Базовый позитрон-эмиссионной томографии Построенный, чтобы найти радиоактивного источника в Би-мерном пространстве

Общая цель данного эксперимента — показать основные принципы работы системы позитронно-эмиссионной томографии с использованием двух пар фотоприемников. Основное преимущество использования этого прототипа перед коммерческими ПЭТ-системами заключается в том, что пользователи могут четко видеть основные принципы работы ПЭТ. Идея этой системы возникла у нас, когда мы хотели разработать нашу лабораторную деятельность для магистрантов в области медицинской физики.

Демонстрировать процедуру будет Маркус Фонтейн, техник из моей лаборатории. Начните работу по настройке ПЭТ с подготовки системы обнаружения. Изготовьте каждый детектор с помощью фотоумножителя и полированного пластикового сцинтиллятора.

Спроектируйте сцинтилляторную деталь в соответствии с размером и формой входа трубки фотоумножителя, чтобы обеспечить хорошее соединение. Следующим этапом является обмотка сцинтиллятора черной лентой. Оставьте одну сторону открытой, чтобы она была сопряжена с входом лампы фотоумножителя.

Отложите сцинтиллятор в сторону и начните работу с фотоумножителем. Используйте спирт и чистую тряпочку для очистки входа лампы фотоумножителя. Когда это будет сделано, возьмите оптическую смазку и нанесите ее на световой вход до полного его покрытия.

Вернитесь к работе со сцинтиллятором и нанесите оптическую смазку на его открытую поверхность. После нанесения оптической смазки совместите вход света фотоумножителя и открытую поверхность сцинтиллятора. Затем соедините две обработанные поверхности.

Чтобы завершить работу детектора, оберните фотоумножитель и сцинтиллятор черной лентой, как показано в этом примере. Создайте как минимум четыре детектора, прежде чем переходить к их тестированию. Протестируйте детектор, подключив его к источнику напряжения и к стандартному цифровому осциллографу.

Выключайте и включайте свет в лаборатории, наблюдая за сигналом на осциллографе, чтобы убедиться в отсутствии потерь света. Далее подключите выход фотоумножителя к скейлеру для подсчета обнаруженных событий. Отрегулируйте напряжение детектора до минимального значения; В данном случае точка пять вольт.

Теперь обратите внимание на детектор. Поместите источник натрия-22 непосредственно на поверхность сцинтилляционной части. Записывайте количество обнаруженных событий за три минуты с помощью скейлера.

Затем увеличьте управляющее напряжение на пункт ноль один вольт. Повторите время измерения обнаруженных событий для этой величины и всех остальных до максимального управляющего напряжения. После того, как все детекторы будут полностью протестированы, построим график зависимости количества обнаруженных событий от управляющего напряжения.

Этот график включает в себя данные с 12 детекторов. Выберите два детектора с похожими кривыми, чтобы сформировать пару совпадений. Например, детекторы О и И на этом графике.

После того, как будут определены две совпадающие пары, перейдем к сборке и тестированию двух совпадающих систем. Постройте совпадающую систему, разместив два согласованных детектора так, чтобы сцинтилляторная часть одного детектора находилась непосредственно над сцитиллятором другого. Далее проверьте электронные компоненты.

Для системы совпадений требуются три модуля ядерных приборов, дискриминатор, логический блок и скейлер. Подключите выходные сигналы детекторов к входам модуля дискриминатора. На логическом блоке выберите режим окончания на передней панели.

Затем подключите два дискриминаторных выхода к входам логического блока. Подключите выход логического блока к модулю скалера для подсчета событий. В этой конфигурации скалер должен регистрировать события совпадения из-за попадания космических лучей в систему совпадений.

На этой схеме изображена готовая система обнаружения совпадений для тестирования пары детекторов. Прежде чем продолжить, проверьте каждый из пары детекторов. Следующим шагом является создание настройки PET.

Поместите четыре детектора по углам квадрата. Сориентируйте цитилляторы так, чтобы они были направлены к центру квадрата. Детекторы, которые обращены друг к другу, образуют пару совпадений.

Поверхности детектора находятся на расстоянии около 20 сантиметров друг от друга. Продолжите, подключив каждый из детекторов к отдельным каналам дискриминатора, логического блока и скалера. Для синхронного подсчета с четырьмя детекторами реализуем логический блок, изображенный на этой схеме.

Здесь детекторы обозначены буквами I, J, E и F, и их сигналы пропускаются через дискриминатор, который не отображается. На этой схеме каждый детектор связан с модулем операционной. Подключите выход каждого детектора к входам трех модулей операционной, с которыми он не связан, как показано цветными линиями.

Затем соедините выходы модуля OR с модулем AND, чтобы завершить логику совпадения. На следующих шагах подайте питание только на одну пару совпадений. Затем повторите действия для второй пары.

Вернитесь к решетке детекторов с источником излучения натрия-22. Расположите источник вдоль линии между детекторами пары совпадений. Используйте один детектор в качестве эталона и измерьте расстояние до источника.

В стойке для электроники используйте выходы дискриминатора для двух детекторов в качестве входов для осциллографа. Отображение сигналов на осциллографе с указанием времени на горизонтальный доступ. Кроме того, возьмите выход логического блока совпадения и введите его в осциллограф.

На экране должны появиться сигналы реквадрата. Используйте разницу во времени между дискриминаторными сигналами, измеренными на осциллографе, для последующих этапов калибровки. Далее подготовьте компьютер с помощью автоматизированного измерения и времени до цифрового преобразователя или модуля ВМТ.

Подключите выход логического блока к стартовому входу ВМТ. Затем подключите выходы дискриминатора к модулю задержки. Передайте выход модуля задержки на входы остановки ВМТ.

На этой схеме представлен обзор конфигурации на данный момент. Соедините модули и компьютеры с помощью шины КИПиА общего назначения для программного управления. Установите Labview или аналогичное программное обеспечение для создания виртуального инструмента.

На этом этапе выполните шаги калибровки ВМТ для пары совпадений. Следующим шагом является калибровка системы, начиная с системы одного совпадения. Вдоль линии между двумя детекторами определите пять равноудаленных точек, включая среднюю точку.

Эта установка имеет точки с интервалом в четыре сантиметра. Далее поместите источник излучения между точками. Имея источник на месте, начните собирать данные о событиях совпадения, ВМТ в течение 30 минут.

Стройте график среднего значения всех собранных данных TDC каждые одну или две минуты. Это типичный сюжет после полных 30 минут. Две кривые соответствуют двум детекторам пары совпадений.

Используйте график среднего значения разницы значений ВМТ от двух детекторов, чтобы определить часовой пояс с целью определения местоположения источника. Теперь переместите источник излучения в другое отмеченное положение между детекторами. Получите данные за 30 минут, определите новый часовой пояс и повторите для каждой из пяти точек.

Далее приступаем к тестированию чувствительности пары. Повторите измерения ВМТ во всех отмеченных точках для разного времени сбора. После проверки чувствительности переходите к настройке виртуального прибора.

Прибор будет связывать программный светодиод с положением источника излучения. Пять вертикальных светодиодов в центре этого массива соответствуют пяти отмеченным позициям, используемым для определения часовых поясов. На этом рисунке наши данные TDC для двух смежных позиций.

Среднее значение разностных данных ВМТ для положения находится в центре интервала. Интервал представляет собой стандартное отклонение данных. Данные должны быть из времени сбора, которое будет использоваться для разрешения позиций через две минуты в этом протоколе.

Выберите окно измерения времени для связи с положением со светодиодом, усев интервалы так, чтобы они не перекрывались. Настройка будет завершена после калибровки обеих пар совпадений. На этом этапе между детекторами должно быть девять отмеченных позиций.

Поместите источник излучения в одно из положений. Соберите данные в течение двух минут и проверьте точность определения местоположения источника излучения с помощью виртуального прибора. Это графики отклика для каждого детектора и пары, которые образуют систему совпадений.

На вертикальной оси указано совокупное среднее значение ВМТ за интервал в одну минуту. Индекс минутного интервала находится вдоль горизонтальной оси. Данные собирались в течение 30 минут.

Разноцветные линии соответствуют разным положениям источника излучения. Разница между этими средними значениями показана на графике. Для каждого набора измерений ожидается линейное поведение, позволяющее преобразовывать время и расстояние.

Обратите внимание, что по мере увеличения времени сбора данных стабильность повышается. Эти графики позволяют измерить чувствительность систем совпадений. Медиана и среднее значение количества ВМТ строятся вдоль вертикальной оси.

Индекс положения источника излучения между детекторами E и F строится по горизонтальной оси. Данные, используемые для каждой точки, собираются в течение пяти минут. Индекс положения единица соответствует тому, что источник излучения находится примерно в центре.

По мере увеличения индекса источник движется в сторону F-детектора. Эта система совпадений демонстрирует хорошее пространственное разрешение, поскольку кривая для медианы и среднего расходится в зависимости от положения. Для сравнения, медиана и среднее значение для этой системы расходятся не так быстро, что указывает на плохое пространственное разрешение.

После завершения работы это устройство может отображать местоположение источника излучения за одну минуту или меньше. При попытке выполнить эту процедуру важно помнить о том, что источник излучения должен быть расположен в таком положении, при котором одна пара детекторов является чувствительной. Не забывайте, что работа с радиоактивными материалами может быть чрезвычайно опасной.

Тренируйтесь в области радиационной безопасности, чтобы узнать о мерах предосторожности, которые следует соблюдать при проведении этого эксперимента.