מערכת פליטת פוזיטרוני טומוגרפיה יסוד נבנתה לאתר מקור רדיואקטיבי בשטח הדו-ממדי

המטרה הכוללת של הניסוי הבא היא להראות את העקרונות הבסיסיים של מערכת טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים באמצעות שני זוגות של גלאי צילום. היתרון העיקרי בשימוש באב-טיפוס זה על פני מערכות PET מסחריות הוא שהמשתמשים יכולים לראות בבירור את עקרונות העבודה הבסיסיים של PET. הרעיון למערכת זו עלה לראשונה כשביקשנו להרחיב את פעילות המעבדה שלנו לסטודנטים לתואר שני, בתחום הפיזיקה הרפואית.

מי שידגים את ההליך יהיה מרקוס פונטיין, טכנאי מהמעבדה שלי. התחל לעבוד על הגדרת ה-PET על ידי הכנת מערכת הזיהוי. צור כל גלאי באמצעות צינור מכפיל צילום וחתיכת נצנוץ מפלסטיק מלוטש.

תכנן את חתיכת הנצנוץ כך שתתאים לגודל ולצורה של כניסת הצינור מכפיל הצילום כדי לאפשר צימוד טוב. השלב הבא הוא לעטוף את הנצנוץ בסרט שחור. השאר צד אחד חשוף כדי להיות משולב עם כניסת הצינור מכפיל הצילום.

הניחו את הנצנוץ בצד והתחילו לעבוד עם צינור מכפיל הצילום. השתמש באלכוהול ובמטלית נקייה כדי לנקות את כניסת הצינור המכפיל. כאשר זה נעשה, קבל גריז אופטי ומרח אותו על כניסת האור עד שהוא מכוסה לחלוטין.

חזור לעבודה עם הנצנוץ ומרח גריז אופטי על פני השטח החשוף שלו. לאחר מריחת השומן האופטי, יישר את כניסת האור מכפיל הצילום ואת משטח הנצנוץ החשוף. לאחר מכן חבר את שני המשטחים המטופלים.

כדי להשלים את הגלאי, עטפו את צינור מכפיל הצילום ואת הנצנוץ בסרט שחור יותר כפי שמודגם בדוגמה זו. צור לפחות ארבעה גלאים לפני שתעבור לבדוק אותם. בדוק את הגלאי על ידי חיבורו למקור מתח ולאוסצילוסקופ דיגיטלי רגיל.

כבה והדליק את האור במעבדה תוך כדי ניטור האות באוסילוסקופ כדי לוודא שאין הפסדי אור. לאחר מכן, חבר את פלט צינור הפוטו-מכפיל לסקלר כדי לספור אירועים שזוהו. התאם את מתח הגלאי לערכו הנמוך ביותר; במקרה זה נקודה חמישה וולט.

כעת הפנה את תשומת הלב לגלאי. הנח את מקור הנתרן 22 ישירות על פני חלק הנצנוץ. רשום את מספר האירועים שזוהו במשך שלוש דקות באמצעות ה-scaler.

לאחר מכן הגדל את מתח הבקרה בנקודה אפס וולט. חזור על הזמן למדידת אירועים שזוהו עבור ערך זה וכל האחרים עד למתח הבקרה המרבי. לאחר שכל הגלאים נבדקו במלואם, ערכו תרשים של מספר האירועים שזוהו לעומת מתח הבקרה.

תרשים זה כולל נתונים מ-12 גלאים. בחר שני גלאים עם עקומות דומות כדי ליצור זוג צירופי מקרים. למשל, גלאים O ו-I בעלילה זו.

לאחר זיהוי שני זוגות תואמים, עברו לבנייה ובדיקה של שתי מערכות מקבילות. בנה את המערכת המקרית על ידי הצבת שני גלאים תואמים כך שחלק הנצנוץ של גלאי אחד יהיה ישירות מעל הנסיטילטור של השני. לאחר מכן, בדוק את הרכיבים האלקטרוניים.

מערכת צירוף המקרים דורשת שלושה מודולי מכשור גרעיני, מפלה, יחידת לוגיקה וסקלר. חבר את אותות הפלט של הגלאים לכניסות של מודול המפלה. ביחידת הלוגיקה, בחר את מצב הסיום בלוח הקדמי.

לאחר מכן חבר את שתי יציאות המפלה לכניסות היחידה הלוגית. חבר את פלט היחידה הלוגית למודול הסקלר כדי לספור את האירועים. בתצורה זו, על הסקלר לרשום אירועי צירוף מקרים עקב קרינה קוסמית הפוגעת במערכת צירופי המקרים.

סכימה זו היא של מערכת גילוי צירופי מקרים שהושלמה לבדיקת זוג גלאים. בדוק כל אחד מזוג הגלאים לפני שתמשיך. השלב הבא הוא ליצור את הגדרת ה-PET.

מקם את ארבעת הגלאים בפינות ריבוע. כוונו את המספרים כך שיצביעו לכיוון מרכז הריבוע. הגלאים הפונים ישירות זה לזה יוצרים זוג מקרי.

משטחי הגלאי נמצאים במרחק של כ-20 סנטימטרים זה מזה. המשך על ידי חיבור כל אחד מהגלאים לערוצים נפרדים של מפלה, בלוק לוגי וסקלר. עבור ספירת צירוף מקרים עם ארבעה גלאים, יישם את בלוק הלוגיקה המתואר בתרשים זה.

כאן הגלאים מסומנים I, J, E ו-F והאותות שלהם מועברים דרך מפלה שאינו מוצג. בתרשים זה, כל גלאי משויך למודול OR. חבר את הפלט של כל גלאי לכניסות של שלושת מודולי ה-OR שאליהם הוא אינו משויך כפי שמצוין על ידי הקווים הצבעוניים.

לאחר מכן, חבר את היציאות של מודול ה-OR למודול AND כדי להשלים את לוגיקת צירוף המקרים. בשלבים הבאים, ספק חשמל לזוג צירופי מקרים אחד בלבד. לאחר מכן חזור על השלבים עבור הזוג השני.

חזור למערך הגלאים עם מקור קרינת נתרן 22. הנח את המקור לאורך הקו שבין הגלאים של זוג צירופי המקרים. השתמש בגלאי אחד כהתייחסות ומדוד את המרחק למקור.

במדף האלקטרוניקה, השתמש ביציאות המפלה עבור שני הגלאים ככניסות לאוסצילוסקופ. הצג את האותות על האוסילוסקופ עם הזמן בגישה האופקית. בנוסף, קח את הפלט של בלוק הלוגיקה של צירוף המקרים והזן אותו לתוך האוסילוסקופ.

אותות הריבוע אמורים להופיע על המסך. השתמש בהפרשי זמן בין אותות מפלה שנמדדו באוסילוסקופ לשלבי כיול מאוחרים יותר. לאחר מכן, הכן את המדידה האוטומטית של המחשב ואת הזמן לממיר דיגיטלי או מודול TDC.

חבר את הפלט של בלוק הלוגיקה לכניסת ההתחלה של TDC. לאחר מכן חבר את היציאות של המפלה למודול עיכוב. העבר את הפלט של מודול ההשהיה לכניסות העצירה של ה-TDC.

סכימה זו מספקת סקירה כללית של ההגדרה בשלב זה. חבר את המודולים והמחשבים עם אפיק מכשור לשימוש כללי לבקרת תוכנה. התקן את Labview או תוכנה דומה כדי ליצור מכשיר וירטואלי.

בשלב זה, בצע שלבי כיול TDC עבור זוג צירופי המקרים. השלב הבא הוא כיול המערכת החל ממערכת צירוף מקרים אחת. לאורך הקו בין שני הגלאים, זהה חמש נקודות במרווחים שווים כולל נקודת האמצע.

להגדרה זו יש נקודות במרווחים של ארבעה סנטימטרים. לאחר מכן, מקם את מקור הקרינה בין הנקודות. כשהמקור במקום, התחל לאסוף אירועי צירוף מקרים, נתוני TDC למשך 30 דקות.

שרטט את הממוצע של כל נתוני ה-TDC שנאספו כל דקה או שתיים. זוהי עלילה טיפוסית לאחר 30 דקות מלאות. שתי העקומות תואמות לשני הגלאים של זוג צירופי המקרים.

השתמש בתרשים של ממוצע ההפרש בין ערכי ה-TDC משני הגלאים כדי להגדיר אזור זמן לצורך איתור המקור. כעת, העבר את מקור הקרינה למיקום מסומן אחר בין הגלאים. רכוש 30 דקות של נתונים וקבע אזור זמן חדש וחזור על כל אחת מחמש הנקודות.

לאחר מכן, התחל לבדוק את הרגישות של הזוג. חזור על מדידות TDC בכל הנקודות המסומנות עבור זמני איסוף שונים. לאחר בדיקת הרגישות, עברו להגדרת מכשיר וירטואלי.

המכשיר ישייך נורית תוכנה למיקום מקור הקרינה. חמש הנוריות האנכיות במרכז מערך זה תואמות את חמשת המיקומים המסומנים המשמשים להגדרת אזורי הזמן. באיור זה, נתוני ה-TDC שלנו עבור שתי פוזיציות סמוכות.

הממוצע של נתוני הפרש TDC עבור עמדה נמצא במרכז מרווח. המרווח מייצג את סטיית התקן של הנתונים. הנתונים צריכים להיות מזמן האיסוף שישמש לפתרון המיקומים שתי דקות בפרוטוקול זה.

בחר חלון מדידת זמנים כדי לשייך למיקום עם LED על ידי חיתוך המרווחים כך שהם לא חופפים. ההתקנה תושלם לאחר כיול שני זוגות צירופי המקרים. בשלב זה, אמורים להיות תשעה מיקומים מסומנים בין הגלאים.

הנח את מקור הקרינה על אחד העמדות. אסוף נתונים במשך שתי דקות ובדוק את דיוק המכשיר הווירטואלי באיתור מיקום מקור הקרינה. אלו הן עלילות של התגובה עבור כל גלאי וזוג היוצרים מערכת צירוף מקרים.

ערך ה-TDC הממוצע המצטבר על פני מרווח של דקה אחת ניתן על הציר האנכי. האינדקס של מרווח הדקה הוא לאורך הציר האופקי. הנתונים נאספו במשך 30 דקות.

הקווים הצבעוניים השונים תואמים למיקומים שונים של מקור הקרינה. ההבדל בין הערכים הממוצעים הללו משורטט כאן. התנהגות ליניארית צפויה עבור כל קבוצת מדידות המאפשרת המרה בין זמן למרחק.

שימו לב שיש יציבות מוגברת ככל שזמן הרכישה גדל. חלקות אלה מספקות מדידה של הרגישות של מערכות צירופי מקרים. החציון והממוצע של ספירות ה-TDC משורטטים לאורך הציר האנכי.

אינדקס מיקום מקור הקרינה בין הגלאים E ו- F משורטט לאורך הציר האופקי. הנתונים המשמשים עבור כל נקודה נאספים במשך חמש דקות. מדד המיקום הראשון מתאים למקור הקרינה להיות מרוכז בערך.

ככל שהאינדקס עולה, המקור נע לעבר גלאי F. מערכת צירוף מקרים זו מציגה רזולוציה מרחבית טובה מכיוון שהעקומה עבור החציון והממוצע מתפצלים כפונקציה של מיקום. לשם השוואה, החציון והממוצע עבור מערכת זו אינם מתפצלים במהירות ומעידים על רזולוציה מרחבית גרועה.

לאחר השלמתו, מכשיר זה יכול להציג את מיקומו של מקור קרינה תוך דקה אחת או פחות. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור לשים את מקור הקרינה במצב שבו זוג גלאים אחד רגיש. אל תשכח שעבודה עם חומר רדיואקטיבי עלולה להיות מסוכנת ביותר.

התאמן בבטיחות קרינה כדי ללמוד את אמצעי הזהירות שיש לנקוט בעת ביצוע ניסוי זה.