SE437081B - Bildpresentationsanordning for positronforintelsestralning - Google Patents

Description

8000910-5 10 15 20 25 30 35 partiklarnas masscentrumskoordinater. De båda gammastrålarna kan detekteras medelst lämpliga anordningar. Om dessa anord- ningar mäter gammastrålarnas energi vid 511 keV och registre- rar denna energi tillnärmelsevis samtidigt, kan det antagas, att strålningens ursprung ligger på en rät linje mellan de båda detektorerna. Flera detektorer kan användas i ett arrangemang, så att många samtidiga händelser kan detekteras under samma tidsintervall. Informationen från dessa detekto- rer bearbetas därefter medelst en dator med användning av bildrekonstruktionsteknik, så att man finner läget eller för- delningen av den positronemitterande isotopen. ' En anordning för avbildning eller bildpresentation av posítronförintelsestrålning består av följande grundläggande delar: 1) Ett antal detektorer anordnade i precist geometriskt mönster. Dessa detektorer utgöres normalt av scintíllations- detektorer belägna i ett eller flera plan, varvid detekto- rerna vanligtvis är anordnade i ett polygonalt mönster eller 'runt omkretsen av en cirkel. Scintillationsdetektorer avger en ljusblíxt varje gång de absorberar gammastrålning, som eventuellt kan härröra från den inbördes förintelsen av en positron och en elektron. Ljusblixtens intensitet är propor- tionell mot gammastrålens energi. 2) Anordningen måste innehålla organ för omvandling av ljusblixten till en elektrisk laddningspuls. Laddnings- pulsens amplitud är proportionell mot ljusintensiteten. 3) Anordningen måste innehålla organ för bestämning av huruvida laddningspulsen kan ha härrört från en gamma- strålning, vars energi var approximativt ekvivalent mot elektronens vilomassa (511 keV). 4) Anordningen måste innefatta en elektrisk krets, som är i stånd att bestämma, att två och endast två detek- torer har var för sig registrerat gammastrålar med rätt energi inom ett kort tidintervall (koincidenstid). Dessa Detektorer säges ha registrerat en "koincidenshändelse". 5) Anordningen måste innefatta en elektrisk krets, som bestämmer vilka två detektorer bland de många möjliga kombinationerna, som registrerade "koincidenshändelsen". 10 15 20 25 30 35 8000910-3 3 6) Anordningen måste ha ett minne, i vilket det kan registreras, hur ofta varje par av detektorer registrerar en "koincidenshändelse". Detta minne kan vara en del av ett direktminne i en generell dator. 7) Anordningen måste använda en algoritm, medelst vilken informationen i minnet kan transformeras till en av- bildning av fördelningen av positronförintelse per tidsenhet i ett tvärsnitt omgivet av detektorerna. Sekvensen av steg som denna algoritm beskriver, kan vara programmerad i en generell dator. Ändamålet med föreliggande uppfinning är i första hand att åstadkomma en bildpresentationsanordning för positron- förintelsestrålning, som har tvâ eller flera ringar av detek- torer, medelst vilka tre eller fler snitt genom det avsökta föremålet kan avbildas samtidigt med användning av en teknik för justering av snittens bredd.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att vid en sådan bildpresentationsanordning åstadkomma, att ett snitt kan av- bildas med samtliga detektorer i närbelägna plan samtidigt och rekonstrueras, som om samtliga detektorer vore belägna i samma plan. Ännu ett ändamål med uppfinningen är att vid en bild- presentationsanordning av angivet slag åstadkomma, att ett enda snitt avbildas, utan att detektoruppsättningen behöver roteras eller förflyttas på något sätt under datainsamligen.

Detta gör det möjligt att åstadkomma en fysiologiskt avgrän- sad avbildning av ett enda snitt utan någon förflyttning eller rörelse av detektoruppsättningen, så att takten för bildinsamlingen är oberoende av detektorrörelse och begrän- sas endast av den permanenta datalagringen från individuella avbildningar.

Det kännetecknande för uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas i anslutning till bifogad ritning, vilken såsom exempel visar en föredragen utföringsform av uppfinningen, varvid fig. l är ett blockschema över en bildpresentations- anordning enligt uppfinningen; 8000910-3 10 15 20 25 30 35 U fig. 2 är en planvy, delvis i genomskärning,av skärm- ningsanordningen och den rörliga kollimatoranordningen med den yttre kollimatorn tillbakadragen och den centrala kolli- matorn i dess normala läge, vilket tillåter rekonstruktion av tre avbildningar; _ fig. 3 visar samma sak som fig. 2 men med de yttre kollimatorerna införda mot den centrala kollimatorn, så att ~ snittjockleken 1 samtliga snitt reduceras samtidigt; fig. 4 visar samma sak som fig. 3 men med den centrala kollimatorn uppdelad och förflyttad ut till de yttre kolli- matorerna, så att ett snitt kan rekonstrueras som om samtliga 128 detektorer låg i samma plan; fíg. 5 är en ändvy bakifrån av anordningen, som visar den bakre fasta skärmen och drivanordningarna för förflytt- ning av kollimatorerna; och figh 6 är ett snitt med kollimatorerna avlägsnade, som visar detektorerna, deras bärplatta och den skärmningen upp- bärande konstruktionen.

Den i fig. l såsom exempel visade föredragna utförings- formen av en bildpresentationsanordning l för positronför- intelsestrålning innefattar två ringar av detektorer 2 och 2', somfär koaxiellt anordnade och omger det föremål som skall av- bildas i två plan. Signalerna från detektorerna 2 och 2' för- stärkes och omvandlas till elektriska spänningar medelst spänningsförstärkare 4, varefter signalernas energi mätes medelst energidiskriminatorer 5. Detektorsignalerna från båda ringarna behandlas på samma sätt medelst förstärkare H och energídiskriminatorer 5. Utgångssignalerna från var och en av energidiskriminatorerna 5 bearbetas medelst en koincidens- analyskrets 6, som bestämmer vilka två detektorer som är in- volverade i varje enskild koincidenshändelse. Utgångssignalen från koincidenskretsen 6 användes för laddning av minnesplat- ser i en generell dator. Datorn rekonstruerar därefter en bild av fördelningen av den positronemitterande isotopen i de avsökta tvärsnitten. Koincidenskretsen finnes närmare be- skriven i den svenska patentansökningen nr 80.00909-5.

Den föredragna utföringsformen innefattar två ringar om BH trapetsoidalt formade detektorer av vismutgermanat som lÛ 15 20 25 30 35 8000910-30 är åtskilda medelst tunna skiljeväggar av volfram. Den när- mare utformningen av dessa detektorer finnes beskriven i den svenska patentansökningen 80.00773-5. Dessa båda ringar av detektorer är vridna relativt varandra periferiellt med en vinkel motsvarande halva vinkelavståndet mellan varandra närbelägna detektorer (2,8°). Detta finnes närmare beskrivet i den svenska patentansökningen nr 80.009ll-l.

Såsom framgår av fig. 2 är de båda ringarna av vismut- germanatdetektorer (c, d, e, f) uppburna av en detektorbär- platta 25 och omgivna av fasta blyskärmar 20 och 22. Dessa skärmar 20 och 22 har till uppgift att förhindra, att strål- ning härrörande utanför de plan som avbildas när detektorerna och därigenom ger upphov till en slumpmässig bakgrundssignal över hela avbildningen. Detektorernas innerytor ZU är belägna på en cirkel med en diameter av H2 cm. Den exakta diametern är ej kritisk. Detektorerna är fastsatta pâ detektorbärplattan 26 och kan förflyttas relativt de stationära blyskärmarna 20 och 22. Detektoruppsättningen kan rotera omkring sin axel med en vinkel av 2,80, som för det använda antalet detektorer är halva vinkelavståndet mellan två varandra närbelägna de- tektorer. Denna enkla roterande rörelse fram och åter an- vändes för studier med låg upplösning. En arbetsmod med hög upplösning kan erhållas, om hela detektoruppsättningen till- lâtes att precessera omkring den koaxiella axeln, i en liten cirkel (approximativt 1 cm i diameter), vilket ökar antalet sample per projektion, då datan konstrueras.

De närmast detektorerna belägna ytorna på de fasta bly- skärmarna 20 och 22 är utformade med periferiellet förlöpande spår 28 och 28'. I dessa spår 28 och 28' kan tvâ rörliga kollimatorelement 210 och 212 av bly vara anordnade. Dessa båda blykollimatorer är ringformade och bestämmer de yttre gränserna för de två yttre snitten och också de yttre grän- serna för det centrala snittet, såsom visat i fíg. 2. De yttre gränserna för de yttre snitten är visade medelst streckade linjer mellan detektorerna C och D och detektorerna E och F. De yttre gränserna för det centrala snittet är vi- sade medelst heldragna linjer och bestämmes av koincidenser mellan detektorer E och D och detektorer C och F. De yttre 8000910-3 10 15 20 25 30 35 kollimatorerna kan förskjutas inåt och utåt i axiell rikt- ning efter önskan medelst skruvar 2lH och 216, som kan rote- ras med hjälp av kugg- eller tandhjul 2l8, 220. Det finnes åtta sådana skruvar, såsom visat i fig. 6. Tandhjulen är sam- mankopplade medelst en drivrem 220 och en liten reversibel elektrisk motor 22H är anordnad att genom roteríng av skru- varna synkront förflytta kollimatorerna inåt respektive utåt.

De övre och nedre ändarna av skruvarna 2lH och 21k är försedda med vänster- resp. högergängor, så att vid rotation förflyttas skruvarna i de båda kolli- matorerna tillsammans i riktning mot det centrala planet. av skruvarna i medurs riktning kollimatorerna tillsammans utåt från det centrala planet. Då stället roteras i moturs riktning, förflyttas Denna förflyttning framgår genom jämförelse av fig. 2 med fíg. 3, i vilken de yttre kollimatorerna 2l0 och 212 har förts in mot det centrala planet till en punkt, vid vilken snitt- bredden har reducerats till ca 1,2 cm från den normala tjock- leken om 2 cm. ' För att skydda detektorerna mot strålning, som kommer från ställen utanför det avbildade planet, är det önskvärt att sätta in en central kollimator mellan de båda detektor- ringarna. Denna centrala kollimator är vanligtvis en ring av bly, som uppbäres av den fasta blyskärmen 20. Vid den vi- sade anordningen består emellertid den centrala kollimatorn av två i tvärsnitt kilformade blyringar, som kan förflyttas medelst ytterligare skruvar 224 och 226, som är-försedda med vänster- och högergängor på motsvarande sätt som beskrivits för de yttre kollimatorernas skruvar 2lH och 216. Härigenom blir det möjligt att föra undan den centrala kollimatorn, så att man erhåller en speciell avbildníngsmod för ett snitt.

Detta visas tydligast i fig. 4, där den ena halvan av den centrala kollimatorn flyttas uppåt mot den yttre kollimatorn 212, medan den andra halvan av den centrala kollimatorn för- flyttas nedåt mot den yttre kollimatorn 210.

Eftersom de för strålning tillgängliga frontytorna hos detektorerna därvid blir relativt små, kan en enda avbildning representerande ett snitt med en bredd av ca 2 cm rekonstru- eras från data erhållen från samtliga l28 detektorer. Efter- 10 15 20 25 30 ÛÛÛÛ9 10-3 7 som den övre detektorringen är vriden 2,80 relativt den nedre detektorringen, ligger den linje som förenar detektorer E och F ej direkt ovanför den linje som förenar detektorer C och D utan i själva verket parallell med den och belägen på lika stort avstånd från linjen förbindande C och D som från de lin- jer som förenar nästa två detektorer i den nedre ringen. An- talet detektorpar som är tillgängliga för bildrekonstruktionen är således detsamma som om alla 128 detektorer vore belägna i samma ring. Eftersom emellertid detektorerna i realiteten är mycket större än vad som skulle vara möjligt om l28 detek- torer placerades isæmna ring, är denna enkelsnittsmod mycket) effektivare än vad som skulle kunna erhållas med användning av 128 detektorer som vore hälften så stora.

Vidare är detektorernas bredd sådan, att deras öpp- ningsfunktion är mycket vidare än vad som skulle erhållas med 128 detektorer, vilket ger en jämnare sampling av det avsökta objektet än vad som skulle erhållas med 128 diskreta detek- torer anordnade i ett enda plan.

Pig. 5 visar drivremmen 280 och motorn 282 för de skru- var som förflyttar den centrala kollimatorn. Pig. 5 visar också hur blyskärmningen kan uppbäras från ett svänglager för huvuddetektorenheten.

Fig. 6 visar ett snitt genom hela detektorenheten och den fasta skärmenheten utan de rörliga kollimatorerna. Detek- torerna 2, 2' är fästa vid detektorbärplattan 6l0. Detektor- A enheten kan rotera och precessera inuti den fasta skärmenheten 20, 22, och hela enheten kan tippas eller svängas omkring axeln 602. Detektorbärplattan roterar på ett lager 612, som uppbäres av rotationsstödet 6lH. Detta lager är monterat excentriskt på precessflxsdrivningen 616, 618. Precessions- drivningen uppbäres av konstruktionen 620. Rotering av 618 medför, att detektorenheten precesserar i en liten cirkel.

Claims (11)

1. 82000910-3 Patentkrav l. Bildpresentationsanordning för positronförintelse- strålning, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar: (a) en första cirkulär uppsättning av n detektorer (2) an- ordnade i ett första plan så att de är periferiellt jämnt för- delade med ett inbördes vinkelavstånd om 360/no; (b) en andra cirkulär uppsättning av lika många detektorer (2') anordnade koaxiellt med nämnda första uppsättning av detektorer och i ett andra plan skilt från nämnda första plan, varvid detektorerna i denna andra uppsättning är peri- feriellt jämnt fördelade med ett inbördes vinkelavstånd av. 360/no och är periferiellt förskjutna relativt detektorerna i den första uppsättningen med en vinkel om väsentligen sso/2n°; _ (c) stationära, första och andra skärmorgan (20, 22) anord- nade axiellt på utsidan av nämnda första och andra uppsätt- ningar av detektorer, varvid dessa skärmorgan är utformade som plana ringar och nämnda första och andra detektoruppsätt- ningar är periferiellt rörliga relativt dessa stationära skärmorgan med en vinkel av 360/2n°; och (d) första och andra yttre kollimatorelement (210, 2l2) utformade som plana ringar och anordnade mellan nämnda fasta skärmorgan (20, 22) och de närbelägna cirkulära detektorupp- sättningarna (2, 2') i plan parallella med dessa, varjämte dessa första och andra yttre kollimatorelement är rörliga.

2. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att den vidare innefattar en central kollimator utformad som en plan ring och anordnad mellan nämnda första och andra plan.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda centrala kollimator är uppdelad i två separata kollimatorstycken, vilka är utformade som plana ringar och kan förskjutas axiellt i riktning mot respektive från varand- ra.

4. Anordning enligt krav 1, k ä n n eit e c k n a d av att den innefattar inställningsorgan (214, 218, 220, 22U) för samtidig axiell förskjutning av nämnda första och andra 82000910-3 kollimatorelement (210, 212) i inbördes motsatta riktningar.

5. Anordning enligt krav H, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda inställningsorgan innefattar ett flertal skruvar (2lH) med vänstergängade och högergängade partier.

6. k ä n n e t e c k n a d att den innefattar inställningsorgan (224, 226, 282) för Anordning enligt krav 3, av förflyttning av den centrala kollimatorns båda kollimator- ulcment i riktning mot respektive från varandra.

7. k ä n n e t e c k n a d att nämnda inställningsorgan innefattar ett flertal skruvar Anordning enligt krav 6, av (224, 226) försedda med vänstergängade och högergängade par- tier.

8. k ä n n e t e c k n a d av att nämnda skruvar är försedda med tandhjul (218, 220), Anordning enligt krav 5 och 7, över vilka drivkedjor (222, 280) löper, varvid dessa driv- kedjor är kopplade till reverserbara drivmotorer (22H, 282).

9. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar organ för oscillering av nämnda cirkulära detektoruppsättningar i periferiell riktning inom en vinkel av ca 360/no omkring den gemensamma axeln.

10. kännetecknad av att den innefattar organ för precessering av de cirkulära de- Anordning enligt krav l, tektoruppsättningarnas axlar i en relativt liten cirkel rela- tivt en fast axel.

ll. k ä n n e t e c k n a d att nämnda lilla cirkel har en diameter av ca 1 cm. Anordning enligt krav 10, av