バイ次元空間での放射線源を見つけるために構築の基本的なポジトロン放出断層撮影システム

次の実験の全体的な目標は、2組の光検出器を使用した陽電子放出断層撮影システムの基本原理を示すことです。このプロトタイプを市販のPETシステムよりも使用する主な利点は、ユーザーがPETの基本的な動作原理をはっきりと見ることができることです。このシステムのアイデアを最初に思いついたのは、医学物理学分野の修士課程の学生向けの研究室活動を詳しく説明しようとしたときでした。

この手順を実演するのは、私の研究室の技術者であるMarcus Fontaineです。検出システムを準備することにより、PETセットアップの作業を開始します。各検出器は、光電子増倍管と研磨されたプラスチックシンチレータピースを使用して作成します。

シンチレータピースは、光電子増倍管の入口のサイズと形状に一致するように設計し、良好な結合を可能にします。次のステップは、シンチレータを黒いテープで包むことです。片側を覆われていないままにして、光電子増倍管の入り口と結合します。

シンチレータを脇に置き、光電子増倍管での作業を開始します。アルコールと清潔な布を使用して、光電子増倍管の入り口を清掃します。これが完了したら、光学グリースを入手し、完全に覆われるまで光の入り口に塗布します。

シンチレータでの作業に戻り、覆われていない表面に光学グリースを塗布します。光学グリースを塗布した後、光電子増倍管の光の入口と覆われていないシンチレータの表面を位置合わせします。次に、処理された 2 つのサーフェスを結合します。

検出器を完成させるには、この例に示すように、光電子増倍管とシンチレータをさらに黒いテープで包みます。テストに進む前に、少なくとも 4 つのディテクターを作成します。検出器を電圧源と標準のデジタルオシロスコープに接続してテストします。

ラボでライトをオフにしてからオンにしながら、オシロスコープで信号を監視して、光の損失がないことを確認します。次に、光電子増倍管の出力をスケーラーに接続して、検出されたイベントをカウントします。検出器ボリュームを調整しますtageを最低値にします。この場合、ポイント5ボルト。

次に、検出器に注意を向けます。ナトリウム22源をシンチレーション部分の表面に直接置きます。スケーラーを使用して、検出されたイベントの数を 3 分間で記録します。

次に、制御電圧をポイントゼロ1ボルトずつ増やします。この値と他のすべての値について、検出されたイベントの測定までの時間を、最大制御電圧まで繰り返します。すべての検出器が完全にテストされたら、検出されたイベントの数と制御電圧のプロットを作成します。

このプロットには、12個の検出器からのデータが含まれています。類似した曲線を持つ 2 つの検出器を選択して、一致ペアを形成します。たとえば、このプロットの検出器 O と I です。

一致した 2 つのペアが特定されたら、2 つの一致するシステムの構築とテストに進みます。1 つの検出器のシンチレータ部分が他方の検出器のシンチレータの真上にくるように、2 つの一致した検出器を配置して、一致システムを構築します。次に、電子部品を確認します。

この偶然のシステムには、3つの原子核計装モジュール、識別器、論理ユニット、およびスケーラーが必要です。検出器の出力信号を識別器モジュールの入力に接続します。ロジックユニットで、フロントパネルでエンドモードを選択します。

次に、2つの識別器出力をロジックユニット入力に接続します。ロジックユニットの出力をスケーラーモジュールに接続して、イベントをカウントします。この構成では、スケーラーは、宇宙線が一致システムに当たることによる一致イベントを登録する必要があります。

この概略図は、一対の検出器をテストするための完成した偶然検出システムのものです。先に進む前に、検出器のペアのそれぞれをテストします。次のステップは、PETセットアップを作成することです。

4つの検出器を正方形の角に配置します。シチレータを正方形の中心を指すように向けます。互いに直接向き合う検出器は、偶然のペアを形成します。

検出器の表面は約20センチ離れています。続行して、各検出器を識別器、論理ブロック、およびスケーラーの別々のチャンネルに接続します。4 つの検出器で一致カウントを行うには、この図に示されているロジック ブロックを実装します。

ここでは、検出器にはI、J、E、Fのラベルが付けられており、それらの信号は示されていない識別器を通過します。この図では、各ディテクタは OR モジュールに関連付けられています。各検出器の出力を、色付きの線で示されているように、関連付けられていない3つのORモジュールの入力に接続します。

次に、ORモジュールの出力をANDモジュールに接続して、一致ロジックを完成させます。次の手順では、1つの一致ペアにのみ電力を供給します。次に、2 番目のペアに対して手順を繰り返します。

ナトリウム22放射線源のある検出器アレイに戻ります。一致ペアの検出器間の線に沿ってソースを配置します。1つの検出器を基準として使用し、ソースまでの距離を測定します。

電子機器ラックでは、2つの検出器の識別器出力をオシロスコープへの入力として使用します。水平アクセスの時間とともにオシロスコープに信号を表示します。さらに、偶然の一致論理ブロックの出力を取得し、オシロスコープに入力します。

再スクエア信号が画面に表示されます。オシロスコープで測定した識別器信号間の時間差は、後のキャリブレーション手順に使用します。次に、コンピュータ自動測定と時間デジタル変換器またはTDCモジュールを準備します。

ロジックブロックの出力をTDCスタート入力に接続します。次に、識別器の出力を遅延モジュールに接続します。遅延モジュールの出力を TDC の停止入力に渡します。

この回路図は、この時点でのセットアップの概要を示しています。モジュールとコンピュータをソフトウェア制御用の汎用計装バスで接続します。Labviewまたは同様のソフトウェアをインストールして、仮想計測器を作成します。

この時点で、一致ペアのTDCキャリブレーション手順を実行します。次のステップは、1つの偶然の一致システムからシステムを較正することです。2 つの検出器間の線に沿って、中点を含む等間隔の 5 つの点を特定します。

このセットアップには、4 センチ間隔のポイントがあります。次に、ポイントの間に放射線源を配置します。ソースを配置した状態で、偶然のイベント、TDCデータの収集を30分間開始します。

収集されたすべてのTDCデータの平均を1分または2分ごとにプロットします。これは、30分後の典型的なプロットです。2 つの曲線は、一致ペアの 2 つの検出器に対応します。

2 つの検出器からの TDC 値の差の平均のプロットを使用して、ソースを特定するためのタイム ゾーンを定義します。次に、放射線源を検出器間の別のマークされた位置に移動します。30分間のデータを取得し、新しいタイムゾーンを決定し、5つのポイントごとに繰り返します。

次に、ペアの感度のテストを開始します。マークされたすべてのポイントで、異なる収集時間でTDC測定を繰り返します。感度をテストしたら、仮想計測器の設定に進みます。

装置は、ソフトウェアLEDを放射線源の位置に関連付けます。このアレイの中央にある 5 つの垂直 LED は、タイム ゾーンを定義するために使用される 5 つのマークされた位置に対応しています。この図では、隣接する 2 つの位置の TDC データです。

ポジションのTDC差分データの平均は、区間の中心にあります。区間は、データの標準偏差を表します。データは、このプロトコルでポジションを 2 分間解決するために使用される収集時間からのものである必要があります。

位置に関連付ける時間測定のウィンドウを LED で選択するには、間隔が重ならないように切り捨てます。セットアップは、両方の一致ペアがキャリブレーションされた後に完了します。この時点で、検出器の間には 9 つのマークされた位置があるはずです。

放射線源をいずれかの位置に配置します。2分間データを収集し、放射線源の位置を特定する際の仮想機器の精度をテストします。これらは、各検出器と、一致システムを形成するペアの応答のプロットです。

1 分間隔の累積平均 TDC 値は、縦軸に示されています。1 分間隔のインデックスは横軸に沿っています。データは30分以上収集されました。

異なる色の線は、放射線源の異なる位置に対応しています。これらの平均値の差をここにプロットします。測定セットごとに線形動作が期待され、時間と距離の変換が可能です。

取得時間が長くなると安定性が向上することに注意してください。これらのプロットは、偶然の一致システムの感度の測定値を提供します。TDCカウントの中央値と平均は、縦軸に沿ってプロットされます。

検出器EとFの間の放射線源の位置のインデックスは、水平軸に沿ってプロットされます。各ポイントに使用されたデータは、5分間収集されます。位置インデックス 1 は、放射源がほぼ中央に配置されていることに対応します。

インデックスが増加すると、ソースはF検出器に向かって移動します。この一致システムは、中央値と平均値の曲線が位置の関数として発散するため、良好な空間分解能を示します。これに対し、このシステムの中央値と平均値は、空間分解能が低いことを示すほど急速には発散しません。

完成すると、このデバイスは1分以内に放射線源の位置を表示することができます。この手順を試行するときは、放射線源を1組の検出器が敏感な位置に置くことを忘れないでください。放射性物質の取り扱いは非常に危険であることを忘れないでください。

放射線安全の訓練を行い、この実験を行う際の注意事項を学びます。