기본 양전자 방출 단층 촬영 시스템은 양방향 차원 공간에서 방사성 소스의 위치를​​ 구축

다음 실험의 전반적인 목표는 두 쌍의 광 검출기를 사용하여 양전자 방출 단층 촬영 시스템의 기본 원리를 보여주는 것입니다. 상업용 PET 시스템에 비해 이 프로토타입을 사용하는 주요 이점은 사용자가 PET의 기본 작동 원리를 명확하게 볼 수 있다는 것입니다. 이 시스템에 대한 아이디어는 의학 물리학 분야의 석사 과정 학생들을 위한 실험실 활동을 정교하게 만들려고 했을 때 처음 떠올랐습니다.

이 절차를 시연하는 사람은 제 연구실의 기술자인 마커스 폰테인(Marcus Fontaine)입니다. 감지 시스템을 준비하여 PET 설정 작업을 시작합니다. 광 증배관과 광택이 나는 플라스틱 신틸레이터 조각을 사용하여 각 검출기를 만드십시오.

좋은 결합을 허용하기 위해 광전자 증배기 튜브라이트 입구의 크기와 모양에 맞게 신틸레이터 조각을 설계합니다. 다음 단계는 신틸레이터를 검은색 테이프로 감는 것입니다. 광전자 튜브라이트 입구와 결합되도록 한쪽 면을 덮지 않은 상태로 둡니다.

신틸레이터를 옆으로 치우고 광전자 증배관으로 작업을 시작합니다. 알코올과 깨끗한 천을 사용하여 광전자 증배관 입구를 청소합니다. 이 작업이 완료되면 광학 그리스를 가져와 완전히 덮일 때까지 조명 입구에 바르십시오.

신틸레이터로 다시 작업하고 덮개가 없는 표면에 광학 그리스를 바르십시오. 광학 그리스를 도포한 후 광전자 증배관 조명 입구와 덮개가 없는 신틸레이터 표면을 정렬합니다. 그런 다음 처리된 두 표면을 결합합니다.

검출기를 완성하려면 이 예제와 같이 Photo-Multiplier Tube와 Scintillator를 더 많은 검은색 테이프로 감쌉니다. 테스트를 진행하기 전에 최소 4개의 감지기를 만듭니다. 검출기를 볼륨에 연결하여 테스트하십시오.tage 소스 및 표준 디지털 오실로스코프에 연결합니다.

실험실에서 조명을 껐다가 켜면서 오실로스코프의 신호를 모니터링하여 빛 손실이 없는지 확인합니다. 다음으로, 광전자 증배관 출력을 스케일러에 연결하여 감지된 이벤트를 카운트합니다. 검출기 전압을 가장 낮은 값으로 조정하십시오. 이 경우 5볼트를 가리킵니다.

이제 감지기로 주의를 돌립니다. 나트륨 22 소스를 섬광 부분의 표면에 직접 놓습니다. 스케일러를 사용하여 3분 동안 감지된 이벤트 수를 기록합니다.

그런 다음 제어 전압을 포인트 0 1볼트로 높입니다. 이 값과 다른 모든 값에 대해 감지된 이벤트를 측정하는 시간을 최대 제어 전압까지 반복합니다. 모든 감지기를 완전히 테스트한 후 제어 전압에 대해 감지된 이벤트 수를 플롯으로 만듭니다.

이 플롯에는 12개의 검출기의 데이터가 포함되어 있습니다. 유사한 곡선을 가진 두 개의 검출기를 선택하여 우연의 일치 쌍을 형성합니다. 예를 들어, 이 플롯의 검출기 O와 I는 다음과 같습니다.

일치하는 두 쌍을 식별한 후 두 개의 동시 시스템을 구축하고 테스트합니다. 일치하는 두 개의 검출기를 배치하여 한 검출기의 섬광체 부분이 다른 검출기의 시틸레이터 바로 위에 오도록 하여 일치 시스템을 구성합니다. 다음으로 전자 부품을 확인하십시오.

우연의 일치 시스템에는 세 개의 핵 계측 모듈, 판별기, 논리 장치 및 스케일러가 필요합니다. 검출기의 출력 신호를 판별기 모듈의 입력에 연결합니다. logic unit의 전면 패널에서 end mode를 선택합니다.

그런 다음 두 개의 판별기 출력을 logic unit 입력에 연결합니다. logic unit output을 scaler 모듈에 연결하여 이벤트를 계산합니다. 이 구성에서 스케일러는 우연 시스템에 부딪히는 우주선으로 인한 우연 이벤트를 등록해야 합니다.

이 회로도는 한 쌍의 감지기를 테스트하기 위해 완성된 우연 감지 시스템에 대한 것입니다. 계속하기 전에 각 검출기 쌍을 테스트하십시오. 다음 단계는 PET 설정을 만드는 것입니다.

정사각형 모서리에 4개의 감지기를 놓습니다. scitillators가 사각형의 중심을 가리키도록 방향을 지정합니다. 서로 직접 마주보고 있는 검출기는 우연의 일치 쌍을 형성합니다.

검출기 표면은 약 20cm 떨어져 있습니다. 각 detectors를 discriminator, logic block 및 scaler의 별도 채널에 연결하여 계속합니다. 4개의 검출기를 사용한 일치 계수의 경우 이 다이어그램에 표시된 logic block을 구현합니다.

여기서 검출기는 I, J, E 및 F로 표시되고 해당 신호는 표시되지 않은 판별기를 통해 전달됩니다. 이 다이어그램에서 각 감지기는 OR 모듈과 연결됩니다. 각 감지기의 출력을 컬러 선으로 표시된 대로 연결되지 않은 3개의 OR 모듈의 입력에 연결합니다.

그런 다음 OR 모듈의 출력을 AND 모듈에 연결하여 일치 논리를 완성합니다. 다음 단계에서는 하나의 일치 쌍에만 전원을 공급합니다. 그런 다음 두 번째 쌍에 대해 단계를 반복합니다.

sodium 22 방사선 소스가 있는 검출기 어레이로 돌아갑니다. 일치 쌍의 검출기 사이의 선을 따라 소스를 배치합니다. 하나의 검출기를 기준으로 사용하여 소스까지의 거리를 측정합니다.

전자 장치 랙에서 두 감지기의 판별기 출력을 오실로스코프에 대한 입력으로 사용합니다. 수평 액세스의 시간과 함께 오실로스코프의 신호를 표시합니다. 또한 coincidence logic block의 출력을 오실로스코프에 입력합니다.

resquare 신호가 화면에 나타나야 합니다. 오실로스코프에서 측정된 판별기 신호 간의 시간 차이를 이후 교정 단계를 위해 사용하십시오. 다음으로, 디지털 변환기 또는 TDC 모듈에 대한 컴퓨터 자동 측정 및 시간을 준비합니다.

로직 블록의 출력을 TDC 시작 입력에 연결합니다. 그런 다음 판별기의 출력을 지연 모듈에 연결합니다. 지연 모듈의 출력을 TDC의 정지 입력으로 전달합니다.

이 회로도는 이 시점에서 설정에 대한 개요를 제공합니다. 소프트웨어 컨트롤을 위해 모듈과 컴퓨터를 범용 계측 버스에 연결합니다. Labview 또는 유사한 소프트웨어를 설치하여 가상 악기를 만듭니다.

이 시점에서 일치 쌍에 대한 TDC 보정 단계를 수행합니다. 다음 단계는 하나의 우연의 일치 시스템으로 시작하여 시스템을 보정하는 것입니다. 두 검출기 사이의 선을 따라 중간점을 포함하여 균일한 간격의 5개 점을 식별합니다.

이 설정에는 4cm 간격의 점이 있습니다. 다음으로 점 사이에 방사선 소스를 배치합니다. 소스가 준비되면 30분 동안 우연의 일치 이벤트, TDC 데이터를 수집하기 시작합니다.

수집된 모든 TDC 데이터의 평균을 1분 또는 2분마다 플로팅합니다. 이것은 전체 30분 이후의 일반적인 플롯입니다. 두 곡선은 우연의 일치 쌍의 두 검출기에 해당합니다.

두 검출기의 TDC 값 차이의 평균 플롯을 사용하여 소스를 찾기 위한 목적으로 시간대를 정의합니다. 이제 방사선 소스를 검출기 사이의 다른 표시된 위치로 이동합니다. 30분 분량의 데이터를 획득하고 새 시간대를 결정한 후 5개 지점 각각에 대해 반복합니다.

다음으로 쌍의 감도 테스트를 시작합니다. 서로 다른 수집 시간에 대해 표시된 모든 지점에서 TDC 측정을 반복합니다. 감도를 테스트한 후 가상 계측기 설정으로 이동합니다.

기기는 소프트웨어 LED를 방사선 소스의 위치와 연결합니다. 이 어레이의 중앙에 있는 5개의 수직 LED는 시간대를 정의하는 데 사용되는 5개의 표시된 위치에 해당합니다. 이 그림에서는 인접한 두 위치에 대한 TDC 데이터입니다.

위치에 대한 TDC 차이 데이터의 평균은 구간의 중심에 있습니다. 간격은 데이터의 표준 편차를 나타냅니다. 데이터는 이 프로토콜에서 2분 동안 위치를 확인하는 데 사용되는 수집 시간의 데이터여야 합니다.

겹치지 않도록 간격을 잘라 LED가 있는 위치와 연결할 시간 측정 창을 선택합니다. 두 일치 쌍이 모두 보정된 후 설정이 완료됩니다. 이 시점에서 감지기 사이에 9개의 표시된 위치가 있어야 합니다.

위치 중 하나에 방사선 소스를 배치합니다. 2분 동안 데이터를 수집하고 방사선 소스의 위치를 찾는 데 있어 가상 기기의 정확도를 테스트합니다. 이것은 각 검출기와 우연의 일치 시스템을 형성하는 쌍에 대한 응답의 플롯입니다.

1분 간격에 대한 누적 평균 TDC 값은 수직 축에 제공됩니다. 1분 간격의 인덱스는 가로 축을 따릅니다. 데이터는 30분에 걸쳐 수집되었습니다.

다른 색상의 선은 방사선 소스의 다른 위치에 해당합니다. 이러한 평균 값의 차이가 여기에 표시되어 있습니다. 시간과 거리 간의 변환을 허용하는 각 측정 세트에 대해 선형 동작이 예상됩니다.

획득 시간이 길어질수록 안정성이 향상됩니다. 이 플롯은 우연의 일치 시스템의 민감도를 측정합니다. TDC 카운트의 중앙값과 평균은 수직 축을 따라 표시됩니다.

검출기 E와 F 사이의 방사선 소스 위치 인덱스는 수평 축을 따라 표시됩니다. 각 포인트에 사용되는 데이터는 5분 동안 수집됩니다. 위치 인덱스 1은 대략 중앙에 있는 방사선 소스에 해당합니다.

인덱스가 증가함에 따라 소스는 F-검출기 쪽으로 이동합니다. 이 우연의 일치 시스템은 중앙값과 평균에 대한 곡선이 위치의 함수로 발산하기 때문에 좋은 공간 해상도를 나타냅니다. 이에 비해 이 시스템의 중앙값과 평균은 공간 해상도가 좋지 않음을 나타내는 만큼 빠르게 발산하지 않습니다.

완료되면 이 장치는 1분 이내에 방사선 소스의 위치를 표시할 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안 한 쌍의 검출기가 민감한 위치에 방사선 소스를 배치하는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 방사성 물질로 작업하는 것은 매우 위험할 수 있다는 것을 잊지 마십시오.

방사선 안전에 대한 교육을 통해 이 실험을 수행하는 동안 취해야 할 예방 조치를 배우십시오.