a situation arises when the strip detector is smaller than the size of the object, or when a convergent collimator is used [3-6]. From a mathematical point of view, such a situation is known as nonzero boundary conditions in the projection or an incomplete data set [6]. The resulting distortions in the reconstructed image are mainly associated with the “jump” of the derivative in those places where the data breaks off.

Полностью устранить влияние отсутствия данных на результат реконструкции принципиально невозможно. Однако можно уменьшить влияние искажений. Уменьшать искажения можно дополнением данных. В данном техническом решении предлагается дополнять отсутствующие данные плавно изменяющейся функцией типа sin() или cos(). Данные дополняют алгоритмическим путем, следующим образомIt is fundamentally impossible to completely eliminate the effect of lack of data on the reconstruction result. However, the effect of distortion can be reduced. You can reduce distortion by adding data. This technical solution proposes to supplement the missing data with a smoothly changing function of the type sin () or cos (). The data is supplemented by an algorithmic method, as follows

Figure 00000018
Figure 00000018

где М - число стрипов в детекторе,where M is the number of strips in the detector,

K - число отсчетов в полном наборе данных,K is the number of samples in the complete data set,

i - номер дополнения, лежащий в диапазоне от 1 до K - М,i is the number of additions lying in the range from 1 to K - M,

I(1) - измеренные значения интенсивности излучения для 1-го стрипа,I (1) - the measured values of the radiation intensity for the 1st strip,

I(М) - измеренные значения интенсивности излучения для М-го стрипа,I (M) - the measured values of the radiation intensity for the M-th strip,

ID(М+i) - дополненные значения интенсивности излучения.I D (M + i) - supplemented values of the radiation intensity.

При этом считается, что данные отсутствуют только "справа" от измеренных значений. Если данные отсутствуют как "справа", так и "слева" от измеренных значений, то полученный набор "полных" данных сдвигают циклически (как в регистре компьютера) на необходимую величину.Moreover, it is believed that the data are not available only "to the right" of the measured values. If the data are not available both “to the right” and “to the left” of the measured values, then the resulting set of “complete” data is shifted cyclically (as in the computer register) by the required value.

Данный подход основан на том, что вычисление производных с устранением искажающих факторов удобно производить в частотной области, как отмечалось ранее. При этом используется быстрое дискретное преобразование Фурье - БПФ. Использование этого преобразования предполагает, что функция, к которой оно применяется, периодическая. Поэтому предложенный подход сводится к дополнению данных таким образом, чтобы отсутствовал разрыв на концах периодической функции.This approach is based on the fact that the calculation of derivatives with the elimination of distorting factors is conveniently performed in the frequency domain, as noted earlier. The fast discrete Fourier transform - FFT is used. Using this transformation assumes that the function to which it is applied is periodic. Therefore, the proposed approach is reduced to supplementing the data in such a way that there is no gap at the ends of the periodic function.

Использование приведенного подхода по дополнению данных не является оптимальным, однако во многих практических случаях позволяет повысить точность реконструкции, связанной со скачком производной в тех местах, где данные обрываются, особенно, при двумерной реконструкции.Using the above approach to supplement the data is not optimal, however, in many practical cases, it allows to increase the accuracy of reconstruction associated with a jump in the derivative in those places where the data breaks off, especially during two-dimensional reconstruction.

5. Калибровка измеренных данных - устранение неизвестного множителя.5. Calibration of the measured data - elimination of an unknown factor.

Процедура калибровки требуется для всех вариантов предлагаемого технического решения, поскольку измеренные значения интенсивности излучения содержат искажения, вызванные различными причинами.The calibration procedure is required for all variants of the proposed technical solution, since the measured values of the radiation intensity contain distortions caused by various reasons.

При использовании многощелевого коллиматора прозрачность отдельных щелей невозможно сделать абсолютно идентичной. Невозможно также сделать абсолютно идентичным и усиление в каждом стрипе стрип-детектора. При использовании однощелевого коллиматора (пинхольного) возникают искажения, связанные с различной удаленностью частей объекта до детектора. Аналогичные искажения возникают и при использовании в качестве стрип-детектора одного стрипа и движущегося неоднородного экрана.When using a multi-slit collimator, the transparency of individual slits cannot be made absolutely identical. It is also impossible to make absolutely identical the gain in each strip of the strip detector. When using a single-slot collimator (pinhole), distortions occur due to the different remoteness of the parts of the object to the detector. Similar distortions arise when using a single strip and a moving inhomogeneous screen as a strip detector.

Все перечисленные искажения относятся к мультипликативным, то есть искажениям, вызванным умножением измеряемой величины (интенсивности излучения) на некий неизвестный множитель. Если этот неизвестный множитель измерить и поделить измеренные значения на его величину, то искажения исчезнут. Если искажения не устранять, то в реконструируемом изображении появятся кольцевые артефакты. В известных технических решениях [3, 4] эта проблема не рассматривалась.All of these distortions are multiplicative, that is, distortions caused by multiplying the measured quantity (radiation intensity) by some unknown factor. If this unknown factor is measured and the measured values divided by its value, then the distortions disappear. If the distortions are not eliminated, then ring artifacts will appear in the reconstructed image. In known technical solutions [3, 4] this problem was not considered.

В данном техническом решении, как и в гамма-камерах Анже, предлагается решать эту проблему путем измерения интенсивности излучения от однородного фантома. Особенность измерения для данного технического решения состоит в отсутствии вращения системы детектор-коллиматор, необходимой при исследовании объекта, и специальной форме однородного фантома.In this technical solution, as in Angers gamma cameras, it is proposed to solve this problem by measuring the radiation intensity from a homogeneous phantom. The measurement feature for this technical solution consists in the absence of rotation of the detector-collimator system, necessary when examining the object, and in the special form of a homogeneous phantom.

После того как измерения проведены, калибровка проводится в соответствии со следующим соотношениемAfter the measurements are carried out, the calibration is carried out in accordance with the following ratio

Figure 00000019
Figure 00000019

где i - номер стрипа в детекторе,where i is the number of the strip in the detector,

I(i) - калиброванное значение измерения интенсивности излучения [имп/сек],I (i) is the calibrated value of the measurement of radiation intensity [imp / sec],

A(i) - измеренное значения интенсивности излучения [имп/сек],A (i) is the measured value of the radiation intensity [imp / sec],

C(i) - измеренная нормированная по максимуму интенсивность излучения от однородного фантома [безразмерная от 0 до 1].C (i) - measured maximum normalized radiation intensity from a homogeneous phantom [dimensionless from 0 to 1].

Подробности организации измерения интенсивности излучения от однородного фантома и описание фантома приведено в соответствующем разделе.Details of the organization of measuring the intensity of radiation from a homogeneous phantom and a description of the phantom are given in the corresponding section.

6. Прямая и обратная свертка6. Forward and reverse convolution

Приводимые далее математические соотношения по свертке справедливы как для случая использования координатно нечувствительного детектора большой площади, так и для случая использования в качестве детектора одного стрипа. При этом при использовании детектора большой площади они справедливы как для случая с экраном, расположенным между детектором и коллиматором (экран для излучения радионуклида), так и для случая с экраном, расположенным между сцинтиллятором и фотодетектором (экран в виде движущегося или пространственного оптического модулятора).The convolution mathematical relations given below are valid both for the case of using a coordinate-insensitive large-area detector and for the case of using a single strip as a detector. In this case, when using a large-area detector, they are valid both for the case with a screen located between the detector and the collimator (screen for radionuclide radiation), and for the case with the screen located between the scintillator and photodetector (screen in the form of a moving or spatial optical modulator).

Во всех указанных случаях регистрируемый детектором сигнал С(x') будет являться результатом интеграла свертки (конволюции) искомого плоскостного интеграла исследуемого предмета и функции распределения неоднородности экрана вдоль направления его движенияIn all these cases, the signal C (x ') recorded by the detector will be the result of the convolution (convolution) integral of the desired plane integral of the object under study and the distribution function of the screen inhomogeneity along its direction of motion

Figure 00000020
Figure 00000020

где I(x') - искомый плоскостной интеграл;where I (x ') is the desired plane integral;

Н(х') - распределение неоднородности вдоль движения экрана;H (x ') is the distribution of heterogeneity along the movement of the screen;

С(х') - регистрируемый детектором сигнал.C (x ') is the signal recorded by the detector.

При этом с учетом того, что экран движется (сканирует), регистрируемый детектором сигнал является функцией времениMoreover, taking into account the fact that the screen moves (scans), the signal recorded by the detector is a function of time

Figure 00000021
Figure 00000021

где V - скорость сканирования;where V is the scanning speed;

t - время сканирования.t is the scan time.

Чтобы получить искомое значение плоскостного интеграла необходимо выполнить операцию обратной свертки (деконволюции) над регистрируемым детектором сигналомTo obtain the desired value of the plane integral, it is necessary to perform the operation of reverse convolution (deconvolution) over the signal detected by the detector

Figure 00000022
Figure 00000022

где H-1(x') - восстанавливающая функция для Н(x').where H -1 (x ') is the restoring function for H (x').

Анализ выражений (13) и (14) показывает, что если функция Н(x') - дельта-функция, что соответствует неоднородности экрана в виде узкой щели, то восстановление не требуется, так как регистрируемый детектором сигнал в точности соответствует плоскостному интегралу исследуемого предмета. Если функция Н(x') константа, что соответствует полному отсутствию неоднородности, то восстановление вообще невозможно. Таким образом, фундаментальным требованием к функции распределения неоднородности экрана является требование отличия функции неоднородности экрана от константы. Если это требование выполняется, то можно провести прямое и обратное преобразование с той или иной степенью достоверности.An analysis of expressions (13) and (14) shows that if the function H (x ') is a delta function, which corresponds to a screen inhomogeneity in the form of a narrow gap, then recovery is not required, since the signal recorded by the detector exactly corresponds to the planar integral of the object under study . If the function H (x ') is constant, which corresponds to the complete absence of heterogeneity, then recovery is generally impossible. Thus, the fundamental requirement for the distribution function of the screen heterogeneity is the requirement that the screen heterogeneity function is different from the constant. If this requirement is met, then a direct and inverse transformation can be carried out with varying degrees of certainty.

С математической точки зрения данная задача принадлежит к так называемому классу некорректных обратных задач, решение которых разработано академиком Тихоновым [4] и основано на регуляризации. Суть данных решений, основанных на регуляризации, проще всего изложить с использованием частотного подхода.From a mathematical point of view, this problem belongs to the so-called class of incorrect inverse problems, the solution of which was developed by academician Tikhonov [4] and is based on regularization. The essence of these decisions based on regularization is most easily stated using the frequency approach.

Если F[C(x')] - Фурье образ плоскостного интеграла, a F[H(x')] - Фурье образ распределения неоднородности экрана, то Фурье образ искомого плоскостного интеграла F[I(x')] равенIf F [C (x ')] is the Fourier image of the plane integral, and F [H (x')] is the Fourier image of the distribution of the screen inhomogeneity, then the Fourier image of the desired plane integral F [I (x ')] is

Figure 00000023
Figure 00000023

где λ - коэффициент регуляризации.where λ is the regularization coefficient.

А сам плоскостной интеграл равенAnd the plane integral itself is equal to

Figure 00000024
Figure 00000024

где F-1[…] - оператор обратного частотного преобразования.where F- 1 [...] is the inverse frequency conversion operator.

То есть Фурье образ восстанавливающей функции F[H-1(x')] равенThat is, the Fourier image of the recovery function F [H -1 (x ')] is equal to

Figure 00000025
Figure 00000025

а сама восстанавливающая функция равнаand the recovery function itself is equal to

Figure 00000026
Figure 00000026

Следовательно, суть коэффициента регуляризации λ состоит в защите от деления на малые величины. Его конкретное значение выбирают в зависимости от характера функции F[H(x')].Therefore, the essence of the regularization coefficient λ is to protect against dividing by small quantities. Its specific value is selected depending on the nature of the function F [H (x ')].

Приведенное описание сути регуляризации является частным и за более детальным объяснением следует обратиться к [4].The above description of the essence of regularization is a particular one and for a more detailed explanation, refer to [4].

При практической реализации с использованием цифровой вычислительной техники регистрируемый детектором сигнал дискретизируют во времени. Непрерывное интегрирование преобразуется в суммирование дискретизированных величин.In a practical implementation using digital computer technology, the signal recorded by the detector is sampled in time. Continuous integration is converted to a summation of discretized quantities.

Регистрируемый детектором сигнал равенThe signal registered by the detector is

Figure 00000027
Figure 00000027

искомые дискретные значения плоскостного интеграла равныthe desired discrete values of the planar integral are equal

Figure 00000028
Figure 00000028

При этом нахождение дискретных восстанавливающих функций Н-1(…) возможно обеспечить на основе знания дискретных распределений неоднородности экрана H(…) и регуляризирующего подхода, описанного ранее [4], совместно с дискретным преобразованием Фурье.In this case, the discrete recovery functions H -1 (...) can be found based on the knowledge of the discrete distributions of the screen inhomogeneity H (...) and the regularizing approach described earlier [4], together with the discrete Fourier transform.

Однако, кроме использования апериодической свертки, возможно использование циклической свертки. В этом случае данные можно представить расположенными циклически с периодом повторения N.However, in addition to using aperiodic convolution, it is possible to use cyclic convolution. In this case, the data can be presented arranged cyclically with a repetition period of N.

В случае использования циклической свертки соотношения приобретают несколько иной вид:In the case of using cyclic convolution, the ratios take on a slightly different form:

Figure 00000029
Figure 00000029

Figure 00000030
Figure 00000030

где mod[…,N] означает вычисление значения по модулю N от указанной величины.where mod [..., N] means the calculation of the value modulo N of the specified value.

При этом, чем с большей частотой произведена дискретизация измеряемого детектором сигнала, тем больше пространственное разрешение будет иметь изображение исследуемого предмета после реконструкции.At the same time, the higher the sampling rate of the signal measured by the detector, the greater the spatial resolution will be the image of the studied object after reconstruction.

То есть при данном подходе пространственное разрешение (в первом приближении) определяется частотой дискретизации измеряемого детектором сигнала. Если функция распределения неоднородности экрана известна, то для получения изображения более высокого разрешения требуется всего лишь увеличить частоту дискретизации сигнала без изменения распределения интенсивности излучения в сечении пучка.That is, with this approach, the spatial resolution (to a first approximation) is determined by the sampling rate of the signal measured by the detector. If the distribution function of the screen inhomogeneity is known, then to obtain a higher resolution image, you just need to increase the sampling frequency of the signal without changing the distribution of the radiation intensity in the beam cross section.

Число стрипов М, длина перемещения экрана S, скорость его перемещения V и интервал дискретизации Δt завязаны следующим соотношениемThe number of strips M, the length of the screen S, its speed V and the sampling interval Δt are related by the following relation

Figure 00000031
Figure 00000031

В условиях наличия шумов, что соответствует реальной практической ситуации, выбор произвольной функции свертки (произвольного распределения неоднородности экрана), видимо, не будет практичным вариантом решения задачи. В условиях наличия шумов более практичным вариантом будет выбор такой функции свертки, которая для заданной частоты дискретизации максимизирует по какому-либо критерию отношение сигнал/шум в изображении исследуемого предмета. Например, по критерию максимума отношения сигнал/шум для каждого отдельного элемента изображения. В этом случае решение задачи в дискретной форме известно на основе использования массивов, имеющих плоские боковые лепестки в циклических автокорреляционных функциях, так называемые URA массивы [5]. Эти массивы построены на основе использования функций Уолша, то есть на основе 0 и 1. Для этих массивов известны восстанавливающие функции Н-1(…) [5], которые будут состоять из -1 и +1. Кроме того, известно, что максимальное отношение сигнал/шум в каждом отдельном элементе восстановленного изображения достигается для массивов URA, обладающих эффективной прозрачностью по отношению к проникающему излучению 50% (то есть, число единиц равно 50% от общей длины массива). Использование массивов URA с другим коэффициентом прозрачности (большим или меньшим 50%) не нарушает работоспособности, но понижает отношение сигнал/шум в результирующем изображении.In the presence of noise, which corresponds to the real practical situation, the choice of an arbitrary convolution function (arbitrary distribution of screen inhomogeneity), apparently, will not be a practical solution to the problem. In the presence of noise, a more practical option would be to choose a convolution function that, for a given sampling rate, maximizes, according to some criterion, the signal-to-noise ratio in the image of the subject under study. For example, by the criterion of the maximum signal-to-noise ratio for each individual image element. In this case, the solution of the problem in discrete form is known based on the use of arrays having flat side lobes in cyclic autocorrelation functions, the so-called URA arrays [5]. These arrays are based on the use of Walsh functions, that is, on the basis of 0 and 1. For these arrays, the restoring functions H -1 (...) [5] are known, which will consist of -1 and +1. In addition, it is known that the maximum signal-to-noise ratio in each individual element of the reconstructed image is achieved for URA arrays having an effective transparency with respect to penetrating radiation of 50% (i.e., the number of units is 50% of the total length of the array). The use of URA arrays with a different transparency coefficient (greater than or less than 50%) does not interfere with operability, but lowers the signal-to-noise ratio in the resulting image.

Изготавливать неоднородные экраны на основе массивов URA так же очень просто, поскольку это сводится к проделыванию отверстий в экране.Making heterogeneous screens based on URA arrays is also very simple, since it comes down to making holes in the screen.

Использование других критериев оптимизации может привести к использованию других функций свертки, но не изменит метод решения задачи.Using other optimization criteria may lead to the use of other convolution functions, but will not change the method of solving the problem.

Таким образом, глобальный вывод, который следует из предложенного рассмотрения, состоит в том, что при надлежащем выборе функции свертки (распределении неоднородности экрана) можно не только получить высокое пространственное разрешение, но и эффективно регистрировать излучение радионуклида.Thus, the global conclusion that follows from the proposed consideration is that, with the proper choice of the convolution function (distribution of screen inhomogeneity), it is possible not only to obtain high spatial resolution, but also to efficiently record radionuclide radiation.

В тоже время, если не рассматривать задачу максимально эффективного измерения плоскостных интегралов, то в качестве функции свертки (распределения неоднородности экрана), даже в условиях шумов, можно использовать практически любую функцию. При этом конечное разрешение в результирующем изображении будет определяться только частотой дискретизации измеряемых данных, а вид функции свертки будет влиять на отношение сигнал/шум в искомом изображении. В этом случае задачу восстановления изображения можно решать на основе дискретных вариантов указанных ранее методов регуляризации, предложенных академиком Тихоновым [4] (во временной или частотной области).At the same time, if we do not consider the task of measuring the planar integrals as efficiently as possible, then almost any function can be used as a convolution function (distribution of screen inhomogeneity), even under noise conditions. In this case, the final resolution in the resulting image will be determined only by the sampling frequency of the measured data, and the form of the convolution function will affect the signal-to-noise ratio in the desired image. In this case, the image restoration problem can be solved on the basis of discrete versions of the previously mentioned regularization methods proposed by Academician Tikhonov [4] (in the time or frequency domain).

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, на которых представлены:The invention is illustrated by drawings, on which:

Фиг.1 - Общая схема устройства для реализации способа.Figure 1 - General diagram of a device for implementing the method.

Фиг.2 - Стрип-детектор на основе структурированного сцинтиллятора.Figure 2 - Strip detector based on a structured scintillator.

Фиг.3 - Стрип-детектор на основе координатно нечувствительного детектора большой площади и расположенного перед ним подвижного экрана переменной вдоль движения экрана прозрачности.Figure 3 - Strip detector based on a coordinate-insensitive detector of a large area and located in front of it a movable variable screen along the movement of the transparency screen.

Фиг.4 - Стрип-детектор на основе сцинтиллятора, координатно нечувствительного фотодетектора большой площади и подвижного светового экрана переменной вдоль движения экрана прозрачности, расположенного между ними.Figure 4 - Strip detector based on a scintillator, coordinate-insensitive photodetector of a large area and a movable light screen variable along the movement of the transparency screen located between them.

Фиг.5 - Стрип-детектор на основе сцинтиллятора, координатно нечувствительного фотодетектора большой площади и подвижного гибкого светового экрана переменной прозрачности, охватывающего сцинтиллятор.Figure 5 - Strip detector based on a scintillator, coordinate-insensitive photodetector of a large area and a flexible flexible light screen of variable transparency, covering the scintillator.

Фиг.6 - Стрип-детектор на основе сцинтиллятора, координатно нечувствительного фотодетектора большой площади и пространственно-временного оптического модулятора, расположенного между ними.6 - Strip detector based on a scintillator, a coordinate-insensitive large area photodetector and a spatio-temporal optical modulator located between them.

Фиг.7 - Стрип-детектор на основе одного стрипа и движущегося неоднородного вдоль движения для излучения радионуклида экрана.7 - Strip detector based on one strip and moving non-uniform along the movement for radiation of the radionuclide of the screen.

Фиг.8 - Стрип-детектор на основе одного стрипа и коаксиального вращающегося неоднородного для излучения радионуклида экрана.Fig. 8 shows a strip detector based on one strip and a coaxial rotating screen non-uniform for radiation of a radionuclide.

Фиг.9 - Расположение свинцовой защиты на стрип-детекторе, состоящем из одного стрипа.Figure 9 - Location of lead protection on a strip detector, consisting of one strip.

Фиг.10 - Коллиматор в виде одной щели в экране.Figure 10 - Collimator in the form of a single slit in the screen.

Фиг.11 - Геометрические соотношения при компенсации искажений 1/r для дивергентного коллиматора.11 - Geometric ratios in the compensation of distortion 1 / r for the divergent collimator.

Фиг.12 - Фурье образы оператора приращения и дифференцирования.Fig - Fourier images of the operator of the increment and differentiation.

Фиг.13 - Относительное расположение однородного фантома и системы детектор-коллиматор при проведении калибровочных измерений.Fig - The relative location of the homogeneous phantom and the detector-collimator system during calibration measurements.

Фиг.14 - Внешний вид макетного образца гамма-камеры со снятым декоративным кожухом.Fig - Appearance of a prototype gamma camera with a removed decorative casing.

Фиг.15 - Сравнительные сцинтиграммы щитовидной железы двух пациентов, полученные на штатной гамма-камере фирмы GE Millennium за время 10 мин с расстояния 10 см и полученные на макетном образце гамма-камеры с расстояния 10 см, при щелевом коллиматоре глубиной 50 мм, шагом 1,6 мм и времени исследования 15 мин.Fig - Comparative scintigrams of the thyroid gland of two patients, obtained on a standard gamma camera from GE Millennium for 10 minutes from a distance of 10 cm and obtained on a prototype gamma camera from a distance of 10 cm, with a slit collimator 50 mm deep, step 1 , 6 mm and a study time of 15 minutes

На Фиг.1 показано устройство, реализующее различные подходы по устранению недостатков существующих технических решений.Figure 1 shows a device that implements various approaches to address the disadvantages of existing technical solutions.

Устройство состоит из коллиматора 7 (конвергентного, дивергентного или рутинного), расположенного перед стрип-детектором 9 и направленного входным отверстием в сторону объекта 12, расположенного на основании 13. Коллиматор 7 и детектор 9 образуют совместно систему коллиматор-детектор 11, которая соединена с системой ее позиционирования 17, содержащую средство 15 вращения системы 17 вокруг продольной оси 14 объекта 12 и соединенное с ним средство 16 для вращения системы 11 вокруг оси 25, перпендикулярной продольной оси объекта 12. Сигнальный выход стрип-детектора 9 соединен со входом системы сбора данных 18, которая соединена по выходу с процессором обработки данных 22, который в свою очередь соединен с компьютером 20. При этом сам компьютер 20 также соединен со средством управления сканированием 19 и средством визуализации результата обработки данных 21. Средство управления сканированием 19 соединено с управляющими входами стрип-детектора 9 и системы позиционирования 17. Номерами 47 и 3 обозначены: радионуклид внутри объекта и его излучение соответственно.The device consists of a collimator 7 (convergent, divergent or routine), located in front of the strip detector 9 and directed by the inlet towards the object 12, located on the base 13. The collimator 7 and detector 9 together form a collimator-detector system 11, which is connected to the system its positioning 17, comprising means 15 for rotating the system 17 around the longitudinal axis 14 of the object 12 and connected to it means 16 for rotating the system 11 around the axis 25 perpendicular to the longitudinal axis of the object 12. Signal output stri The p-detector 9 is connected to the input of the data acquisition system 18, which is connected at the output to the data processing processor 22, which in turn is connected to the computer 20. Moreover, the computer 20 itself is also connected to the scanning control means 19 and the visualization result of the data processing 21 The scanning control means 19 is connected to the control inputs of the strip detector 9 and positioning system 17. Numbers 47 and 3 denote: the radionuclide inside the object and its radiation, respectively.

Устройство, показанное на Фиг.1, работает следующим образом. Компьютер 20 через средство управления сканированием 19 подает начальные установочные сигналы на стрип-детектор 9 и систему позиционирования 17. В результате чего система позиционирования 17 и входящие в нее средства 15 и 16 приходят в исходное положение по углу позиционирования относительно осей 14 и 25. В это же время (или позже или ранее, что не является принципиальным) детектор 9 также приходит в рабочее состояние. Например, на нем устанавливаются рабочие коэффициенты усиления предусилителей, рабочие напряжения и так далее. После этого от средства управления сканированием 19 подается сигнал системе 17. В результате чего система 11 начинает вращаться от средства 16, входящего в состав системы 17, вокруг оси 25 на заданный угол поворота θ (например, 360 градусов). После поворота системы 11 на заданный угол вокруг оси 25, средство 15, входящее в состав системы 17, поворачивает систему 11 на малый заданный угол Δφ вокруг оси 14 (например, 360/N, где N - общее число поворотов вокруг оси 14). После чего повторяется поворот системы 11 вокруг оси 25 от средства 16, но в противоположную сторону. Все сигналы в системе 17 в процессе вращения системы 11 поступают от средства управления 19. Далее указанные действия по вращению вокруг осей 25 и 14 системы 11 повторяются до тех пор, пока не будет произведено сканирование вокруг оси 14 на заданный угол.The device shown in figure 1, operates as follows. The computer 20 through the scanning control means 19 supplies the initial setting signals to the strip detector 9 and the positioning system 17. As a result, the positioning system 17 and the means 15 and 16 included in it come to their initial position in the positioning angle relative to the axes 14 and 25. At this at the same time (or later or earlier, which is not critical), the detector 9 also comes into operation. For example, it sets the operating amplifiers of the preamplifiers, operating voltages, and so on. After that, the signal from the scanning control means 19 is supplied to the system 17. As a result, the system 11 begins to rotate from the means 16, which is part of the system 17, around the axis 25 by a predetermined rotation angle θ (for example, 360 degrees). After the system 11 is rotated by a predetermined angle around axis 25, the tool 15 included in the system 17 rotates the system 11 by a small predetermined angle Δφ about axis 14 (for example, 360 / N, where N is the total number of rotations about axis 14). After that, the rotation of the system 11 around the axis 25 from the means 16, but in the opposite direction, is repeated. All signals in the system 17 during the rotation of the system 11 are received from the control means 19. Further, the indicated actions for rotation around the axes 25 and 14 of the system 11 are repeated until a scan is made around the axis 14 by a predetermined angle.

В процессе указанных действий сигнал о величине плоскостных интегралов с выхода стрип-детектора 9 поступает на вход системы сбора данных 18. После завершения сканирования в системе сбора данных 18 содержится набор данных, необходимый для проведения трехмерной реконструкции, который передается в процессор обработки данных 22, с выхода которого поступает в компьютер 20 и средство визуализации 21.In the process of these actions, a signal about the magnitude of the planar integrals from the output of the strip detector 9 is fed to the input of the data acquisition system 18. After the scan is completed, the data acquisition system 18 contains the data set necessary for three-dimensional reconstruction, which is transmitted to the data processing processor 22, s the output of which enters the computer 20 and the visualization tool 21.

При необходимости измеренные данные, или результат обработки, могут быть переданы сторонним потребителям по линиям передачи данных (не показаны).If necessary, the measured data, or the result of processing, can be transmitted to third-party consumers via data transmission lines (not shown).

В том случае, если не требуется трехмерная реконструкция, а только двумерная, то полного вращения вокруг оси 14 системы 11 не требуется, и сканирование заканчивается после вращения системы 11 на заданный угол θ вокруг оси 25. В этом случае данные из системы сбора данных 18 поступают также на вход процессора обработки данных 22, где производится двумерная реконструкция проекции трехмерного распределения радионуклида в объекте 12 на плоскость детектора 9. Результат реконструкции, как и ранее, визуализируется либо передается сторонним потребителям.In the event that three-dimensional reconstruction is not required, but only two-dimensional, then full rotation around axis 14 of system 11 is not required, and scanning ends after rotation of system 11 by a predetermined angle θ around axis 25. In this case, data from the data acquisition system 18 is received also to the input of the data processing processor 22, where two-dimensional reconstruction of the projection of the three-dimensional distribution of the radionuclide in the object 12 onto the plane of the detector 9 is performed. The reconstruction result, as before, is visualized or transmitted to third-party consumers .

На других чертежах показаны усовершенствования, касающиеся различных частей описанного устройства.Other drawings show improvements regarding various parts of the described device.

На Фиг.2 позиции А и В показан стрип-детектор на основе структурированного сцинтиллятора 40 и фотодиодных линеек 2. Торец структурированного сцинтиллятора показан в позиции С и D.2, positions A and B show a strip detector based on a structured scintillator 40 and photodiode arrays 2. The end face of the structured scintillator is shown at positions C and D.

Детектор Фиг.2 позиция А состоит из структурированного сцинтиллятора 40 и фотодиодных линеек 2а и 2в. Сигнальные выходы фотодиодных линеек 2а и 2в соединены со входами предварительного усилителя - перемножителя - амплитудного дискриминатора 28, а управляющие входы линеек 2а и 2в соединены с выходом управляющего блока 29. Выходы предварительного усилителя - перемножителя - амплитудного дискриминатора 28 и управляющего блока 29 соединены со входами средства сбора данных 18 и средства управления 19.The detector of Fig. 2, position A consists of a structured scintillator 40 and photodiode arrays 2a and 2b. The signal outputs of the photodiode arrays 2a and 2b are connected to the inputs of the pre-amplifier - multiplier - amplitude discriminator 28, and the control inputs of the lines 2a and 2b are connected to the output of the control unit 29. The outputs of the pre-amplifier - multiplier - amplitude discriminator 28 and the control unit 29 are connected to the inputs of the means data collection 18 and controls 19.

Длина сцинтилляционных волокон 41 сцинтиллятора 40 много больше их толщины. Толщина волокон 41 много меньше ширины сцинтиллятора 40, определяемой вдоль направления 35. Направление 35 и ось 25 перпендикулярны.The length of the scintillation fibers 41 of the scintillator 40 is much greater than their thickness. The thickness of the fibers 41 is much less than the width of the scintillator 40, determined along the direction 35. The direction 35 and the axis 25 are perpendicular.

То есть для набора нужной толщины и ширины сцинтиллятора 40 используется множество волокон 41. Ширина фотодиодов, в высокочувствительных фотодиодных линейках 2а и 2в, прикрепленных (приклеенных) к торцам структурированного сцинтиллятора 40, примерно равна толщине сцинтиллятора 40.That is, many fibers 41 are used to set the desired thickness and width of the scintillator 40. The width of the photodiodes, in the highly sensitive photodiode arrays 2a and 2b, attached (glued) to the ends of the structured scintillator 40, is approximately equal to the thickness of the scintillator 40.

Если толщина сцинтиллятора 40 и толщина линеек 2а и 2в сильно отличаются, то они соединяются (приклеиваются) через оптический согласователь (фокон), который на Фиг.2 позиция А не показан.If the thickness of the scintillator 40 and the thickness of the lines 2a and 2b are very different, then they are connected (glued) through an optical coordinator (focon), which is not shown in figure 2, position A.

Детектор Фиг.2 позиция В отличается от позиции А тем, что толщина сцинтилляционных волокон (столбиков) 1, равна толщине структурированного сцинтиллятора 40, то есть толщина сцинтиллятора 40 определяется толщиной одного ряда сцинтилляционных волокон (столбиков) 1.The detector 2 position B differs from position A in that the thickness of the scintillation fibers (columns) 1 is equal to the thickness of the structured scintillator 40, that is, the thickness of the scintillator 40 is determined by the thickness of one row of scintillation fibers (columns) 1.

Ширина волокон (столбиков) 1 примерно равна ширине фотодиодов в линейках 2а и 2в. Примерно означает, что возможно небольшое отклонение, связанное с различиями в размерах фотодиодов и сцинтилляционных волокон (столбиков). Если толщина сцинтиллятора 40 и толщина линеек 2а и 2в сильно отличаются, то они соединяются (приклеиваются) через оптический согласователь (фокон), который на Фиг.2 позиция А не показан. Ширина сцинтиллятора 40 определяется вдоль направления 35, перпендикулярного направлению ориентации волокон (столбиков) 1. Направление 35 и ось 25 перпендикулярны.The width of the fibers (columns) 1 is approximately equal to the width of the photodiodes in the lines 2A and 2B. It approximately means that a slight deviation is possible due to differences in the sizes of photodiodes and scintillation fibers (columns). If the thickness of the scintillator 40 and the thickness of the lines 2a and 2b are very different, then they are connected (glued) through an optical coordinator (focon), which is not shown in figure 2, position A. The width of the scintillator 40 is determined along the direction 35, perpendicular to the direction of orientation of the fibers (columns) 1. The direction 35 and the axis 25 are perpendicular.

Использование высокочувствительных фотодиодных линеек 2 не является обязательным в устройстве Фиг.2, вместо них можно использовать, например, многоканальные щелевые ФЭУ (например, японской фирмы Hamamatsu), что не нарушит работоспособность устройства, но несколько увеличит его размеры.The use of highly sensitive photodiode arrays 2 is not mandatory in the device of Figure 2, instead of them you can use, for example, multi-channel slot PMTs (for example, the Japanese company Hamamatsu), which will not interfere with the operability of the device, but slightly increase its size.

В предлагаемом решении Фиг.2 позиция С отдельные тонкие сцинтилляционные волокна укладывают так, чтобы образовалась толщина сцинтиллятора, необходимая для эффективного поглощения излучения заданной энергии. Ширину набора организуют такой, чтобы получить пространственное разрешение и ширину стрип-детектора требуемого значения. Технология изготовления структурированных сцинтилляторов аналогична используемой в современных цифровых детекторах рентгеновского излучения. Длина сцинтиллятора в этих детекторах не превышает обычно долей сантиметра и определяется эффективностью поглощения излучения. В предлагаемом техническом решении длина сцинтилляционных волокон (столбиков) существенно больше и может составлять десятки сантиметров, и определяется потребной длиной стрипа.In the proposed solution of FIG. 2, position C, individual thin scintillation fibers are laid so that the thickness of the scintillator is formed, which is necessary for the effective absorption of radiation of a given energy. The width of the set is arranged so as to obtain the spatial resolution and width of the strip detector of the desired value. The manufacturing technology of structured scintillators is similar to that used in modern digital x-ray detectors. The scintillator length in these detectors usually does not exceed a fraction of a centimeter and is determined by the efficiency of radiation absorption. In the proposed technical solution, the length of the scintillation fibers (columns) is significantly larger and can be tens of centimeters, and is determined by the required length of the strip.

В качестве сцинтилляционного материала можно использовать как пластиковые сцинтилляторы, так и минеральные сцинтилляторы, например на основе йодида цезия CsI. Стенки сцинтиллятора должны иметь либо зеркальный, либо диффузный отражатель. Зеркальный отражатель наносится путем напыления, например алюминия. Диффузный отражатель наносится путем покраски, например белой диффузной краской.As scintillation material, you can use both plastic scintillators and mineral scintillators, for example, based on cesium iodide CsI. The walls of the scintillator must have either a mirror or a diffuse reflector. Mirror reflector is applied by spraying, for example aluminum. The diffuse reflector is applied by painting, for example with white diffuse paint.

Возможны и другие варианты структурированных сцинтилляционных стрипов, например реализованные на основе использования капилляра с заполнением его жидким сцинтиллятором (для Фиг.2 позиция В) или набора мелких капилляров (Фиг.2 позиция А). В любом случае, чтобы реализовать режим стрип-детектора, соотношение длины к толщине такого структурированного сцинтиллятора должно быть намного больше, чем в известных структурированных сцинтилляторах.Other variants of structured scintillation strips are possible, for example, implemented based on the use of a capillary with filling it with a liquid scintillator (for position 2, position B) or a set of small capillaries (Figure 2 position A). In any case, in order to implement the strip detector mode, the ratio of length to thickness of such a structured scintillator must be much larger than in the known structured scintillators.

Таким образом, отличительной особенностью предлагаемого изобретения по данному пункту является использование в стрип-детекторе структурированного сцинтиллятора, отношение длины которого к его толщине много больше единицы.Thus, a distinctive feature of the present invention under this item is the use of a structured scintillator in the strip detector, the ratio of the length of which to its thickness is much greater than unity.

Использование усилителей - перемножителей - амплитудного дискриминатора 28 и двух линеек фотодиодов 2а и 2в в детекторе Фиг.2 определяется необходимостью компенсировать затухание световых вспышек внутри длинного сцинтиллятора 41 или 1. Если свойства сцинтиллятора 41 или 1 таковы, что затухание световых вспышек в материале сцинтиллятора незначительно, то можно обойтись без схемы компенсации затухания. В этом случае можно использовать только одну линейку фотодиодов, например 2а, и вместо усилителя - перемножителя - амплитудного дискриминатора 18 использовать просто усилитель - амплитудный дискриминатор, что не влияет на работоспособность устройства в этом случае.The use of amplifiers — multipliers — of an amplitude discriminator 28 and two lines of photodiodes 2a and 2b in the detector of FIG. 2 is determined by the need to compensate for the attenuation of light flashes inside a long scintillator 41 or 1. If the properties of the scintillator 41 or 1 are such that the attenuation of light flashes in the scintillator material is negligible, it is possible to dispense with the attenuation compensation circuit. In this case, you can use only one line of photodiodes, for example, 2a, and instead of an amplifier — a multiplier — an amplitude discriminator 18, simply use an amplifier — an amplitude discriminator, which does not affect the operability of the device in this case.

При слабом затухании световых вспышек в материале сцинтиллятора вместо усилителя - перемножителя - амплитудного дискриминатора 18 возможно также использовать усилитель - сумматор - амплитудный дискриминатор на два входа (для каждого стрипа).With a weak attenuation of light flashes in the scintillator material, instead of an amplifier — a multiplier — amplitude discriminator 18, it is also possible to use an amplifier — adder — amplitude discriminator for two inputs (for each strip).

Работает стрип-детектор, представленный на Фиг.2 (вариант А или В), следующим образом. Детектор размещают относительно коллиматора 7 таким образом, чтобы направление сцинтилляционных волокон было параллельно щелям коллиматора 7 - Фиг.1 (направление 35 перпендикулярно щелям коллиматора 7). От средства управления 19 подают сигнал управляющему блоку 29 на начало измерения. Вспышки света, возникающие в сцинтилляторе 41 или 1, под действием излучения 3, распространяются вдоль сцинтиллятора до попадания на фотодиодные линейки 2а и 2в. Вырабатываемый электрический сигнал от линеек 2а и 2в поступает на входы усилителя - перемножителя - амплитудного дискриминатора 28, где усиливается и перемножается. Результат перемножения и дискриминации подается на вход средства сбора данных 18. Далее происходит обработка измеренных данных в соответствии с подходом, описанным при работе всего устройства, показанного на Фиг.1.The strip detector shown in FIG. 2 (option A or B) operates as follows. The detector is placed relative to the collimator 7 so that the direction of the scintillation fibers is parallel to the slots of the collimator 7 - Fig. 1 (direction 35 perpendicular to the slots of the collimator 7). From the control means 19, a signal is sent to the control unit 29 at the beginning of the measurement. Light flashes arising in the scintillator 41 or 1, under the action of radiation 3, propagate along the scintillator until it hits the photodiode arrays 2a and 2b. The generated electrical signal from the lines 2a and 2b is fed to the inputs of the amplifier - multiplier - amplitude discriminator 28, where it is amplified and multiplied. The result of multiplication and discrimination is fed to the input of the data collection means 18. Next, the processing of the measured data is carried out in accordance with the approach described in the operation of the entire device shown in FIG. 1.

Поскольку линейки фотодиодов и сцинтилляторы на основе йодида цезия или пластиковые сцинтилляторы являются достаточно дешевыми компонентами, применяя предлагаемое техническое решение можно создать стрип-детектор большой площади, малой толщины и низкой себестоимости, по сравнению, например, с детектором на основе теллурида кадмия. В отличие от технических решений [3] с использованием линейки детекторов на теллуриде кадмия малой площади предлагаемый детектор будет обладать большой площадью и, следовательно, высокой эффективностью регистрации излучения.Since the line of photodiodes and scintillators based on cesium iodide or plastic scintillators are quite cheap components, using the proposed technical solution, it is possible to create a strip detector of large area, small thickness and low cost, compared, for example, with a detector based on cadmium telluride. In contrast to technical solutions [3] using a line of small-area cadmium telluride detectors, the proposed detector will have a large area and, therefore, high radiation detection efficiency.

Возможность создания детектора с высокой эффективность регистрации является очень важным в медицинских применениях, поскольку позволяет либо сократить время проведения исследования, либо сократить количество вводимого радионуклида.The ability to create a detector with high detection efficiency is very important in medical applications, since it allows either to reduce the time of the study or to reduce the amount of radionuclide administered.

Кроме того, такой детектор можно сделать малым по толщине и неохлаждаемым, что является немаловажным при построении устройства.In addition, such a detector can be made small in thickness and uncooled, which is important when building the device.

Более радикальным вариантом удешевления устройства является использование координатно нечувствительного детектора в качестве стрип-детектора.A more radical way to reduce the cost of the device is to use a coordinate-insensitive detector as a strip detector.

На Фиг.3 показан стрип-детектор, построенный на основе координатно нечувствительного детектора. Стрип-детектор содержит сцинтиллятор большой площади 4 и соединенный с ним фотодетектор (фотоумножитель) большой площади 5, образующие координатно нечувствительный детектор большой площади излучения радионуклида (на фиг.3 части 4 и 5 детектора специально разделены для большей наглядности). Перед этим детектором излучения помещен экран 6, соединенный со средством его линейного перемещения 23. При этом экран 6 изготовлен таким образом, что его прозрачность для излучения радионуклида периодически неоднородна вдоль направления его перемещения 8. Период повторения неоднородности экрана 23 равен ширине детектора. Вход средства перемещения 23 экрана 6 соединен со средством управления 19, а выход детектора 5 соединен со входом усилителя - амплитудного дискриминатора 49, выход которого соединен со входом системы сбора данных 18.Figure 3 shows a strip detector built on the basis of a coordinate-insensitive detector. The strip detector contains a large-area scintillator 4 and a large-area photodetector (photomultiplier) 5 connected to it, forming a coordinate-insensitive large-area radiation detector of a radionuclide (in FIG. 3, detector parts 4 and 5 are specially separated for greater clarity). A screen 6 is placed in front of this radiation detector, connected to its linear displacement means 23. Moreover, the screen 6 is made in such a way that its transparency for radionuclide emission is periodically inhomogeneous along the direction of its movement 8. The repetition period of the inhomogeneity of the screen 23 is equal to the width of the detector. The input of the moving means 23 of the screen 6 is connected to the control means 19, and the output of the detector 5 is connected to the input of the amplifier - amplitude discriminator 49, the output of which is connected to the input of the data acquisition system 18.

Работает такой стрип-детектор следующим образом. Детектор размещают относительно коллиматора 7 таким образом, чтобы направление движения 8 экрана 6 было перпендикулярно щелям коллиматора 7 - Фиг.1. При этом направление 8 параллельно направлению 35, определяющему ширину стрип-детектора 9 - Фиг.2. От средства управления 19 подают сигнал средству 23 на начало линейного перемещения экрана 6. В результате линейного движения экрана 6 на выходе фотодетектора большой площади 5 возникает сигнал, определяемый операцией математической свертки искомого сигнала (плоскостного интеграла) и распределения неоднородности в экране (смотри математические основы). Сигнал с выхода фотодетектора 5 поступает на вход усилителя - амплитудного дискриминатора 49, с выхода которого поступает на вход системы сбора данных 18, с выхода которой передается на вход процессора обработки данных 22, где осуществляется операция обратной циклической свертки [9] (смотри математические основы). Данная математическая задача решена академиком Тихоновым и относится к классу обратных некорректных задач [9]. Измерения на выходе усилителя - амплитудного дискриминатора 49 производят в дискретные моменты времени и решение обратной задачи производят в процессоре 22 в дискретном виде. Интервал времени Δt, через который производят измерения, определяет то пространственное разрешение, которое будет иметь данный стрип-детектор. Число стрипов N, длина перемещения экрана S, скорость его перемещения V и интервал дискретизации Δt завязаны соотношением (23).Such a strip detector works as follows. The detector is placed relative to the collimator 7 so that the direction of movement 8 of the screen 6 is perpendicular to the slots of the collimator 7 - Fig.1. Moreover, the direction 8 is parallel to the direction 35, which determines the width of the strip detector 9 - Fig.2. From the control means 19, a signal is sent to the means 23 at the beginning of the linear movement of the screen 6. As a result of the linear movement of the screen 6 at the output of the large area photodetector 5, a signal arises that is determined by the mathematical convolution of the desired signal (plane integral) and the distribution of the inhomogeneity in the screen (see mathematical basics) . The signal from the output of the photodetector 5 is fed to the input of an amplifier, an amplitude discriminator 49, the output of which is fed to the input of the data acquisition system 18, from the output of which it is transmitted to the input of the data processing processor 22, where the reverse cyclic convolution operation is performed [9] (see mathematical basics) . This mathematical problem was solved by academician Tikhonov and belongs to the class of inverse incorrect problems [9]. The measurements at the output of the amplifier — the amplitude discriminator 49 — are performed at discrete time instants, and the inverse problem is solved in the processor 22 in a discrete form. The time interval Δt through which measurements are taken determines the spatial resolution that this strip detector will have. The number of strips N, the length of the screen S, its speed V and the sampling interval Δt are related by (23).

Назначение усилителя - амплитудного дискриминатора 49 является стандартным - это предварительное усиление до необходимого уровня сигнала и его амплитудный анализ. Поэтому этот усилитель - амплитудный дискриминатор 49 может быть выполнен по любой стандартной схеме, используемой, например, в ядерной физике.The purpose of the amplifier - amplitude discriminator 49 is standard - it is a preliminary amplification to the required signal level and its amplitude analysis. Therefore, this amplifier - amplitude discriminator 49 can be performed according to any standard scheme used, for example, in nuclear physics.

Несмотря на то что при указанном подходе возможно использование практически любой периодической неоднородности в экране, немаловажным является задача максимизации отношения сигнал/шум в условиях шумов и дискретных измерений. Решение такой задачи в условиях дискретного измерения известно на основе массивов с плоскими боковыми лепестками и одним максимумом в автокорреляционной функции - URA массивы [10].Despite the fact that with this approach, it is possible to use almost any periodic inhomogeneity in the screen, it is important to maximize the signal-to-noise ratio under noise and discrete measurements. The solution to this problem under discrete measurement conditions is known on the basis of arrays with flat side lobes and one maximum in the autocorrelation function - URA arrays [10].

Эти массивы состоят из единиц и нулей, типа 10100111001 … Реализация их на практике требует всего лишь проделывания отверстий в непрозрачном для излучения радионуклида экране, который можно сделать из материала с высоким атомным номером (свинец, вольфрам и т.д.). Такой материал является тяжелым по весу, и средство для его линейного перемещения 23 должно быть достаточно мощным.These arrays consist of ones and zeros, such as 10100111001 ... Their implementation in practice requires only making holes in a screen that is opaque to radionuclide radiation, which can be made of a material with a high atomic number (lead, tungsten, etc.). Such a material is heavy in weight, and the means for linearly moving it 23 must be powerful enough.

Возможно дальнейшее усовершенствование устройства стрип-детектора путем устранения тяжелого неоднородного экрана 6 и использования легкого неоднородного оптического экрана.Further improvement of the strip detector device is possible by eliminating the heavy non-uniform screen 6 and using a light non-uniform optical screen.

На Фиг.4 показан стрип-детектор 9 на основе сцинтиллятора 4 и фотодетектора большой площади 5, между которыми расположен легкий оптический экран 10, соединенный со средством его перемещения 24. При этом экран 10 изготовлен так, что является периодически неоднородным для оптического излучения (излучения сцинтиллятора) в направлении его движения 8. Период неоднородности экрана 10 равен ширине детектора 9. В этом случае вес оптического экрана 10 может быть минимальным, так как его можно изготовить, например, из черной плотной бумаги, фольги и пластика. Возможно использование и других материалов, что не является принципиальным.Figure 4 shows a strip detector 9 based on a scintillator 4 and a large area photodetector 5, between which there is a light optical screen 10 connected to its moving means 24. Moreover, the screen 10 is made so that it is periodically inhomogeneous for optical radiation (radiation scintillator) in the direction of its motion 8. The period of heterogeneity of the screen 10 is equal to the width of the detector 9. In this case, the weight of the optical screen 10 can be minimal, since it can be made, for example, from black thick paper, foil and plastic . It is possible to use other materials, which is not fundamental.

Работает такой стрип-детектор следующим образом. Детектор размещают относительно коллиматора 7 таким образом, чтобы направление движения 8 экрана 10 было перпендикулярно щелям коллиматора 7 - Фиг.1. При этом направление 8 параллельно направлению 35, определяющему ширину стрип-детектора 9 - Фиг.2. От средства управления 19 подают сигнал средству 24 на начало линейного перемещения экрана 10. В результате линейного движения экрана 10 на выходе фотодетектора большой площади 5 возникает сигнал, определяемый операцией математической свертки искомого сигнала (плоскостного интеграла) и распределения периодической неоднородности в экране (смотри математические основы). Сигнал с выхода фотодетектора 5 поступает на вход усилителя - амплитудного дискриминатора 49, с выхода которого поступает на вход системы сбора данных 18, с выхода которой передается на вход процессора обработки данных 22, где осуществляется операция обратной циклической свертки [9]. Данная математическая задача решена академиком Тихоновым и относится к классу обратных некорректных задач [9]. Измерения на выходе усилителя - амплитудного дискриминатора 49 производят в дискретные моменты времени и решение обратной задачи производят в процессоре 22 в дискретном виде. Интервал времени Δt, через который производят измерения, определяет то пространственное разрешение, которое будет иметь данный стрип-детектор. Число стрипов N, длина перемещения экрана S, скорость его перемещения V и интервал дискретизации Δt завязаны соотношением (23).Such a strip detector works as follows. The detector is placed relative to the collimator 7 so that the direction of motion 8 of the screen 10 is perpendicular to the slots of the collimator 7 - Fig.1. Moreover, the direction 8 is parallel to the direction 35, which determines the width of the strip detector 9 - Fig.2. From the control means 19, a signal is sent to the means 24 at the beginning of the linear movement of the screen 10. As a result of the linear movement of the screen 10 at the output of a large-area photodetector 5, a signal arises that is determined by the operation of mathematical convolution of the desired signal (planar integral) and the distribution of periodic inhomogeneity in the screen (see mathematical basis ) The signal from the output of the photodetector 5 is fed to the input of an amplifier, an amplitude discriminator 49, the output of which goes to the input of the data acquisition system 18, from the output of which it is transmitted to the input of the data processing processor 22, where the reverse cyclic convolution operation is performed [9]. This mathematical problem was solved by academician Tikhonov and belongs to the class of inverse incorrect problems [9]. The measurements at the output of the amplifier — the amplitude discriminator 49 — are performed at discrete time instants, and the inverse problem is solved in the processor 22 in a discrete form. The time interval Δt through which measurements are taken determines the spatial resolution that this strip detector will have. The number of strips N, the length of the screen S, its speed V and the sampling interval Δt are related by (23).

Назначение усилителя - амплитудного дискриминатора 49 является стандартным - это предварительное усиление до необходимого уровня сигнала и его амплитудный анализ. Поэтому этот усилитель - амплитудный дискриминатор 49 может быть выполнен по любой стандартной схеме используемой, например, в ядерной физике.The purpose of the amplifier - amplitude discriminator 49 is standard - it is a preliminary amplification to the required signal level and its amplitude analysis. Therefore, this amplifier - amplitude discriminator 49 can be performed according to any standard scheme used, for example, in nuclear physics.

Возможно дальнейшее усовершенствование устройства стрип-детектора путем устранения возвратно-поступательного движения неоднородного оптического экрана и использования непрерывного движения неоднородного оптического экрана.It is possible to further improve the strip detector device by eliminating the reciprocating motion of a non-uniform optical screen and using continuous motion of a non-uniform optical screen.

На Фиг.5 показан стрип-детектор 9 на основе сцинтиллятора 4 и фотодетектора большой площади 5, между которыми расположен легкий оптический экран 34, соединенный со средством его перемещения 30. При этом экран 34 изготовлен в виде гибкого кольца так, что является периодически неоднородным для оптического излучения (излучения сцинтиллятора) в направлении его движения 48. В этом случае вес оптического экрана может быть минимальным, так как его можно изготовить, например, из черной плотной бумаги, фольги и пластика. Возможно использование и других материалов, что не является принципиальным.Figure 5 shows a strip detector 9 based on a scintillator 4 and a large area photodetector 5, between which there is a light optical screen 34 connected to its moving means 30. The screen 34 is made in the form of a flexible ring so that it is periodically inhomogeneous for optical radiation (radiation of the scintillator) in the direction of its movement 48. In this case, the weight of the optical screen can be minimal, since it can be made, for example, from black thick paper, foil and plastic. It is possible to use other materials, which is not fundamental.

В качестве средства перемещения 30 может быть использовано любое средство, обеспечивающее движение экрана 34, аналогичное движению ленточного транспортера, используемого, например, при строительстве.As the means of movement 30, any means providing the movement of the screen 34, similar to the movement of the conveyor belt used, for example, during construction, can be used.

Работает такой стрип-детектор следующим образом. Детектор размещают относительно коллиматора 7 таким образом, чтобы направление движения 48 экрана 34 было перпендикулярно щелям коллиматора 7 - Фиг.1. При этом направление 48 параллельно направлению 35, определяющему ширину стрип-детектора 9 - Фиг.2. От средства управления 19 подают сигнал средству 30 на начало перемещения экрана 34. В результате движения экрана 34 на выходе фотодетектора большой площади 5 возникает сигнал, определяемый операцией математической свертки искомого сигнала (плоскостного интеграла) и распределения неоднородности в экране (смотри математические основы). Сигнал с выхода фотодетектора 5 поступает на вход усилителя - амплитудного дискриминатора 49, с выхода которого на вход системы сбора данных 18, с выхода которой передается на вход процессора обработки данных 22, где осуществляется операция обратной циклической свертки [9]. Данная математическая задача решена академиком Тихоновым и относится к классу обратных некорректных задач [9]. Измерения на выходе усилителя - амплитудного дискриминатора 49 производят в дискретные моменты времени и решение обратной задачи производят в процессоре 22 в дискретном виде. Интервал времени Δt, через который производят измерения, определяет то пространственное разрешение, которое будет иметь данный стрип-детектор. Число стрипов N, длина перемещения экрана S, скорость его перемещения V и интервал дискретизации Δt завязаны соотношением (23).Such a strip detector works as follows. The detector is placed relative to the collimator 7 so that the direction of motion 48 of the screen 34 is perpendicular to the slots of the collimator 7 - Figure 1. While the direction 48 is parallel to the direction 35, which determines the width of the strip detector 9 - Fig.2. From the control means 19, a signal is sent to the means 30 at the beginning of the movement of the screen 34. As a result of the movement of the screen 34 at the output of a large area photodetector 5, a signal arises that is determined by the operation of mathematical convolution of the desired signal (planar integral) and the distribution of heterogeneity in the screen (see mathematical basics). The signal from the output of the photodetector 5 is fed to the input of an amplifier, an amplitude discriminator 49, from the output of which to the input of the data acquisition system 18, from the output of which is transmitted to the input of the data processing processor 22, where the operation of reverse cyclic convolution is performed [9]. This mathematical problem was solved by academician Tikhonov and belongs to the class of inverse incorrect problems [9]. The measurements at the output of the amplifier — the amplitude discriminator 49 — are performed at discrete time instants, and the inverse problem is solved in the processor 22 in a discrete form. The time interval Δt through which measurements are taken determines the spatial resolution that this strip detector will have. The number of strips N, the length of the screen S, its speed V and the sampling interval Δt are related by (23).

Назначение усилителя - амплитудного дискриминатора 49 является стандартным - это предварительное усиление до необходимого уровня сигнала и его амплитудный анализ. Поэтому этот усилитель - амплитудный дискриминатор 49 может быть выполнен по любой стандартной схеме, используемой, например, в ядерной физикеThe purpose of the amplifier - amplitude discriminator 49 is standard - it is a preliminary amplification to the required signal level and its amplitude analysis. Therefore, this amplifier - amplitude discriminator 49 can be performed according to any standard scheme used, for example, in nuclear physics

Возможно дальнейшее усовершенствование устройства стрип-детектора, путем устранения механического движения оптического экрана.Perhaps further improvement of the strip detector device by eliminating the mechanical movement of the optical screen.

В настоящее время известны оптические пространственно временные модуляторы, например, на основе жидких кристаллов, используемые в проекционных телевизорах или дисплеях. С учетом этого предлагаемое техническое решение можно несколько модифицировать, устранив движение оптического экрана, использовав вместо него пространственно временной оптический модулятор, соединенный со средством его управления.Currently known optical spatio-temporal modulators, for example, based on liquid crystals, used in projection televisions or displays. With this in mind, the proposed technical solution can be slightly modified by eliminating the movement of the optical screen, using instead of it a spatio-temporal optical modulator connected to its control means.

На Фиг.6 показан стрип-детектор 9, содержащий сцинтиллятор 4 и фотодетектор большой площади 5, между которыми расположен оптический пространственно-временной модулятор 26, соединенный со средством его управления 27.FIG. 6 shows a strip detector 9 comprising a scintillator 4 and a large area photodetector 5, between which there is an optical spatio-temporal modulator 26 connected to its control means 27.

В качестве пространственно-временного оптического модулятора использован жидкокристаллический оптический модулятор, применяемый в проекционных телевизорах, либо жидкокристаллический оптический пространственно-временной модулятор большой площади, применяемый в плоских пассивных компьютерных мониторах.As a spatio-temporal optical modulator, a liquid crystal optical modulator used in projection televisions or a large-area liquid crystal optical spatio-temporal modulator used in flat passive computer monitors is used.

Допускается использование других известных типов пространственно-временных оптических модуляторов, например дискретных цифровых зеркал [7], что не влияет на работоспособность устройства.It is allowed to use other known types of spatio-temporal optical modulators, for example, discrete digital mirrors [7], which does not affect the operability of the device.

В случае, если требуется согласовать размер сцинтиллятора 4 и координатно нечувствительного фотодетектора 5, между ними можно установить оптический согласователь (фокон). В этом случае пространственно-временной оптический модулятор 26 следует устанавливать до или после оптического согласователя, в соответствии с размерами модулятора. На Фиг.6 оптический согласователь (фокон) не показан.If it is necessary to coordinate the size of the scintillator 4 and the coordinate-insensitive photodetector 5, an optical coordinator (focon) can be installed between them. In this case, the spatio-temporal optical modulator 26 should be installed before or after the optical matching device, in accordance with the dimensions of the modulator. 6, an optical coordinator (focon) is not shown.

Оптическая прозрачность модулятора должна изменяться во времени таким образом, чтобы приводить к результату, аналогичному движению оптического экрана, то есть сигнал на выходе фотодетектора 5 должен определяться как результат математической свертки искомого сигнала (плоскостного интеграла) и неоднородности экрана (смотри математические основы).The optical transparency of the modulator should change in time so as to produce a result similar to the movement of the optical screen, i.e., the signal at the output of the photodetector 5 should be determined as the result of mathematical convolution of the desired signal (planar integral) and screen inhomogeneity (see mathematical basics).

Работает такой стрип-детектор следующим образом. Детектор размещают относительно коллиматора 7 таким образом, чтобы направление изменения прозрачности модулятора 26 было перпендикулярно щелям коллиматора 7 - Фиг.1, то есть параллельно направлению 35, определяющему ширину стрип-детектора 9 - Фиг.2. От средства управления 19 подают сигнал средству 27 на установление начального распределения прозрачности модулятора 26. В результате изменения прозрачности модулятора во времени по командам от средства управления 19 на выходе фотодетектора большой площади 5 возникает сигнал, определяемый операцией математической свертки искомого сигнала (плоскостного интеграла) и распределения неоднородности в экране (смотри математические основы). Сигнал с выхода усилителя - амплитудного дискриминатора 49 поступает на вход системы сбора данных 18, с выхода которой передается на вход процессора обработки данных 22, где осуществляется операция обратной циклической свертки [9]. Данная математическая задача решена академиком Тихоновым и относится к классу обратных некорректных задач [9]. Измерения на выходе детектора 5 производят в дискретные моменты времени и решение обратной задачи производят в процессоре 22 в дискретном виде. Интервал времени Δt, через который производят измерения, определяет то пространственное разрешение, которое будет иметь данный стрип-детектор. Число стрипов N, длина перемещения экрана S, скорость его перемещения V и интервал дискретизации Δt завязаны соотношением (23).Such a strip detector works as follows. The detector is positioned relative to the collimator 7 so that the direction of change in the transparency of the modulator 26 is perpendicular to the slots of the collimator 7 - Figure 1, that is, parallel to the direction 35, which determines the width of the strip detector 9 - Figure 2. From the control means 19, a signal is sent to the means 27 to establish the initial distribution of the transparency of the modulator 26. As a result of a change in the transparency of the modulator over time by commands from the control 19 at the output of the large area photodetector 5, a signal is determined by the operation of mathematical convolution of the desired signal (plane integral) and distribution heterogeneities in the screen (see mathematical fundamentals). The signal from the output of the amplifier - amplitude discriminator 49 is fed to the input of the data acquisition system 18, the output of which is transmitted to the input of the data processor 22, where the operation of the reverse cyclic convolution is performed [9]. This mathematical problem was solved by academician Tikhonov and belongs to the class of inverse incorrect problems [9]. The measurements at the output of the detector 5 are made at discrete time instants and the inverse problem is solved in the processor 22 in a discrete form. The time interval Δt through which measurements are taken determines the spatial resolution that this strip detector will have. The number of strips N, the length of the screen S, its speed V and the sampling interval Δt are related by (23).

Назначение усилителя - амплитудного дискриминатора 49 является стандартным - это предварительное усиление до необходимого уровня сигнала и его амплитудный анализ. Поэтому этот усилитель - амплитудный дискриминатор 49 может быть выполнен по любой стандартной схеме, используемой, например, в ядерной физике.The purpose of the amplifier - amplitude discriminator 49 is standard - it is a preliminary amplification to the required signal level and its amplitude analysis. Therefore, this amplifier - amplitude discriminator 49 can be performed according to any standard scheme used, for example, in nuclear physics.

Указанное техническое решение можно использовать как при параллельном расположении пластин в коллиматоре, так и при конвергентном и дивергентном. Если ограничиться только дивергентным коллиматором, то техническое решение можно еще более упростить и соответственно еще более удешевить устройство, оставив только один стрип в стрип-детекторе.The specified technical solution can be used both with a parallel arrangement of the plates in the collimator, and with convergent and divergent. If we restrict ourselves to a divergent collimator, the technical solution can be further simplified and, accordingly, cheaper the device even more, leaving only one strip in the strip detector.

В дивергентном случае, оставив вместо множества стрипов только один стрип и применив движущийся неоднородный экран для излучения радионуклида, можно создать устройство без использования многощелевого коллиматора.In the divergent case, leaving only one strip instead of many strips and using a moving inhomogeneous screen to radiate a radionuclide, you can create a device without using a multi-slot collimator.

На Фиг.7 показан стрип-детектор 9 для дивергентной геометрии, содержащий один стриповый сцинтиллятор 1, к торцу которого прикреплен (приклеен) фотодиод 2. Выход фотодиода 2 (линейки, состоящей из одного элемента) соединен с входом усилителя - амплитудного дискриминатора 31, выход которого соединен со средством сбора данных 18. При этом между стрип-сцинтиллятором 1 и излучением 3 (от радионуклида 47 объекта 12) расположен экран 6, периодически неоднородный в направлении его движения 8 для излучения радионуклида 47. Экран 6 соединен со средством его линейного передвижения 23, вход которого соединен со средством управления 19.7 shows a strip detector 9 for divergence geometry, containing one strip scintillator 1, to the end of which a photodiode 2 is attached (glued). The output of the photodiode 2 (a ruler consisting of one element) is connected to the input of the amplifier - amplitude discriminator 31, the output which is connected to the data collection means 18. In this case, between the strip scintillator 1 and the radiation 3 (from the radionuclide 47 of the object 12) there is a screen 6, periodically inhomogeneous in the direction of its movement 8 for the radiation of the radionuclide 47. The screen 6 is connected to its means ynogo movement 23, whose input is connected to the control means 19.

Работает такой стрип-детектор следующим образом. Детектор размещают относительно излучения 3 таким образом, чтобы направление движения 8 экрана 6 было перпендикулярно излучению 3. При этом направление 8 параллельно направлению 35, определяющему ширину сцинтиллятора 40 - Фиг.2. От средства управления 19 подают сигнал средству 23 на начало линейного перемещения экрана 6. В результате линейного движения экрана 6 на выходе фотодетектора большой площади 5 возникает сигнал, определяемый операцией математической свертки искомого сигнала (плоскостного интеграла) и распределения неоднородности в экране (смотри математические основы). Сигнал с выхода фото детектора 5 поступает на вход усилителя - амплитудного дискриминатора 31, с выхода которого на систему сбора данных 18, с выхода которой передается на вход процессора обработки данных 22, где осуществляется операция обратной циклической свертки [9]. Данная математическая задача решена академиком Тихоновым и относится к классу обратных некорректных задач [9]. Измерения на выходе усилителя - амплитудного дискриминатора 31 производят в дискретные моменты времени и решение обратной задачи производят в процессоре 22 в дискретном виде. Интервал времени Δt, через который производят измерения, определяет то пространственное разрешение, которое будет иметь данный стрип-детектор. Число стрипов N, длина перемещения экрана S, скорость его перемещения V и интервал дискретизации Δt завязаны соотношением (23).Such a strip detector works as follows. The detector is placed relative to the radiation 3 so that the direction of motion 8 of the screen 6 is perpendicular to the radiation 3. The direction 8 is parallel to the direction 35, which determines the width of the scintillator 40 - Figure 2. From the control means 19, a signal is sent to the means 23 at the beginning of the linear movement of the screen 6. As a result of the linear movement of the screen 6 at the output of the large area photodetector 5, a signal arises that is determined by the mathematical convolution of the desired signal (plane integral) and the distribution of the inhomogeneity in the screen (see mathematical basics) . The signal from the output of the photo detector 5 is fed to the input of the amplifier, the amplitude discriminator 31, from the output of which to the data acquisition system 18, from the output of which it is transmitted to the input of the data processor 22, where the reverse cyclic convolution operation is performed [9]. This mathematical problem was solved by academician Tikhonov and belongs to the class of inverse incorrect problems [9]. The measurements at the output of the amplifier - the amplitude discriminator 31 are carried out at discrete time instants and the inverse problem is solved in the processor 22 in a discrete form. The time interval Δt through which measurements are taken determines the spatial resolution that this strip detector will have. The number of strips N, the length of the screen S, its speed V and the sampling interval Δt are related by (23).

Назначение усилителя - амплитудного дискриминатора 31 является стандартным - это предварительное усиление до необходимого уровня сигнала и его амплитудный анализ. Поэтому этот усилитель - амплитудный дискриминатор 31 может быть выполнен по любой стандартной схеме, используемой, например, в ядерной физике. Отличие 31 от 49 состоит в том, что вход 31 рассчитан на подключение к фотодиоду, вход 49 на подключение к ФЭУ.The purpose of the amplifier - amplitude discriminator 31 is standard - it is a preliminary amplification to the required signal level and its amplitude analysis. Therefore, this amplifier - amplitude discriminator 31 can be performed according to any standard scheme used, for example, in nuclear physics. The difference 31 from 49 is that input 31 is designed for connection to a photodiode, input 49 for connection to a PMT.

Эффективность регистрации излучения в описанном стрип-детекторе будет аналогичной случаю использования детектора большой площади и движущемуся экрану, указанному ранее. Объясняется это тем, что сцинтиллятор выступает в роли интегратора вспышек, поступающих от всех направлений (как и в случае детектора большой площади). При этом сам интегратор в дивергентном случае можно сделать в виде одного стрипа. В этом случае устройство получается более простым и соответственно более дешевым. Характер сигнала на выходе такого детектора будет аналогичен сигналу, описанному ранее, то есть представлять собой операцию математической свертки искомого сигнала (плоскостного интеграла) и распределения неоднородности в экране. Для получения искомого сигнала (плоскостного интеграла) необходимо произвести операцию обратной математической свертки [9].The efficiency of detecting radiation in the described strip detector will be similar to the case of using a large-area detector and the moving screen indicated earlier. This is explained by the fact that the scintillator acts as an integrator of flashes coming from all directions (as in the case of a large-area detector). Moreover, the integrator in the divergence case can be made in the form of a single strip. In this case, the device is simpler and therefore cheaper. The nature of the signal at the output of such a detector will be similar to the signal described earlier, that is, it is the operation of mathematical convolution of the desired signal (planar integral) and the distribution of the inhomogeneity in the screen. To obtain the desired signal (planar integral), it is necessary to perform the operation of inverse mathematical convolution [9].

Если длина стрипа минимальна (например, равна его ширине и высоте) - Фиг.7, устройство получается весьма дешевым. В этом случае фактически используется маленький кусочек сцинтиллятора, прикрепленный к фотодиоду. Однако, если использовать стрип малой длины, то эффективность регистрации излучения будет низкой. Поэтому несмотря на принципиальную возможность использования короткого стрипа, желательно использовать длинный стрип. Короткий стрип можно использовать тогда, когда интенсивность излучения радионуклида достаточно высока.If the length of the strip is minimal (for example, equal to its width and height) - Fig.7, the device is very cheap. In this case, a small piece of scintillator attached to the photodiode is actually used. However, if a strip of short length is used, then the efficiency of detecting radiation will be low. Therefore, despite the fundamental possibility of using a short strip, it is advisable to use a long strip. A short strip can be used when the radiation intensity of the radionuclide is high enough.

Если затухание оптических вспышек в материале длинного сцинтиллятора велико, то следует использовать схему коррекции ослабления на основе двух фотодиодов, расположенных с противоположных концов сцинтиллятора и усилителя - перемножителя - амплитудного дискриминатора, что было описано ранее для Фиг.2.If the attenuation of optical flashes in the material of a long scintillator is large, then an attenuation correction scheme should be used based on two photodiodes located at opposite ends of the scintillator and an amplifier — multiplier — amplitude discriminator, which was described earlier for FIG. 2.

Для дивергентного случая возможно дальнейшее совершенствование стрип-детектора путем устранения возвратно-поступательного движения неоднородного экрана и использования вместо него неоднородного вращающегося барабана.For the divergent case, it is possible to further improve the strip detector by eliminating the reciprocating motion of the inhomogeneous screen and using an inhomogeneous rotating drum instead.

На Фиг.8 показан стрип-детектор 9 для дивергентной геометрии, содержащий один стриповый сцинтиллятор 1, к торцу которого прикреплен (приклеен) фотодиод 2, выход которого соединен со входом усилителя - амплитудного дискриминатора 31, выход которого соединен со средством сбора данных 18. При этом вокруг стрип сцинпцлятора 1, коаксиально с ним, расположен вращающийся барабан 32, неоднородный в направлении его вращения 33 для излучения радионуклида 47. Барабан 33 соединен со средством его вращения 30, вход которого соединен со средством управления 19.On Fig shows a strip detector 9 for divergence geometry, containing one strip scintillator 1, to the end of which is attached (glued) a photodiode 2, the output of which is connected to the input of the amplifier - amplitude discriminator 31, the output of which is connected to the data collection means 18. When this around the strip of the scintillator 1, coaxially with it, there is a rotating drum 32, inhomogeneous in the direction of its rotation 33 for emitting the radionuclide 47. The drum 33 is connected to its rotation means 30, the input of which is connected to the control means 19.

Работает такой стрип-детектор следующим образом. Детектор размещают относительно излучения 3 таким образом, чтобы направление вращения 33 барабана 32 было перпендикулярно излучению 3. То есть ось вращения барабана 32 перпендикулярна направлению 35, определяющему ширину сцинтиллятора 40 - Фиг.2. От средства управления 19 подают сигнал средству 30 на начало вращения барабана 32. В результате вращения барабана 32 на выходе фотодетектора большой площади 5 возникает сигнал, определяемый операцией математической свертки искомого сигнала (плоскостного интеграла) и распределения неоднородности в экране (смотри математические основы). Сигнал с выхода фотодетектора 5 поступает на вход усилителя - амплитудного дискриминатора 31, с выхода которого на вход системы сбора данных 18, с выхода которой передается на вход процессора обработки данных 22, где осуществляется операция обратной свертки [9]. Данная математическая задача решена академиком Тихоновым и относится к классу обратных некорректных задач [9]. Измерения на выходе детектора 5 производят в дискретные моменты времени и решение обратной задачи производят в процессоре 22 в дискретном виде. Интервал времени Δt, через который производят измерения, определяет то пространственное разрешение, которое будет иметь данный стрип-детектор. Число стрипов N, длина перемещения экрана S, скорость его перемещения V и интервал дискретизации Δt завязаны соотношением (23).Such a strip detector works as follows. The detector is positioned relative to the radiation 3 so that the direction of rotation 33 of the drum 32 is perpendicular to the radiation 3. That is, the axis of rotation of the drum 32 is perpendicular to the direction 35, which determines the width of the scintillator 40 - FIG. 2. From the control means 19, a signal is sent to the means 30 at the beginning of the rotation of the drum 32. As a result of the rotation of the drum 32 at the output of a large-area photodetector 5, a signal arises that is determined by the operation of mathematical convolution of the desired signal (planar integral) and the distribution of inhomogeneity in the screen (see the mathematical basis). The signal from the output of the photodetector 5 is fed to the input of an amplifier, an amplitude discriminator 31, from the output of which to the input of the data acquisition system 18, from the output of which it is transmitted to the input of the data processing processor 22, where the reverse convolution operation is performed [9]. This mathematical problem was solved by academician Tikhonov and belongs to the class of inverse incorrect problems [9]. The measurements at the output of the detector 5 are made at discrete time instants and the inverse problem is solved in the processor 22 in a discrete form. The time interval Δt through which measurements are taken determines the spatial resolution that this strip detector will have. The number of strips N, the length of the screen S, its speed V and the sampling interval Δt are related by (23).

Назначение усилителя - амплитудного дискриминатора 31 является стандартным - это предварительное усиление до необходимого уровня сигнала и его амплитудный анализ. Поэтому этот усилитель - амплитудный дискриминатор 31 может быть выполнен по любой стандартной схеме, используемой, например, в ядерной физике. Отличие 31 от 49 состоит в том, что вход 31 рассчитан на подключение к фотодиоду, вход 49 на подключение к ФЭУ.The purpose of the amplifier - amplitude discriminator 31 is standard - it is a preliminary amplification to the required signal level and its amplitude analysis. Therefore, this amplifier - amplitude discriminator 31 can be performed according to any standard scheme used, for example, in nuclear physics. The difference 31 from 49 is that input 31 is designed for connection to a photodiode, input 49 for connection to a PMT.

Когда длина стрипа минимальна (например, равна его ширине и высоте) - Фиг.8, устройство получается максимально дешевым. В этом случае фактически используется маленький кусочек сцинтиллятора, прикрепленный к фотодиоду. Однако, если использовать стрип малой длины, то эффективность регистрации излучения будет низкой. Поэтому несмотря на принципиальную возможность использования короткого стрипа желательно использовать длинный стрип. Короткий стрип можно использовать тогда, когда интенсивность излучения радионуклида достаточно высока.When the length of the strip is minimal (for example, equal to its width and height) - Fig. 8, the device is as cheap as possible. In this case, a small piece of scintillator attached to the photodiode is actually used. However, if a strip of short length is used, then the efficiency of detecting radiation will be low. Therefore, despite the fundamental possibility of using a short strip, it is desirable to use a long strip. A short strip can be used when the radiation intensity of the radionuclide is high enough.

Если затухание оптических вспышек в материале длинного сцинтиллятора велико, то следует использовать схему коррекции ослабления на основе двух фотодиодов, расположенных с противоположных концов сцинтиллятора и усилителя - перемножителя - амплитудного дискриминатора, что было описано ранее для Фиг.2.If the attenuation of optical flashes in the material of a long scintillator is large, then an attenuation correction scheme should be used based on two photodiodes located at opposite ends of the scintillator and an amplifier — multiplier — amplitude discriminator, which was described earlier for FIG. 2.

Для эффективной регистрации гамма-квантов большой энергии (более 100 кэВ) сечение сцинтиллятора в технических решениях Фиг.7 и Фиг.8 должно быть достаточно большим. Однако при большой сечении сцинтиллятора уменьшается пространственное разрешение в реконструируемом изображении (из-за большой ширины стрипа). Чтобы обеспечить одновременно высокую эффективность регистрации и высокое пространственное разрешение необходимо использовать сцинтиллятор необходимого сечения (для эффективной регистрации квантов требуемой энергии) и свинцовую "рубашку" вокруг сцинтиллятора с продольной щелью требуемой ширины вдоль сцинтиллятора - Фиг.9.For efficient detection of high energy gamma quanta (more than 100 keV), the scintillator cross section in the technical solutions of Fig. 7 and Fig. 8 should be large enough. However, with a large cross section of the scintillator, the spatial resolution in the reconstructed image decreases (due to the large width of the strip). To ensure both high detection efficiency and high spatial resolution, it is necessary to use a scintillator of the required cross section (for efficient registration of quanta of the required energy) and a lead “shirt” around the scintillator with a longitudinal slit of the required width along the scintillator - Fig. 9.

На Фиг.9 позиция А и В показано поперечное сечение сцинтиллятора, совмещенного с "рубашкой" защиты. Ширина щели в "рубашке" определяет требуемое пространственное разрешение, а угол раскрыва щели ψ определяет область объекта, охватываемую детектором. Угол ψ должен быть не более периода повторения неоднородности в барабане 32 - Фиг.8.In Fig. 9, positions A and B show a cross-section of a scintillator aligned with a protection jacket. The width of the slit in the “shirt” determines the required spatial resolution, and the opening angle ψ defines the region of the object covered by the detector. The angle ψ should be no more than the repetition period of the heterogeneity in the drum 32 - Fig. 8.

В позиции А - Фиг.9 угол раскрыва щели ψ меньше, чем в позиции В, при этом ширина щели одинакова и в той и в другой позиции.In position A - Fig. 9, the opening angle ψ of the gap is less than in position B, while the width of the gap is the same in both positions.

Применение такого технического решения, помимо основного назначения, позволяет резко снизить вес защитной "рубашки", что может быть существенным при создании мобильных устройств. Это справедливо как для технического решения, показанного на Фиг.7, так и на Фиг.8.The use of such a technical solution, in addition to the main purpose, can dramatically reduce the weight of the protective "shirt", which can be significant when creating mobile devices. This is true for the technical solution shown in Fig.7, and Fig.8.

Использование защитной "рубашки" необходимо во всех предлагаемых технических решениях, но место ее положения и назначения являются общеизвестными, поэтому на фигурах, поясняющих другие технические решения, не показано. Защита показана там, где ее положение и назначение не является общеизвестным.The use of a protective “shirt” is necessary in all proposed technical solutions, but the place of its position and purpose are well known, therefore, it is not shown in the figures explaining other technical solutions. Protection is shown where its position and purpose is not well known.

Предложенные технические решения можно подвергнуть дальнейшему совершенствованию, применяя вместо многощелевого коллиматора иной тип коллиматора.The proposed technical solutions can be further improved by using a different type of collimator instead of a multi-slit collimator.

Вместо многощелевого коллиматора 7 для технических решений на основе Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4, Фиг.5 и Фиг.6 можно использовать однощелевой коллиматор.Instead of a multi-slit collimator 7 for technical solutions based on FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5 and FIG. 6, a single-slot collimator can be used.

На Фиг.10 показан однощелевой коллиматор, для технических решений Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4, Фиг.5 и Фиг.6, изготовленный в виде плоского экрана с одной щелью - позиция А, и в виде экрана сложной формы с одной щелью - позиция В.Figure 10 shows a single-slot collimator, for technical solutions of Figure 2, Figure 3, Figure 4, Figure 5 and Figure 6, made in the form of a flat screen with one slit - position A, and in the form of a screen of complex shape with one slit - position B.

На Фиг.10 позиция А показан однощелевой коллиматор, состоящий из плоского экрана 37, не прозрачного для излучения радионуклида, в котором проделана щель 39, длина которой равна длине щелей в многощелевом коллиматоре, а ширина пропорциональна требуемому пространственному разрешению в реконструируемом изображении. Одной стороной экран 37 обращен к стрип-детектору 9, а другой направлен в сторону излучения 3. Щель 39 параллельна стрипам стрип-детектора 9.In figure 10, position A shows a single-slot collimator, consisting of a flat screen 37 that is not transparent to radionuclide radiation, in which a slit 39 is made, the length of which is equal to the length of the slits in the multi-slit collimator, and the width is proportional to the required spatial resolution in the reconstructed image. One side of the screen 37 is facing the strip detector 9, and the other is directed toward the radiation 3. The slot 39 is parallel to the strip of the strip detector 9.

На Фиг.10 позиция В показан однощелевой коллиматор, состоящий из экрана 38, по форме соответствующий призме с одной открытой стороной. Напротив открытой стороны экрана 38 в ребре призмы расположена одна щель 39, длина которой равна длине щелей в многощелевом коллиматоре, а ширина пропорциональна требуемому пространственному разрешению в реконструируемом изображении радионуклида. Открытой стороной экран 38 направлен в сторону стрип-детектора 9, а щелью 39 в сторону излучения 3. Щель 39 параллельна стрипам стрип-детектора 9.Figure 10, position B shows a single-slot collimator consisting of a screen 38, in shape corresponding to a prism with one open side. Opposite the open side of the screen 38, there is one slit 39 in the edge of the prism, the length of which is equal to the length of the slits in the multi-slit collimator, and the width is proportional to the required spatial resolution in the reconstructed image of the radionuclide. The open side of the screen 38 is directed towards the strip detector 9, and by the slit 39 towards the radiation 3. The slit 39 is parallel to the strip of the strip detector 9.

Сложная форма экрану 38 придана с целью устранения влияния посторонних излучений, приходящих с боковых направлений.The complex shape of the screen 38 is given in order to eliminate the influence of extraneous radiation coming from the lateral directions.

Данный коллиматор Фиг.10 позиции А и В по своим функциям аналогичен пинхольному коллиматору в гамма-камерах типа Анже. Расстояние d, на котором расположена щель 39 от стрип-детектора 9, и расстояние на котором расположена щель 39 от объекта 12 определяют геометрическое увеличение β исследуемого объекта по известной формуле:This collimator Figure 10 positions A and B in their functions is similar to a pinhole collimator in gamma cameras such as Angers. The distance d at which the slit 39 is located from the strip detector 9, and the distance at which the slit 39 is located from the object 12 determine the geometric increase β of the investigated object according to the well-known formula:

Figure 00000032
Figure 00000032

Для устранения влияния фактора 1/r на результат реконструкции щель 39 смещают относительно оси вращения системы детектор-коллиматор 25 на угол δ, пропорциональный требуемому пространственному разрешению в реконструируемом изображении и находящийся в пределах от 0 до 5 градусов (смотри математические основы).To eliminate the influence of factor 1 / r on the reconstruction result, the slit 39 is shifted relative to the axis of rotation of the detector-collimator system 25 by an angle δ proportional to the required spatial resolution in the reconstructed image and ranging from 0 to 5 degrees (see mathematical basis).

Использование одной щели и отсутствие многощелевого коллиматора, помимо указанных преимуществ, позволяет снизить стоимость устройства и получать изображения требуемого геометрического увеличения.The use of a single slit and the absence of a multi-slit collimator, in addition to the above advantages, can reduce the cost of the device and obtain images of the desired geometric magnification.

На Фиг.13 показана схема расположения однородного фантома 42 и системы детектор-коллиматор 11 при проведении калибровочных измерений.On Fig shows the layout of a homogeneous phantom 42 and the detector-collimator system 11 during calibration measurements.

Процедура калибровки требуется для всех вариантов предлагаемого технического решения, поскольку измеренные значения интенсивности излучения содержат искажения, вызванные различными причинами.The calibration procedure is required for all variants of the proposed technical solution, since the measured values of the radiation intensity contain distortions caused by various reasons.

При использовании многощелевого коллиматора прозрачность отдельных щелей невозможно сделать абсолютно идентичной. Невозможно также сделать абсолютно идентичным и усиление в каждом стрипе стрип-детектора. При использовании однощелевого коллиматора (пинхольного) возникают искажения, связанные с различной удаленностью частей объекта до детектора. Аналогичные искажения возникают и при использовании в качестве стрип-детектора одного стрипа и движущегося неоднородного экрана.When using a multi-slit collimator, the transparency of individual slits cannot be made absolutely identical. It is also impossible to make absolutely identical the gain in each strip of the strip detector. When using a single-slot collimator (pinhole), distortions occur due to the different remoteness of the parts of the object to the detector. Similar distortions arise when using a single strip and a moving inhomogeneous screen as a strip detector.

Все перечисленные искажения относятся к мультипликативным, то есть искажениям, вызванным умножением измеряемой величины (интенсивности излучения) на некий неизвестный множитель. Если этот неизвестный множитель измерить и поделить измеренные значения на его величину, то искажения исчезнут. Если искажения не устранять, то в реконструируемом изображении появятся кольцевые артефакты. В известных технических решениях [3, 4] эта проблема не рассматривалась.All of these distortions are multiplicative, that is, distortions caused by multiplying the measured quantity (radiation intensity) by some unknown factor. If this unknown factor is measured and the measured values divided by its value, then the distortions disappear. If the distortions are not eliminated, then ring artifacts will appear in the reconstructed image. In known technical solutions [3, 4] this problem was not considered.

В данном техническом решении, как и в гамма-камерах Анже, предлагается решать эту проблему путем измерения интенсивности излучения от однородного фантома 42.In this technical solution, as in Angers gamma cameras, it is proposed to solve this problem by measuring the radiation intensity from a homogeneous phantom 42.

Калибровочные измерения - Фиг.13 проводят без вращения системы детектор-коллиматор 11 вокруг оси 25.Calibration measurements - Fig. 13 is carried out without rotation of the detector-collimator system 11 around axis 25.

Длина 45 однородного фантома 42 должна превышать диаметр исследуемой области объекта 14, не менее чем на 50%, а ширина 46 примерно равна диаметру исследуемой области объекта 14, при нахождении системы детектор-коллиматор 11 от объекта 14 на расстоянии 44, аналогичном расстоянию, используемому при реальном исследовании объекта 14. Толщина фантома 42 должна быть минимально возможной, например около 5-10 мм, чтобы не вносить дополнительных искажений в процесс калибровки, связанных с толщиной.The length 45 of the homogeneous phantom 42 should exceed the diameter of the studied area of the object 14 by at least 50%, and the width 46 is approximately equal to the diameter of the studied area of the object 14, when the detector-collimator system 11 is located from the object 14 at a distance 44, similar to the distance used for real examination of the object 14. The thickness of the phantom 42 should be as small as possible, for example about 5-10 mm, so as not to introduce additional distortions in the calibration process associated with the thickness.

Чтобы провести калибровочные измерения однородный фантом 42 располагают на подставке или столе (не показаны) таким образом, чтобы длинная ось 43 фантома 42 была параллельна направлению 35, определяющему ширину стрип-детектора 9. Проще всего это сделать, если предварительно сориентировать ось 11 в горизонтальной плоскости, тогда достаточно поместить фантом 42 на горизонтальную плоскость и повернуть его так, чтобы ось 43 заняла положение, параллельное направлению 35. Точность ориентации осей относительно друг друга должна быть не хуже одного градуса.In order to carry out calibration measurements, a homogeneous phantom 42 is placed on a stand or table (not shown) so that the long axis 43 of the phantom 42 is parallel to the direction 35, which determines the width of the strip detector 9. The easiest way to do this is to pre-orient the axis 11 in the horizontal plane then it is enough to place the phantom 42 on a horizontal plane and rotate it so that the axis 43 occupies a position parallel to direction 35. The accuracy of the orientation of the axes relative to each other should be no worse than one degree sa.

После того как фантом 42 сориентирован нужным образом, проводят измерения без вращения относительно оси 25. Количество квантов, измеренных каждым стрипом при калибровке (непосредственно или после де конволюции, что зависит от реализации стрип-детектора), должно быть не менее 106, чтобы ошибка измерений была не более 10-3. При этом фантом 42 располагают относительно системы детектор-коллиматор 11 на расстоянии 44, аналогичном расстоянию, используемому при реальном исследовании объекта 14.After phantom 42 is oriented properly, measurements are made without rotation about axis 25. The number of quanta measured by each strip during calibration (directly or after de-convolution, which depends on the implementation of the strip detector) must be at least 10 6 so that the error measurements were no more than 10 -3 . In this case, the phantom 42 is positioned relative to the detector-collimator system 11 at a distance 44, similar to the distance used in a real study of object 14.

После того как калибровочные измерения проведены, значения интенсивности излучения нормируют по максимуму, то есть приводят к единице. После нормировки проводят калибровку по формуле (19) (смотри математические основы).After calibration measurements are carried out, the radiation intensity values are normalized to the maximum, that is, they lead to unity. After normalization, calibration is carried out according to the formula (19) (see mathematical basis).

Проведение калибровки, как отмечалось, позволяет устранить кольцевые артефакты в реконструируемом изображении объекта.Calibration, as noted, allows you to eliminate ring artifacts in the reconstructed image of the object.

На Фиг.14 представлено экспериментальное устройство для проверки работоспособности одного предлагаемого технического решения, показанного на Фиг.3. Устройство реализует вариант стрип-детектора, построенного на основе сцинтиллятора и фотодетектора большой площади, между которыми и многощелевым коллиматором расположен подвижный экран неоднородный для излучения радионуклида в направлении его движения.On Fig presents an experimental device for testing the health of one proposed technical solutions, shown in Figure 3. The device implements a variant of a strip detector built on the basis of a large area scintillator and photodetector, between which a movable screen is inhomogeneous for the radionuclide radiation in the direction of its movement, located between the multi-slit collimator.

Многощелевой коллиматор изготовлен на основе набора параллельных пластин. Пластины коллиматора изготовлены на основе бронзовой фольги толщиной 100 мкм с наклеенными свинцовыми накладками толщиной 200 мкм. Ширина щелей в многощелевом коллиматоре равна 1,6 мм, количество щелей - 63, длина щелей - 100,8 мм, высота пластин коллиматора 50 мм.The multi-slit collimator is made on the basis of a set of parallel plates. The collimator plates are made on the basis of bronze foil 100 microns thick with glued lead plates 200 microns thick. The width of the slits in the multi-slot collimator is 1.6 mm, the number of slots is 63, the length of the slits is 100.8 mm, and the height of the collimator plates is 50 mm.

Экран изготовлен из сплава Розе (висмут - 58%, свинец - 30%, олово - 12%) толщиной 5 мм и содержит неоднородность в виде URA массива из 63 элементов, повторенных дважды, чтобы реализовать циклическую свертку. Отверстия соответствуют 1 в массиве URA, материал экрана соответствует 0 в массиве URA. Ширина отверстий равна 1,6 мм, длина отверстий равна 100,8 мм.The screen is made of a Rose alloy (bismuth - 58%, lead - 30%, tin - 12%) 5 mm thick and contains heterogeneity in the form of a URA array of 63 elements repeated twice to realize cyclic convolution. Holes correspond to 1 in the URA array, screen material corresponds to 0 in the URA array. The width of the holes is 1.6 mm, the length of the holes is 100.8 mm.

В качестве фотодетектора использован фотоумножитель ФЭУ-125 с диаметром входного окна 150 мм. В качестве сцинтиллятора использован йодид цезия CsI, толщиной 8 мм и диаметром 150 мм, прикрепленный к входному окну фотоумножителя с помощью липкой ленты. Для улучшения оптического контакта между сцинтиллятором и фотоумножителем их соприкасающиеся поверхности смазаны жидким вазелином.An FEU-125 photomultiplier with an input window diameter of 150 mm was used as a photodetector. CsI CsI iodide, 8 mm thick and 150 mm in diameter, attached to the input window of the photomultiplier using adhesive tape was used as a scintillator. To improve the optical contact between the scintillator and the photomultiplier, their contacting surfaces are lubricated with liquid petroleum jelly.

Для упрощения конструкции всего экспериментального устройства был реализован режим сканирования, соответствующий двумерной реконструкции. Размер реконструируемой матрицы изображения равен 63×63 элемента. Количество отсчетов в "проекции" равно 63, число "проекций" равно 64.To simplify the design of the entire experimental device, a scanning mode corresponding to a two-dimensional reconstruction was implemented. The size of the reconstructed image matrix is 63 × 63 elements. The number of samples in the "projection" is 63, the number of "projections" is 64.

Использовалась процедура калибровки измеренных данных на основе однородного фантома по описанной ранее методике и процедура дополнения данных на основе косинусной функции.We used the procedure for calibrating the measured data based on a homogeneous phantom according to the previously described method and the procedure for supplementing data based on the cosine function.

Измерения производились в клинических условиях, на реальных пациентах, проходящих обследование щитовидной железы радиоизотопными методами с использованием фармпрепарата, содержащего радионуклид Технеций Tc99м. Общая активность препарата, вводимого каждому пациенту, была равна 3 милликюри.The measurements were made in clinical conditions, on real patients undergoing thyroid examination using radioisotope methods using a pharmaceutical product containing the technetium Tc 99m radionuclide. The total activity of the drug administered to each patient was 3 milliecurie.

Результаты измерений для двух различных пациентов, имеющих патологию щитовидной железы, показаны на Фиг.14 позиция А и В соответственно, в сравнении с результатами обследования тех же пациентов на стандартной гамма-камере Millennium типа Анже, производства фирмы General Electric. Результаты, полученные на стандартном оборудовании, показаны в верхнем ряду, результаты, полученные на экспериментальном оборудовании, показаны в нижнем ряду.The measurement results for two different patients with thyroid pathology are shown in Fig. 14, positions A and B, respectively, in comparison with the results of examination of the same patients with a standard Millennium gamma camera of the Angers type, manufactured by General Electric. The results obtained on standard equipment are shown in the upper row, the results obtained on experimental equipment are shown in the lower row.

Время обследования на гамма-камере Анже составляло 10 минут, на экспериментальном образце 15 минут. При этом собственное разрешение гамма-камеры Анже было - 6 мм, а экспериментального образца - 1,6 мм.The examination time on the Angers gamma camera was 10 minutes, on the experimental sample 15 minutes. At the same time, Angers' own gamma camera resolution was 6 mm, and that of the experimental sample was 1.6 mm.

Анализ результатов экспериментальных измерений позволяет сделать вывод о правильности предлагаемых технических решений и возможности построения устройств на изложенных принципах.Analysis of the results of experimental measurements allows us to conclude that the proposed technical solutions are correct and that devices can be built on the principles outlined.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США 3,011,057, опубл. 1961.10.28.1. US patent 3,011,057, publ. 1961.10.28.

2. Патент США 3,684,886, опубл. 1972.08.15.2. US Patent 3,684,886, publ. 08.28.15.

3. Патент США 3,936,639, опубл. 1976.02.03.3. US patent 3,936,639, publ. February 2, 1976

4. Патент США 4,090,080, опубл. 1978.05.16.4. US Patent 4,090,080, publ. 1978.05.16.

5. Патент США 4,563,583, опубл. 1986.01.07.5. US patent 4,563,583, publ. 1986.01.07.

6. Патент США 6,353,227 В1, опубл. 2002.03.05.6. US patent 6,353,227 B1, publ. 2002.03.05.

7. Патент США 6,627,893 В1, опубл. 2003.09.30.7. US patent 6,627,893 B1, publ. September 2003.

8. Патент США 6,631,285 В2, опубл. 2003.10.07.8. US Patent 6,631,285 B2, publ. 2003.10.07.

9. А.Н.Тихонов, В.Я.Арсенин "Методы решения некорректных задач", М., "Наука", 1986.9. A.N. Tikhonov, V.Ya. Arsenin "Methods for solving ill-posed problems", M., "Science", 1986.

10. A.Busbom, H.Elders-Boll, and H.D.Schotten, "Uniformly Redundant Arrays", Experimental Astronomy 8: 97-123, 1998.10. A. Busbom, H. Elders-Boll, and H. D. Schotten, "Uniformly Redundant Arrays", Experimental Astronomy 8: 97-123, 1998.

11. Г.Хермен "Восстановление изображений по проекциям. Основы реконструктивной томографии", перевод с английского Л.В.Барабина и А.Б.Мещерякова под ред. Л.М.Сороко, М., "Мир", 1983.11. G. Hermen "Image restoration from projections. Fundamentals of reconstructive tomography", translation from English by L.V. Barabin and A. B. Meshcheryakov, ed. L. M. Soroko, M., "World", 1983.

12. N. de Beaucoudrey, L.Garnero, J.P.Hugonin, "Improved tomographic X-ray microimaging of laser plasma by double multislit coding cameras", SPIE Vol.1140 X-Ray Instrumentation (1989) / 149.12. N. de Beaucoudrey, L. Garnero, J.P. Hugonin, "Improved tomographic X-ray microimaging of laser plasma by double multislit coding cameras", SPIE Vol. 1140 X-Ray Instrumentation (1989) / 149.

Claims (8)

1. Способ получения изображения распределения радиоактивного препарата внутри исследуемого объекта, включающий измерение интенсивности излучения от радионуклида внутри объекта через многощелевой коллиматор стрип-детектором, установленным у выхода коллиматора, вход которого направлен в сторону объекта, при различных угловых положениях системы коллиматор-детектор относительно объекта и получение набора данных интенсивности излучения, аналогичных компьютерной томографии, с последующим применением к набору данных алгоритма реконструкции и визуализации результата реконструкции.1. A method of obtaining an image of the distribution of a radioactive drug inside an object under study, including measuring the intensity of radiation from a radionuclide inside an object through a multi-slot collimator with a strip detector installed at the output of the collimator, the input of which is directed toward the object, at different angular positions of the collimator-detector system relative to the object and obtaining a data set of radiation intensity similar to computed tomography, followed by applying the reconstruction algorithm to the data set Function and visualization of the result of the reconstruction. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют устранение искажений результата реконструкции, вызванное неоднородностью прозрачности щелей коллиматора, для чего предварительно измеряют прозрачность щелей коллиматора и используют результаты измерения в алгоритме реконструкции, при этом для измерения прозрачности щелей коллиматора измеряют интенсивность излучения от однородного фантома без изменения углового положений системы коллиматор-детектор и нормируют результаты измерения интенсивности излучения от исследуемого объекта по следующему алгоритму:
I(i)=A(i)/C(i),
где i - номер стрипа в детекторе,
I(i) - калиброванное значение измерения интенсивности излучения [имп/с],
A(i) - измеренное значение интенсивности излучения [имп/с],
C(i) - измеренная нормированная по максимуму интенсивность излучения от однородного фантома [безразмерная от 0 до 1].
2. The method according to claim 1, characterized in that the distortion of the reconstruction result caused by the inhomogeneity of the transparency of the collimator slots is additionally eliminated, for which the transparency of the collimator slits is preliminarily measured and the measurement results are used in the reconstruction algorithm, while the radiation intensity is measured to measure the transparency of the collimator slits from a homogeneous phantom without changing the angular position of the collimator-detector system and normalize the results of measurements of radiation intensity from object under the following algorithm:
I (i) = A (i) / C (i),
where i is the number of the strip in the detector,
I (i) is the calibrated value of the measurement of radiation intensity [imp / s],
A (i) is the measured value of the radiation intensity [imp / s],
C (i) - measured maximum normalized radiation intensity from a homogeneous phantom [dimensionless from 0 to 1].
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для устранения неоднородности прозрачности щелей коллиматора измеряют интенсивность излучения радионуклида через одну щель, проделанную в непрозрачном для излучения радионуклида экране и ориентированную параллельно стрипам стрип-детектора со смещением относительно оси вращения детектора на угол δ, пропорциональный требуемому пространственному разрешению в реконструируемом изображении исследуемого объекта, а саму щель располагают между объектом и детектором на расстоянии D, определяемом следующим соотношением:
Figure 00000033

где β - требуемое увеличение при проведении измерения [безразмерная от 0 до бесконечности],
d - расстояние от экрана до плоскости детектора [мм],
D - расстояние от экрана до объекта (расстояние до плоскости внутри объекта, параллельной экрану, относительно которой хотят иметь желаемое увеличение) [мм].
3. The method according to claim 1, characterized in that in order to eliminate the heterogeneity of the transparency of the slots of the collimator, the radiation intensity of the radionuclide is measured through a single slot made in a screen that is opaque to the radiation of the radionuclide and oriented parallel to the strip detector strips with an offset of an angle δ from the axis of rotation of the detector, proportional to the required spatial resolution in the reconstructed image of the investigated object, and the slit itself is placed between the object and the detector at a distance D, determined as follows general ratio:
Figure 00000033

where β is the required increase in the measurement [dimensionless from 0 to infinity],
d is the distance from the screen to the plane of the detector [mm],
D is the distance from the screen to the object (the distance to the plane inside the object parallel to the screen, relative to which they want to have the desired increase) [mm].
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что угол смещения щели δ относительно оси вращения устанавливают не более 5°.4. The method according to claim 3, characterized in that the angle of displacement of the slit δ relative to the axis of rotation is set to not more than 5 °. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что ширину щели устанавливают постоянной по всей ее длине и пропорциональной требуемому пространственному разрешению в реконструируемом изображении исследуемого объекта.5. The method according to claim 3, characterized in that the width of the slit is set constant over its entire length and proportional to the required spatial resolution in the reconstructed image of the object under study. 6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют устранение искажений реконструкции, вызванных неполным набором данных интенсивности излучения, данные дополняют алгоритмическим путем следующим образом:
Figure 00000034

где M - число стрипов в детекторе;
K - число отсчетов в полном наборе данных;
i - номер дополнения, лежащий в диапазоне от 1 до K-М;
I(1) - измеренные значения интенсивности излучения для 1-го стрипа;
I(M) - измеренные значения интенсивности излучения для М-го стрипа;
ID(M+i) - дополненные значения интенсивности излучения.
6. The method according to claim 1 or 2, characterized in that it additionally eliminates the distortion of the reconstruction caused by an incomplete set of data on the radiation intensity, the data is supplemented algorithmically as follows:
Figure 00000034

where M is the number of strips in the detector;
K is the number of samples in the complete data set;
i is the number of additions lying in the range from 1 to K-M;
I (1) - the measured values of the radiation intensity for the 1st strip;
I (M) - measured values of the radiation intensity for the M-th strip;
I D (M + i) - supplemented values of the radiation intensity.
7. Устройство для получения изображения распределения радиоактивного препарата внутри исследуемого объекта, содержащее щелевой коллиматор, вход которого направлен в сторону исследуемого объекта, стрип-детектор интенсивности излучения, установленный у выхода коллиматора, первое средство вращения, предназначенное для поворота системы детектор-коллиматор вокруг продольной оси исследуемого объекта, второе средство вращения, предназначенное для поворота системы детектор-коллиматор вокруг оси, перпендикулярной продольной оси исследуемого объекта, средство измерения выходных сигналов стрип-детектора интенсивности излучения, средство запоминания и обработки измеренных данных и средство визуализации результатов обработки.7. A device for acquiring an image of the distribution of a radioactive drug inside an object under study, containing a slit collimator, the input of which is directed towards the object being studied, a strip detector of radiation intensity installed at the output of the collimator, the first means of rotation designed to rotate the detector-collimator system around a longitudinal axis investigated object, the second means of rotation, designed to rotate the detector-collimator system around an axis perpendicular to the longitudinal axis og object, a means of measuring the output signals of a strip detector of radiation intensity, a means of storing and processing the measured data and a means of visualizing the processing results. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в качестве стрип-детектора интенсивности излучения оно содержит структурированный сцинтиллятор в виде набора сцинтилляционных волокон, к торцам которых подключены фотодетекторы в виде линейки фотодиодов. 8. The device according to claim 7, characterized in that as a strip detector of radiation intensity, it contains a structured scintillator in the form of a set of scintillation fibers, to the ends of which photodetectors are connected in the form of a line of photodiodes.
RU2006134689/28A 2006-10-02 2006-10-02 Method of defining radioactive medicine distribution inside examined object, and device for method implementation RU2349932C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006134689/28A RU2349932C2 (en) 2006-10-02 2006-10-02 Method of defining radioactive medicine distribution inside examined object, and device for method implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006134689/28A RU2349932C2 (en) 2006-10-02 2006-10-02 Method of defining radioactive medicine distribution inside examined object, and device for method implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006134689A RU2006134689A (en) 2008-04-10
RU2349932C2 true RU2349932C2 (en) 2009-03-20

Family

ID=40545522

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006134689/28A RU2349932C2 (en) 2006-10-02 2006-10-02 Method of defining radioactive medicine distribution inside examined object, and device for method implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2349932C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2550542C2 (en) * 2009-08-06 2015-05-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Method and device for shaping computer tomographic images using geometries with offset detector
RU2660944C2 (en) * 2013-01-01 2018-07-11 Контролрад Системс Инк. X-ray reduction system
RU2681659C1 (en) * 2018-03-26 2019-03-12 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method for registration of intensity distribution of soft x-ray

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2550542C2 (en) * 2009-08-06 2015-05-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Method and device for shaping computer tomographic images using geometries with offset detector
RU2660944C2 (en) * 2013-01-01 2018-07-11 Контролрад Системс Инк. X-ray reduction system
RU2681659C1 (en) * 2018-03-26 2019-03-12 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method for registration of intensity distribution of soft x-ray

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006134689A (en) 2008-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8859973B2 (en) Strip device and method for determining the location and time of reaction of the gamma quanta and the use of the device to determine the location and time of reaction of the gamma quanta in positron emission tomography
US7039227B2 (en) PET device and image generating method for pet device
EP2214558B1 (en) Detection setup for x-ray phase contrast imaging
EP1325355B1 (en) Spect gamma camera
Koide et al. Precision imaging of 4.4 MeV gamma rays using a 3-D position sensitive Compton camera
US6822237B2 (en) Gamma camera apparatus
US5818050A (en) Collimator-free photon tomography
US6528795B2 (en) Compton scatter imaging instrument
US8969817B2 (en) Matrix device and method for determining the location and time of reaction of the gamma quanta and the use of the device to determine the location and time of reaction of the gamma quanta in positron emission tomography
Turecek et al. Single layer Compton camera based on Timepix3 technology
JP2004513373A (en) A method for correcting depth-dependent sensitivity of a rotating slat collimated gamma camera
Turecek et al. Compton camera based on Timepix3 technology
US9798021B2 (en) Method for calibration of TOF-PET detectors using cosmic radiation
JP6656419B2 (en) Radioactivity distribution measuring device and method
RU2349932C2 (en) Method of defining radioactive medicine distribution inside examined object, and device for method implementation
US6281504B1 (en) Diagnostic apparatus for nuclear medicine
JP7167201B2 (en) X-ray phase detector
Baek et al. Optimization of large-angle pinhole collimator for environmental monitoring system
He et al. Portable wide-angle/spl gamma/-ray vision systems
Guru et al. A portable gamma camera for radiation monitoring
Tumer et al. A high sensitivity, electronically collimated gamma camera
Adams et al. Development and testing of a high resolution fan-beam gamma tomography system with a modular detector array
KR101270674B1 (en) Radiation imaging method
Lee et al. Pinhole collimator design for nuclear survey system
JPH09318751A (en) Nuclear medicine diagnostic device

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20090812

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121003