Name: 기본 양전자 방출 단층 촬영 시스템은 양방향 차원 공간에서 방사성 소스의 위치를 구축 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-01T13:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 19 s
Description: 배우세요 기본 PET 시스템 구축 및 테스트 방법을 의료물리학 석사 과정 학생들을 위한 실습 도구로 활용합니다. 광전자증폭관과 플라스틱 섬광체를 이용한 양방향 검출 시스템으로 방사성 원천 위치를 정확히 측정합니다.

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CINVESTAV 물리학과의 재정적 지원에 매우 감사드립니다. 또한 설치에 놀라운 도움을 준 기술자 Marcos Fontaine Sanchez에게도 감사드립니다. 이 문서의 영어 언어를 검토해 준 Sarah LaPointe에게 감사드립니다.

PET 설정 1. 준비 <ol><li> PMT의 플라스틱 신틸 레이터 조각과 결합을 준비합니다. PMT (크기, 광 음극의 형상)의 종류에 따라 PMT의 광 음극에 맞게 적절한 신틸 편을 구축. <ol><li> 검은 테이프와 신틸 레이터 조각을 감싸. 이 PMT 채광 결합되는 바와 같이 일측이 밝혀 떠난다. 참고 :이 부분은 ​​이전에 빛 누적 손실을 방지하기 위해 연마하는 것이 중요하다. </li></ol></li><li> 다음에 광 그리스와 신틸 레이터의 노출 된 얼굴을 적용 알코올 (70 %의 상업 알코올 농도)와 PMT 채광을 청소합니다. 신틸 레이터와 PMT의 얼굴을 결합하고 더 검은 테이프를 포장. <ol><li> (이 경우에는 14 V의 바이어스 바이어스 케이블마다 PMT에 포함되고, 제어 전압 0.5 V) 소스 전압 PMT를 연결한다. 연결하여 PMT에서 오는 신호를 식별표준 디지털 오실로스코프 채널 PMT 신호 케이블 (신호 케이블은 모든 PMT에 포함된다). / 실험실에서 빛 오프를 켤 때 빛 손실이 없는지 확인하기 위해, 신호의 진폭 변화를 관찰한다. 검출기는 신틸 레이터 플러스 PMT을 의미 곳에 네 개의 감지기, 각각에 대해이 단계를 반복합니다. </li></ol></li><li> 다른 검출기의 해당 부분 위에 하나의 검출기의 신틸 레이터 부분을 배치하여 우연의 일치 시스템을 구축 할 수 있습니다. 순이자 마진 상자에서 판별 및 로직 단위 모듈라는 두 순이자 마진 (핵 악기 모듈) 악기를 넣습니다. </li><li> 판별 모듈의 입력에 검출기의 출력 신호를 연결합니다. 논리 유닛 전면 패널이 논리 케이스를 선택하여, AND 모드 로직 유닛을 사용한다. 논리 단위의 입력에 두 개의 판별 출력을 연결합니다. 주 : 두 개의 정사각형 신호를 동시에 또는 우연에 도착할 때 선택 논리 연산이다. </li><li> 공동(두 검출기 우연에 타격 우주선에 의해 생성) 이벤트를 카운트하는 (디지털 신호를 카운트) 스케일러 모듈 로직 유닛 출력 신호를 nnect. </li></ol> 2. 애완 동물 신호 획득 <ol><li> 앞서 정의 된 사각형 영역의 대향하는 모서리에 모두 검출기를 배치하므로 대신 우주 광선을 사용하는, 서로 대향하고, 20cm 떨어져 있으며, 1.4, 1.5, 이번에 같은 운동을 (우주선이 역임 잠정 천연 방사성 소스), 나트륨-22 방사선 소스를 사용한다. <ol><li> 두 검출기의 중간 거리에서 방사성 소스를 놓고 스케일러 모듈을 통해 데이터 수집을합니다. 시스템 설정 및 일치를 얻기 위해 사용되는 논리 블록의 개략적 인 구성은도 1, 2 및 3에서 볼 수있다. </li></ol></li><li> 두 차별 PMT의 출력과 연결하여 신호의 도착 시간 차이를 측정오실로스코프에서 일치 출력. 3 개의 신호 각각 오실로스코프 입력으로 진행한다; 오실로스코프 화면에 세 개의 사각형 신호가있을 것입니다. 가로 크기 (시간 단위)로 차별 두 신호의 시간차를 측정한다. 주 : 사각형 사이 방사선원은 두 감지기 사이의 중간에 직접 경우가있을 것이다 거의 또는 전혀 분리 또는 시간 차이는 평균 신호를 구별하지 않으며, 방사성 소스 중심 벗어난 후 PMT 중 하나에 근접 할 때 평균 시간 차이가있을 것입니다. </li><li> CAMAC (컴퓨터 자동 측정 및 제어) 모듈 TDC (디지털 변환기 시간)의 8 채널 중 하나에 이러한 타이밍 신호를 보냅니다. 이렇게하려면 다음 감지기가 &quot;STOP&quot;이라고 TDC 입력에 출력을 구별 연결 &quot;시작&quot;전화 논리와 TDC 입력에 대한 출력을 연결합니다. 신호는 지연 MODU를 통해 지연 될 수 있습니다제작이 신호가 다른 두 STOP 신호 전에 도착하기 위해서는 몇 나노초하여 (도 4 참조). </li><li> 소프트웨어 프로그램을 통해 오실로스코프에 의해 보여 TDC 계산 단위 대 시간 (제 3 단계 참조) 교정. 각 위치의 평균 시간차 (단계 2.3), 방사성 소스 및 검출기 중 하나 사이의 거리를 분리하여 측정하여 보정을한다. 이 교정을 할 수있는 표준 버스 GPIB (범용 계측 버스)를 통해 다른 모듈과 컴퓨터 사이에 소프트웨어 통신을 설정합니다. </li></ol> 3. 가상 악기 인터페이스 구축 <ol><li> 다운로드하여 LabVIEW 소프트웨어 또는 유사한 소프트웨어를 사용합니다. 참고 : LabVIEW를 사용하려면, 그것은 &quot;G 프로그래밍 언어&quot;약간의 지식이 필요하다. 이 언어에는, 코드를 기입하는이 ​​없으며, 수행되는 모든 작업은 소프트웨어 도구 창백한에서 수행 할 수있다TTE. 실용적인 예제와 쉬운 가이드 도움말 도구에서 찾을 수 있습니다. </li><li> TDC의 출력 데이터를 저장하기 위해 전면 패널 도구 팔레트에서 배열 유틸리티 (프로그래밍 변수 컨테이너)를 선택합니다. 참고 : &quot;전면 패널은&quot;사용자와 &quot;블록 다이어그램&quot;에 가상 악기의 그래픽 인터페이스는 소프트웨어 프로그래밍을 위해 사용됩니다. </li><li> 플롯 메뉴 논리 악기를 선택하여 데이터 수집 (TDC로부터 시각 데이터)를 그린다. 소스의 모든 위치와 관련된 그래프 데이터를 식별합니다. 일부 센티미터 탐지기 라인에서 소스 거리를 변경하여이 작업을 수행합니다. </li><li> 수학적 툴 메뉴에서 통계 함수 (평균)를 사용하여 데이터의 평균을, 평균 값에 중심 간격을 선택한다. 그런 다음, 논리는 다음 프로그램에 따라,이 간격 외부 값으로 모든 데이터를 제거하기 위해 배열 메뉴에서 필요한 도구를 사용합니다. </li><li> 일에서 선택 지표전자 블록도 도구 팔레트는 각 어레이에 저장된 데이터의 수를 표시하고 저장된 데이터의 최대 수와 몇 컨테이너를 식별한다. </li><li> 단계 3.5에서 선택된 각 배열 데이터의 평균을 얻고,이 LabVIEW 블록 다이어그램 도구 팔레트하여 각 소스 위치에 대한 시간 간격 값들의 세트를 확립하기 위해이 정보를 사용한다. </li><li> 측정 시퀀스 단계 3.6에서 얻어진 평균값을 저장하는 전면 패널 도구 팔레트에서 표시기 어레이를 선택한다. </li><li> 단계 3.7에서 각각의 간격으로 각각의 위치를​​ 관련 블록 다이어그램 도구 팔레트에서 케이스 구조를 선택하고 전면 패널 도구 팔레트에서 배열에 LED 하나의 가상 각 간격을 연결합니다. </li><li> 각 신호는 TDC 채널에 도착하는 데 걸리는 시간을주의 : 방사성 소스가 하나의 검출기에 가까운 중간에서 이동할 때, LED의 프로그래밍 어레이 (도 5에 가상 원의 움직임을 관찰 </stroNG&gt;) 컴퓨터에서 오른쪽으로 이동. </li><li> 총 시간 획득을위한 전면 패널 도구 팔레트로부터의 제어 (가변 프로그래밍 소자)를 포함한다. 참고 : 위치의 효율성이 제어 시간 도구에 따라 달라집니다 : 인수 걸리는 시간은, 방사성 소스를 시뮬레이션 더 정확하게 가상 객체가 정확한 위치를 제공합니다. </li></ol> 4. 그래픽 결과 <ol><li> 캘리브레이션을 위해, 검출기에 결합 쌍 중 하나에 대한 중간 위치에서 상대 소스를 배치했다. 30 분 동안 측정을 수행하고, 데이터를 취득하여, 매 2 분 누적 값의 ​​평균값을 취. 다른 소스의 위치에 대해이 과정을 반복하고 모든 위치에서 각 검출기의 평균 값을 플롯합니다 (그림 6, 7). 검출기 값의 차이는도 8에 플롯된다. </li><li> 더 나은 resu를 얻으려면LTS, 유사한 데이터 값을 갖는 2 개의 검출기가 선택 커플을 형성한다. 이를 테스트하기 위해, 스케일러 입력 검출기 출력을 연결하여 일정 시간 스케일러 모듈 검출 이벤트의 수를 측정하는이 경우 0.5 V. 시작으로, 그 낮은 값 PMT 제어 전압을 넣어. 0.01 V로 전압을 높이고 다시 측정한다. 이 경우 0.9 V.에서, 제어 가능한 최대 값에 도달하기 위해이 과정을 반복 <ol><li> 반 로그 스케일에서 제어 전압 대 검출 된 이벤트의 수를 플롯 (도 9 참조). 커플 유사한 분포를 갖는 검출기의 쌍. </li></ol></li><li> 시스템의 감도를 테스트하려면, 다섯이있다이 경우 라인을 따라 몇 가지 동일한 간격의 중간 위치에있는 방사성 소스를 넣습니다. 각 위치에서 5 분 동안 데이터를 획득하고 (도 10 및도 11 참조)에 대해 각각 독립적 검출기 얻어진 값의 평균값과 중앙값을 플롯. </li></ol>

<ol><li>Cerello, P., Pennazio, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+innovative+detector+concept+for+hybrid+4D-PET%2FMRI%5BTitle%5D)+AND+%22Imaging.+Nucl.+Instr.+Meth.+Phys.+Res%22%5BJournal%5D)">An innovative detector concept for hybrid 4D-PET/MRI.</a> Imaging. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. 702, 1-3 (2013).</li>
<li>Muehllerher, G., Karp, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Positron+tomography+emission%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">Positron tomography emission.</a> Phys. Med. Biol. 51, R117-R137 (2006).</li>
<li>Conti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((State+of+the+art+and+challenges+of+time+of+flight+PET%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+Medica%22%5BJournal%5D)">State of the art and challenges of time of flight PET.</a> Physica Medica. 25 (1), 1-11 (2008).</li>
<li>Abreu, Y., Piñera, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulation+of+a+PET+system+and+study+of+some+geometry+parameters%5BTitle%5D)+AND+%22AIP+conference%22%5BJournal%5D)">Simulation of a PET system and study of some geometry parameters.</a> AIP conference. 1032, 219-221 (2008).</li>
<li>Langner, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Development+of+a+parallel+Computing+optimized+head+movement+correction+method+in+PET%22">Development of a parallel Computing optimized head movement correction method in PET</a>. , University of Applied Sciences in Dresden. Saxony, Germany. (2003).</li>
<li>Budinger, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-of-flight+PET%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nucl+Med%22%5BJournal%5D)">Time-of-flight PET.</a> J. Nucl Med. 28 (3), 73-78 (1983).</li>
<li>Leo, W. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLeo%2C+WR+%22Techniques+for+Nuclear+and+Particle+Physics+Experiments%22">Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments</a>. , second, Springer-Verlag. Germany. (1987).</li>
<li>Budinger, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Instrumentation+trends+in+nuclear+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Semin+Nucl+Med%22%5BJournal%5D)">Instrumentation trends in nuclear medicine.</a> Semin Nucl Med. 7 (4), 285-297 (1977).</li>
<li>Burnham, C., Bradshaw, J., Kaufmann, D., Chesler, D., Browner, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Positron+tomography+employing+a+one+dimension+BGO+scintillation+camera%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Nucl.+Sci%22%5BJournal%5D)">A Positron tomography employing a one dimension BGO scintillation camera.</a> IEEE Trans. Nucl. Sci. 30 (1), 661-664 (1983).</li>
<li>Burnham, C., Bradshaw, J., Kaufmann, D., Chesler, D., Steams, C. W., Browner, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+of+a+cylindrical+shape+scintillation+camera+for+positron+tomographs%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Nucl.+Sci%22%5BJournal%5D)">Design of a cylindrical shape scintillation camera for positron tomographs.</a> IEEE Trans. Nucl. Sci. 32 (1), 889-893 (1985).</li>
</ol>

경쟁하는 재정적 이해관계가 없습니다.

이 시스템의 한 가지 중요한 측면은 공간 및 시간 해상도를 통해 매우 좋은 제어를하는 것이다. PET의 공간 해상도는 시험 5시 방사성 붕괴와 소멸의 물리적 특성에 의해뿐만 아니라 우연의 일치 등록의 기술적 측면 (1.1 및 1.2 단계)에서와 같은 객체의 움직임과 같은 오류의 외부 소스에 의해 제한된다. 따라서, 측정 된 정확한 위치 TOF 차 (단계 2.4)에 의존 할 것이다. 하나의 기술은 양호한 시간 해상도가 TOF (6)의 분포의 반값 전폭 (FWHM)을 측정 달성된다. PMT는 각 &#39;고원&#39;7,8이라는 그 곡선을 얻는 것을 특징으로한다. 이 곡선은 세미 로그 스케일에서 제어 전압 대 PMT에 의해 검출 된 이벤트의 수를 나타낸다. 평평한 부분은 큰 안정 영역에 대응한다 (도 9 참조). 또 다른 특징은 지능을 촬영합니다O 계정이 플래 토 영역에서 전압 값의 안정성이...

양전자 방출 단층 촬영 장치는 본체의 내부 조직과 장기의 디지털 이미지를 얻기 위해 사용되는 비 침습적 영상 법이다. 다양한 비 침습적 방법은 그 하나는 축 컴퓨터 단층 촬영 (TAC) 및 자기 공명 영상 (MRI) 등의 환자의 내부 작동에 대한 이미지 정보를 획득 할 수 있도록 존재한다. 모두 좋은 공간 해상도를 제공하고 추가로 해부학 및 생리 학적 연구에 응용 프로그램에 사용됩니다. 비교적 PET 적은 공간 해상도를 제공하지만, 관심의 영역에서 발생하는 대사에 관한 더 많은 정보를 제공합니다. PET 널리 기능과 형태 학적 정보를 얻기 위해 사용된다 주요 임상 응용 프로그램은 종양학, 신경 및 심장의 분야에 있습니다. 또한, 애완 동물의 이미지는, 의사가 예를 들어, 더 나은 진단을 제공하는 데 도움 종양 치료 계획을 설정할 수 있습니다. PET 시스템의 기본 작동 원리는 두 포의 검출이며양전자 전자 소멸 쌍에서 오는 톤 또는 감마선은 모두 일반적으로의 PMT와 결합 신틸 레이터 결정으로 구성 감지기, 대한 반대 방향으로 비행. 신틸 레이터 결정 광전 프로세스를 통해 전기 펄스를 광 신호로 변환 PMT로 이동 가시광으로 감마 방사선을 변환. 판독 시스템에 전송하기 전에 전하의 크기를 증가라는 dynodes가 존재 PMT 전자 장치 내부. 신체의 혈관 내로 주입 된 유체의 동위 원소, 양전자 방출하여 (양으로 하전 전자)는, 본체에 전자와 전멸 때 두 검출 된 광자가 생성되었다. 우연에 판독 시스템 조치 개의 백투백 광자의 도착 시간 인 시간 기준에 대하여 그것이 차이를 획득하기 위해 두 번, 또한 기판들. 시스템은 공간 위치를 계산하는 WH이 시간차를 사용감수 방사원 두 광자를 방출하고, 따라서 전자 양전자 소멸이 발생한다. PET 시스템의 일부 기능은 이미지의 품질을 최적화하기 위해 공간적 및 시간 해상도를 증가하도록 정의되어야한다. 고려해야 할 하나의 특징은 두 개의 광자가 소멸 공정 후에 이동 거리로 정의 응답의 라인 (LOR)이다. 고려해야 할 또 다른 특징은 비행 (TOF)의 시간이다. 화상의 품질은 또한 외부 기능, 주로 신체 기관 및 치료 세션 동안 한 환자의 움직임에 의존한다. PET 시스템에서 사용되는 동위 원소는 베타 + 에미 불린다. 이 동위 원소 (초 정도) 짧은 반감기를 가지고있다. 안정적인 요소가 핵 반응을 일으키는 양성자 또는 deuterons 포격 때 그들은 입자 가속기 (사이클로트론)에서 생산됩니다. 이러한 반응은 C-11, N-13, O-15, F-18 다른 사람의 사이에서 불안정한 동위 원소로 안정적인 요소를 변환2. PET의 두 가지 유형이 있습니다. (1) 종래 :이 소멸이 발생한 따라 라인을 식별하는 데에만 TOF 정보를 사용하지만 개의 광자의 원점 위치를 결정할 수 없다. 그것은이를 추정하기 위해 추가 분석 또는 반복 재구성 알고리즘을 필요로한다. (2) TOF 애완 동물 : 방출되는 양전자의 소멸 위치를 찾을 수 TOF 차이를 이용한다. 시간 해상도를 파악 확률 함수 3 커널로 재구성 알고리즘에서 사용된다. 우리의 주요 목적은 공간에서 방사선 소스를 찾는 데 사용되는 PET의 주요 기능을 설명하는 것이다. 여기에 제안 된 애완 동물 시스템 설정의 주요 범위는 학술 대중을위한 기본 PET 건설 가이드를 제공하고, 간단한 방법, 주요 속성에서 설명하는 것입니다.

<table><tbody><tr><td>낮은 임계값 판별기</td><td>CAEN</td><td>N845</td><td></td></tr><tr><td>로직 유닛</td><td>Lecroy</td><td>365AL</td><td></td></tr><tr><td>시간 지연</td><td>CAEN</td><td>N108A</td><td></td></tr><tr><td>오실로스코프</td><td>Tektronic</td><td>TDS3014C</td><td></td></tr><tr><td>Quad 스케일러 및 프리셋 카운터</td><td>CAEN</td><td>N1145</td><td></td></tr><tr><td>TDC</td><td>Lecroy</td><td>2228</td><td></td></tr><tr><td>PMT& 알스코오; s</td><td>하마마츠</td><td>H5783p</td><td></td></tr><tr><td>파워 샤시스</td><td>레크로이</td><td>1403</td><td></td></tr><tr><td>GPIB 인터페이스</td><td>레크로이</td><td>8901A</td><td></td></tr><tr><td>NIM 전원 공급 장치</td><td>레크로이</td><td>1002B</td><td></td></tr><tr><td>CAMAC 크레이트</td><td>Borer-co</td><td>1902A</td><td></td></tr><tr><td>신틸레이터 크리스탈</td><td>Bicron</td><td>408</td><td>1 cm x 2 cm x 5 cm</td></tr><tr><td>전원 공급 장치</td><td>애질런트</td><td>E3631</td><td></td></tr><tr><td>Na 22 방사성 선원</td><td></td><td></td><td>활동 2&nbsp; &뮤; Ci</td></tr><tr><td>Software LabView 7.1</td><td>National intruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>lemo 케이블 커넥터</td><td></td><td></td><td>2&nbsp; NSEC, 3&nbsp; NSEC 및 8&nbsp; NSEC</td></tr><tr><td>아이솔레이터 필름</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

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

A Basic Positron Emission Tomography System Constructed to Locate a Radioactive Source in a Bi-dimensional Space

간단한 양전자 방출 단층 촬영 (PET) 프로토 타입은 완전히 기본적인 작동 원리를 특성화하기 위해 구성되었습니다. 애완 동물 프로토 타입이 애완 동물의 기하학적 중심에 배치되어있는 방사성 소스로부터 방출되는 두 개의 감마선을 검출하기 위해 반대 위치에 배치됩니다 광전자 증 배관 또는 PMT의에 플라스틱 신틸 레이터 결정을 결합하여 만든 셋업을. 프로토 타입은 네 20cm 직경의 원에 기하학적으로 배치 감지기, 중앙에 방사성 소스로 구성되어 있습니다. 중심으로부터 방사선 소스 cm 이동시킴으로써 시스템 중 하나는이 정보를 사용하여 시스템은 그래픽 인터페이스의 가상 위치를 계산할 수 있으며, 임의의 두 개의 PMT 년대 사이 비행 차의 시간을 측정함으로써 변위를 검출 할 수 있고. 이러한 방식으로, 프로토 타입 PET 시스템의 주요 원리를 재생한다. 그것은 드의 2 라인에 4cm 간격으로 소스의 실제 위치를 결정하도록 할 수있다tection 미만에서 2 분을 복용.

두 가지 주요 결과는이 PET 시스템으로 달성된다. 첫째, 가상 방사성 소스의 시각 효과 사이의 효율적인 동기화는 실제 방사성 샘플을 이동할 때. 이 프로그램을 통해 사용자가 획득 시간의 제어, 같은 위치에 반복 수, 데이터는 그 중에서도, 평균 획득 주위 간격의 변동이있다. 둘째 일치 로직 간단한 구조의 구성이 소스의 최종 위치를 계산하기 위해이 거리를 시간차를 변환, 두 신호 사이의 시간 차이를 얻었다. 하나의 검출 라인에서, 우연 또는 외부 노이즈로부터 오는 신호를 구별하기 위해, 전용 로직 모듈 &#39;AND&#39;를 사용하는 것이 충분하다. 이 경우에 모두가 로직 모듈을 필요 두 검지선있다. 검출기의 수가 증가, 그것을 포함하는 데 필요한 경우다른 검출 라인도 포함 &quot;OR&quot;모듈 (도 3 참조). </...

우리는 간단하지만 잘 구성된 양전자 방출 단층 촬영(PET) 시스템을 제시하고 기본 작동 원리를 설명합니다. 이 프로토콜의 목표는 사용자가 간단한 PET 시스템을 구성하고 테스트하도록 안내하는 것입니다.

A simple Positron Emission Tomography (PET) prototype has been constructed to fully characterize its basic working principles. The PET prototype was ...

다음 실험의 전반적인 목표는 두 쌍의 광검출기를 사용하여 양전자 방출 단층 촬영(positron emission tomography) 시스템의 기본 원리를 보여주는 것입니다. 상용 PET 시스템보다 이 프로토타입을 사용했을 때의 주요 장점은 사용자가 PET의 기본 작동 원리를 명확하게 확인할 수 있다는 점입니다. 우리는 의학 물리학 분야의 석사 과정 학생들을 위한 실험실 활동을 구체화하려던 중 이 시스템에 대한 아이디어를 처음 얻었습니다.실험 절차의 시연은 저희 연구실의 테크니션인 Marcus Fontaine이 진행하겠습니다. 검출 시스템을 준비하여 PET 장치 설정을 시작하십시오. 광전증배관과 연마된 플라스틱 신틸레이터 조각을 사용하여 각각의 검출기를 제작합니다.광전 증배관 입구와 효율적으로 결합될 수 있도록 신틸레이터 조각을 광전 증배관 입구의 크기와 모양에 맞게 설계하십시오. 다음 단계는 신틸레이터를 검은색 테이프로 감싸는 것입니다. 광전 증배관 입구와 결합될 한쪽 면은 덮지 않고 남겨두십시오.섬광체를 옆으로 치워두고 광전증배관 작업을 시작합니다. 알코올과 깨끗한 천을 사용하여 광전증배관의 빛 입구 부분을 닦아냅니다. 세척이 완료되면 광학 그리스를 가져와 빛 입구가 완전히 덮일 때까지 도포합니다.신틸레이터로 돌아가 노출된 표면에 광학 그리스를 도포합니다. 광학 그리스 도포 후 광전증배관의 빛 입구와 신틸레이터의 노출된 표면을 정렬합니다. 그런 다음 처리된 두 표면을 결합합니다.검출기를 완성하려면, 이 예시에서 보여주는 것처럼 광전증배관과 신틸레이터를 검은색 테이프로 더 감싸십시오. 테스트 단계로 넘어가기 전에 최소 4개의 검출기를 제작하십시오. 검출기를 전압원과 표준 디지털 오실로스코프에 연결하여 성능을 테스트하십시오.오실로스코프에서 신호를 모니터링하면서 실험실의 조명을 껐다 켜어 빛 손실이 없는지 확인합니다. 다음으로, 검출된 이벤트를 측정하기 위해 광전증배관 출력을 스케일러에 연결합니다. 검출기 전압을 최저값으로 조절하며, 본 실험에서는 0.5 V로 설정합니다.이제 검출기에 주목하십시오. 나트륨 22 선원을 섬광 부분의 표면에 직접 놓습니다. 스케일러를 사용하여 3분 동안 검출된 이벤트 수를 기록하십시오.그런 다음 제어 전압을 0.01 V씩 증가시킵니다. 이 값과 최대 제어 전압까지의 모든 값에 대해 검출된 이벤트의 측정 시간을 반복합니다. 모든 검출기에 대한 테스트가 완료되면, 제어 전압에 따른 검출 이벤트 수의 그래프를 작성합니다.이 그래프에는 12개 검출기의 데이터가 포함되어 있습니다. 곡선이 유사한 두 개의 검출기를 선택하여 동시 계수 쌍(coincidence pair)을 형성하십시오. 예를 들어, 이 그래프의 검출기 O와 I가 이에 해당합니다.두 쌍의 일치하는 쌍이 확인되면, 두 개의 동시계수 시스템을 구축하고 테스트하는 단계로 넘어갑니다. 한 검출기의 신틸레이터 부분이 다른 검출기의 신틸레이터 바로 위에 놓이도록 일치하는 두 검출기를 배치하여 동시계수 시스템을 구성하십시오. 그다음으로, 전자 부품들을 점검하십시오.동시계수 시스템에는 판별기, 논리 회로 유닛, 스케일러의 세 가지 핵계측 모듈이 필요합니다. 검출기의 출력 신호를 판별기 모듈의 입력단에 연결하십시오. 논리 회로 유닛 전면 패널에서 AND 모드를 선택하십시오.그런 다음 두 판별기 출력을 논리 회로 입력에 연결합니다. 논리 회로 출력을 스케일러 모듈에 연결하여 이벤트를 계수합니다. 이 구성에서 스케일러는 우주선이 동시계수 시스템에 충돌하여 발생하는 동시계수 이벤트를 기록해야 합니다.이 도식은 한 쌍의 검출기를 테스트하기 위해 완성된 동시 계수 검출 시스템을 나타냅니다. 진행하기 전에 각 검출기 쌍을 테스트하십시오. 다음 단계는 PET 설정을 구축하는 것입니다.4개의 검출기를 정사각형의 각 모서리에 배치하십시오. 섬광체가 정사각형의 중심을 향하도록 방향을 잡습니다. 서로 정면으로 마주 보는 검출기들이 동시계수 쌍을 형성합니다.검출기 표면 사이의 거리는 약 20 centimeters입니다. 이어서 각 검출기를 디스크리미네이터(discriminator), 로직 블록(logic block) 및 스케일러(scaler)의 개별 채널에 연결하십시오. 4개의 검출기를 이용한 동시 계수를 위해, 이 도식에 표시된 로직 블록을 구현하십시오.여기에서 검출기는 I, J, E, F로 표시되어 있으며, 이들의 신호는 표시되지 않은 디스크리미네이터(discriminator)를 통해 전달됩니다. 이 다이어그램에서 각 검출기는 하나의 OR 모듈과 연결되어 있습니다. 유색선으로 표시된 대로, 각 검출기의 출력을 해당 검출기가 연결되지 않은 나머지 세 개의 OR 모듈 입력단에 연결하십시오.다음으로 OR 모듈의 출력을 AND 모듈에 연결하여 일치 회로(coincidence logic)를 완성하십시오. 이어지는 단계에서는 단 하나의 일치 쌍(coincidence pair)에만 전원을 공급하십시오. 그 후 두 번째 쌍에 대해 동일한 단계를 반복하십시오.sodium 22 방사선원을 가지고 검출기 어레이로 돌아갑니다. 동시 계수 쌍의 검출기 사이의 선을 따라 선원을 배치합니다. 한 검출기를 기준으로 삼아 선원까지의 거리를 측정합니다.전자 장비 랙에서 두 검출기의 판별기 출력을 오실로스코프의 입력으로 사용하십시오. 오실로스코프 화면의 가로축을 시간으로 설정하여 신호를 표시하십시오. 또한, 일치 논리 블록의 출력을 받아 오실로스코프에 입력하십시오.화면에 사각파 신호가 나타나야 합니다. 오실로스코프에서 측정된 판별기 신호 간의 시간 차이를 이후의 교정 단계에서 사용하십시오. 다음으로, 컴퓨터 자동 측정 장치와 시간-디지털 변환기 또는 TDC 모듈을 준비하십시오.로직 블록의 출력을 TDC 시작 입력에 연결하십시오. 그런 다음 디스크리미네이터의 출력을 지연 모듈에 연결하십시오. 지연 모듈의 출력을 TDC의 정지 입력으로 전달하십시오.이 도식은 현재 시점의 설정 개요를 제공합니다. 소프트웨어 제어를 위해 범용 계측 버스로 모듈과 컴퓨터를 연결하십시오. 가상 계측기를 생성하려면 Labview 또는 유사한 소프트웨어를 설치하십시오.이 단계에서 동시계수 쌍에 대한 TDC 보정 단계를 수행합니다. 다음 단계는 하나의 동시계수 시스템부터 시작하여 시스템을 보정하는 것입니다. 두 검출기 사이의 선을 따라 중앙점을 포함하여 동일한 간격으로 다섯 개의 지점을 지정하십시오.이 설정은 4 cm 간격으로 지점이 배치되어 있습니다. 다음으로, 방사선원을 지점들 사이에 배치하십시오. 방사선원이 배치되면, 30분 동안 동시계수 이벤트와 TDC 데이터를 수집하기 시작하십시오.수집된 모든 TDC 데이터의 평균을 1분 또는 2분 간격으로 플롯합니다. 이것은 30분 전체 측정 후의 전형적인 플롯입니다. 두 곡선은 동시 계수 쌍의 두 검출기에 해당합니다.두 검출기에서 측정된 TDC 값 차이의 평균 플롯을 사용하여 소스 위치를 찾기 위한 시간 영역(time zone)을 정의하십시오. 이제 방사성 소스를 검출기 사이의 다른 표시된 위치로 이동하십시오. 30분 동안 데이터를 수집하여 새로운 시간 영역을 결정하고, 다섯 개의 각 지점에 대해 이 과정을 반복하십시오.다음으로, 해당 쌍의 민감도를 테스트하기 시작합니다. 서로 다른 수집 시간에 대해 표시된 모든 지점에서 TDC 측정을 반복하십시오. 민감도 테스트를 마친 후 가상 기기 설정을 진행하십시오.기기는 소프트웨어 LED를 방사선원의 위치와 연결합니다. 이 배열 중앙에 있는 5개의 수직 LED는 시간대를 정의하는 데 사용되는 5개의 표시된 위치에 해당합니다. 이 그림은 인접한 두 위치에 대한 TDC 데이터입니다.특정 위치에 대한 TDC 차이 데이터의 평균은 구간의 중심에 표시됩니다. 이 구간은 데이터의 표준 편차를 나타냅니다. 데이터는 본 프로토콜에서 위치를 결정하는 데 사용될 2분간의 수집 시간대에서 얻은 것이어야 합니다.구간이 서로 겹치지 않도록 절단하여, LED의 위치와 연관시킬 시간 측정 창을 선택하십시오. 두 동시계수 쌍의 보정이 모두 완료되면 설정이 마무리됩니다. 이 시점에서 검출기 사이에 9개의 표시된 위치가 있어야 합니다.방사선원을 지정된 위치 중 하나에 놓습니다. 2분 동안 데이터를 수집하고, 방사선원의 위치를 찾는 가상 측정 장치의 정확도를 테스트합니다. 다음은 각 검출기의 응답과 일치 계수 시스템을 형성하는 한 쌍의 응답을 나타낸 도표입니다.세로축은 1분 간격의 누적 평균 TDC 값을 나타냅니다. 가로축은 해당 1분 간격의 인덱스입니다. 데이터는 30분 동안 수집되었습니다.서로 다른 색상의 선은 방사선원의 서로 다른 위치에 해당합니다. 여기에는 이러한 평균값들 간의 차이가 도식화되어 있습니다. 각 측정 세트에서 선형적 거동이 예상되므로, 이를 통해 시간과 거리 간의 변환이 가능합니다.획득 시간이 증가함에 따라 안정성이 향상됨에 유의하십시오. 이 그래프들은 동시계수 시스템의 민감도 측정값을 제공합니다. TDC 카운트의 중앙값과 평균값이 수직축을 따라 표시됩니다.검출기 E와 F 사이의 방사선원 위치 지수를 가로축을 따라 도식화하였습니다. 각 지점에 사용된 데이터는 5분 동안 수집되었습니다. 위치 지수 1은 방사선원이 거의 중앙에 위치한 상태에 해당합니다.인덱스가 증가함에 따라 선원은 F-검출기 쪽으로 이동합니다. 이 동시계수 시스템은 중앙값과 평균값의 곡선이 위치의 함수에 따라 서로 갈라지므로 우수한 공간 분해능을 나타냅니다. 이와 대조적으로, 이 시스템의 중앙값과 평균값은 빠르게 갈라지지 않으며, 이는 공간 분해능이 낮음을 나타냅니다.완성된 이 장치는 1분 이내에 방사선원의 위치를 표시할 수 있습니다. 이 절차를 수행할 때, 한 쌍의 검출기가 감지할 수 있는 위치에 방사선원을 배치하는 것이 중요합니다. 방사성 물질을 다루는 작업은 매우 위험할 수 있다는 점을 명심하십시오.본 실험을 수행하는 동안 취해야 할 예방 조치를 익히기 위해 방사선 안전 교육을 이수하십시오.

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