A Temel Pozitron Emisyon Tomografi Sistemi Bi-boyutlu bir uzayda bir Radyoaktif kaynağı bulun inşa

Summary

Basit ama iyi yapılandırılmış bir Pozitron Emisyon Tomografisi (PET) sistemi sunuyor ve temel çalışma prensiplerini açıklıyoruz. Bu protokolün amacı, kullanıcıya basit bir PET sistemi oluşturma ve test etme konusunda rehberlik etmektir.

Abstract

Basit Pozitron Emisyon Tomografi (PET) prototip tam olarak temel çalışma ilkelerini karakterize etmek inşa edilmiştir. PET prototipi PET geometrik merkezinde yerleştirildiği bir radyoaktif kaynak, yayılan iki gama ışını tespit etmek için zıt konumlarda yerleştirilen fotoçoğaltıcılar veya PMT plastik sintilatör kristaller birleştirilmesi ile oluşturulan kurulumu. Prototip, dört, bir 20 cm çaplı bir daire yerleştirildi geometrik detektörler ve merkezi bir radyoaktif kaynağın oluşur. Merkezi radyoaktif kaynak santimetre hareket ettirerek sistem kimse bu bilgileri ile sistem grafik arayüzü sanal konumunu hesaplayabilir, herhangi iki PMT yıllardan arasındaki uçuş farkın süre ölçülerek deplasman tespit edebiliyor ve. Bu şekilde, prototip bir PET sisteminin temel ilkelerini yeniden üretir. Bu de 2 satır 4 cm aralıklarla kaynağının gerçek konumunu belirlemek için yeteneğine sahiptirrunma az 2 dakika alıyor.

Introduction

Pozitron Emisyon Tomografi vücudun iç doku ve organların dijital görüntüleri elde etmek için kullanılan bir non-invaziv bir görüntüleme tekniğidir. Çeşitli non-invaziv teknikler bu bir tür Bilgisayar Eksenel Tomografi (TAC) ve Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) gibi bir hastanın iç işleyişini görüntüleri ve bilgi almak için izin var. Her ikisi de iyi uzaysal çözünürlük vermek ve ayrıca anatomik ve fizyolojik çalışmalarda uygulamalar için kullanılır. Karşılaştırmalı PET az uzaysal çözünürlüğü verir rağmen, ilgi bölgede meydana gelen metabolizma ile ilgili daha fazla bilgi sağlar. PET yaygın fonksiyonel ve morfolojik bilgi edinmek için kullanılır; ana klinik uygulamalar onkoloji, nöroloji ve kardiyoloji alanlarında bulunmaktadır. Ayrıca, PET görüntüleri, doktorlar, örneğin daha iyi tanı, vermeye yardımcı tümör tedavi planlamasını kurabilir.

PET sistemlerinin temel çalışma prensibi iki pho algılamaBir pozitron elektron imha çifti gelen ton veya gama ışınları, hem yaygın Proje Yönetim Ekipleri ile birleştiğinde scintillator kristalleri oluşur dedektörleri, doğru ters yönlerde uçan. Sintilatör kristalleri bir fotoelektrik işlemi yoluyla bir elektrik nabız ışık sinyalini dönüştüren bir PMT gitti görünür ışık, içine gama radyasyonu dönüşümü. Bir okuma-out sistemi göndermeden önce elektrik yükü büyüklüğünü artırmak denilen dynodes mevcut PMT elektronik cihazlar, içinde. Vücudun kan dolaşımına enjekte edildi, bir izotop sıvısı, yaydığı bir pozitron (pozitif elektron yüklü), vücutta bir elektron ile annihilates Bu iki tespit fotonlar oluşturulmuştur. Tesadüf olarak okuma-out sistemi önlemleri iki back-to-back fotonlarının varış zamanı, bir zaman referans ile ilgili ve farkı elde etmek iki kere yüzeylerde daha da. Sistem uzay pozisyon wh hesaplamak için bu zaman farkı kullanırere radyasyon kaynağı hem foton yaydığı ve böylece elektron-pozitron imha oluştuğu.

PET sistemleri bazı özellikleri görüntü kalitesini optimize etmek ve uzaysal ve zamansal çözünürlüğü artırmak için tanımlanmış olmalıdır. Dikkate özelliklerinden biri, iki foton imha işleminden sonra seyahat mesafe olarak tanımlanan Tepki Hattı (LOR) 'dir. Dikkate Başka bir özelliği Flight (TOF) Zaman olduğunu. Görüntülerin kalitesi de dış özellikler, özellikle bedensel organlar ve tedavi seansı ¹ sırasında hastanın hareketlerinin bağlıdır. PET sistemlerinde kullanılan izotoplar Beta + emitters denir. Bu izotoplar (saniye civarında) kısa bir yarı ömre sahiptir. Kararlı elementler nükleer reaksiyonlara yol açan proton veya döteronların ile bombardıman edildiğinde Onlar parçacıkların hızlandırıcılar (siklotron) üretilmektedir. Bu tür reaksiyonlar örneğin, C-11, N-13, O-15, F-18, diğerleri arasında kararsız izotoplar içine stabil elemanlarını dönüştürmek^2.

PET iki türü vardır. (1) Konvansiyonel: Bu imha gerçekleştiği boyunca çizgisini tanımlamak için sadece TOF bilgileri kullanır, ancak bu iki foton kökeni yeri belirlemek değiştiremiyor. Bu tahmin için ek analitik veya yinelemeli rekonstrüksiyon algoritmaları gerektirir. (2) TOF PET: Yayılan pozitronun imha konumunu bulmak için TOF farkını kullanır. Zaman çözünürlüğü yerelleştirme olasılık fonksiyonu ³ için çekirdek olarak yeniden algoritması kullanılır.

Firmamızın ana hedefi, uzayda bir radyasyon kaynağı bulmak için kullanılan PET, birincil işlevleri göstermektir. Burada önerilen PET sistemi setinin temel kapsamı akademik halk için temel bir PET inşaat kılavuz sağlamak ve basit bir şekilde, ana özelliklerinin, açıklamaktır.

Protocol

PET Kur'un 1. Hazırlık

1. PMT plastik scintillator parçaları ile birleştiğinde hazırlayın. PMT (boyut, photocathode şekli) türüne bağlı olarak PMT'nin photocathode ile sığdırmak için yeterli scintillator parçasını oluşturmak.
   1. Siyah bant ile scintillator parçaları sarın. O PMT ışık girişinde ile birleştiğinde olacak gibi bir tarafı ortaya bırakın.
      NOT: Bu parçalar daha önce hafif birikim kayıplarını önlemek için cilalı olması önemlidir.
2. O zaman optik yağ ve sintilatörle en çıplak yüzünü uygulamak alkol (% 70 ticari alkol konsantrasyonu) ile PMT ışık girişini temizleyin. Sintilatöre ile PMT yüz birleştiğinde ve daha siyah bant ile sarın.
   1. (Bu durumda yanlılığı 14 V önyargı bir kablo her PMT dahil edilir ve gerilim kontrolü için 0,5 V) kaynak gerilimi PMT bağlayın. Bağlayarak PMT gelen sinyalleri tespitStandart bir dijital osiloskop kanala PMT sinyal kablosu (sinyal kablosu da her PMT için dahildir). / Laboratuarda ışığı kapalı açarken hiçbir ışık kayıplar vardır doğrulamak için, sinyallerin genlik değişimleri gözlemleyin. Bir dedektör sintilatör artı PMT anlamına nerede dört dedektör, her biri için bu adımı yineleyin.
3. Başka bir dedektörün gelen kısmı üzerinde bir dedektör scintillator kısmını yerleştirerek bir tesadüf sistemini kurmak. Bir NIM sandık içinde ayırt edici ve mantık birimi modülleri adlı iki NIM (Nükleer Enstrüman Modülü) aletleri koyun.
4. Discriminator modülünün girişlerine dedektörlerinden çıkış sinyallerini bağlayın. Mantık birimi ön panelde bu mantık davayı seçerek VE modunda bir mantık birimini kullanın. Mantık birimi girişler iki ayırt edici çıkışlarını bağlayın.
   NOT: VE iki kare sinyal aynı anda ya da tesadüf geldiğinde seçer mantıksal bir işlemdir.
5. Co(her iki dedektörler tesadüf çarpan kozmik ışınların yarattığı) olayları saymak için (dijital sinyalleri sayar) ölçekleyicili modülünde mantık ünitesi çıkış sinyalini nnect.

2. PET Sinyalleri Kazanılması

1. Daha önce belirlenmiş kare alanın ters köşe her iki dedektörleri koyun, böylece yerine kozmik ışınları kullanarak, birbirlerine yüz ve 20 cm arayla ve 1.4 ve 1.5, ama bu sefer aynı egzersiz yapmak (kozmik ışınlar olarak görev geçici bir doğal radyoaktif kaynak), NA-22 radyasyon kaynağı kullanır.
   1. Her iki dedektör arasındaki orta mesafe radyoaktif kaynak yerleştirin ve skaler modül üzerinden veri toplama yapmak. Sistem kurmak ve bir tesadüf elde etmek üzere kullanılan mantık bloğu şematik bir düzenlemesi, Şekiller 1, 2 ve 3'te görülebilmektedir.
2. İki ayrımcılık PMT çıktılarını ve bağlayarak gelen sinyallerin zaman farkını ölçmekosiloskop tesadüf çıktı. Üç sinyallerin her biri bir osiloskop girişine gider; osiloskop ekranında üç kare sinyaller olacaktır. Yatay ölçek (zaman ölçeği) ile iki ayrımcılık sinyallerin zaman farkını ölçmek.
   NOT: Meydanı arasında radyoaktif kaynak hem dedektörler arasındaki orta doğrudan olduğunda orada olacak çok az veya hiç ayırma veya zaman farkı ortalama sinyalleri ayırt ve radyoaktif kaynak merkezi dışına ve daha sonra PMT birine yakın zaman ortalama zaman farkı olacaktır.
3. CAMAC (Bilgisayar Otomatik Ölçüm ve Kontrol) modülü TDC (Dijital Dönüştürücü Time) sekiz kanallardan biri bu zamanlama sinyalleri göndermek. Bunu yapmak için, daha sonra dedektör "STOP" denir TDC girişlerine çıkışlarını ayırt connect "BAŞLANGIÇ" dediğimiz mantık VE TDC girişine çıkışını bağlayın. VE sinyal Gecikme modu aracılığıyla ertelenmek zorundale bu sinyal, diğer iki DUR sinyallerine önce gelmesi için sırayla bazı nanosaniye tarafından (Şekil 4).
4. Bir yazılım programı aracılığıyla osiloskop gösterdiği TDC sayma birimleri karşısında zaman (Bölüm 3 adımlara bakın) kalibre. Her pozisyonun ortalama zaman farkını (adım 2.3), radyoaktif kaynak ve dedektörler biri arasındaki mesafe ayrımı kullanılarak ölçerek bu kalibrasyon yapın. Bu kalibrasyon yapmak için bir standart otobüs GPIB (Genel Amaçlı Aletler Bus) üzerinden farklı modül ve bilgisayar arasında bir yazılım iletişim kurun.

3. Sanal Enstrüman Arayüzü Bina

1. Indirin ve bir LabView yazılımı veya herhangi benzer bir yazılım kullanın.
   NOT: Labview ile çalışmak için, "G programlama dili" hakkında bazı bilgilere sahip olmak gereklidir. Bu dilde, hiçbir kod yazılacak vardır ve gerçekleştirilen tüm eylemleri bir yazılım aracı soluk yapılabilirtte. Pratik örnekler ile kolay bir rehber yardım aracında bulunabilir.
2. TDC çıkış verileri kaydetmek için ön panel aracı paletinden dizi programı (programlama değişkenleri konteynerler) seçin.
   NOT: "Ön panel" kullanıcı ve "blok diyagram" sanal enstrüman grafik arayüzü yazılım programlama için kullanılan olmasıdır.
3. Araziler menüden bir mantık aracı seçerek veri toplama (TDC den zamanlı veri) çizilir. Kaynak her pozisyonda ile ilgili parseller verilerini tanımlayın. Bazı santimetre dedektörler hattından kaynak mesafe değiştirilerek yapın.
4. Matematiksel menü aracından istatistik işlevleri (ortalama) kullanarak veri ortalamasını alın ve ortalama merkezli değerlerin aralığını seçin. Ardından, mantık izledi programlamaya göre, bu aralıkta dışındaki değerler ile tüm verileri kaldırmak için dizi menüsünden gerekli araçları kullanın.
5. Inci seçin göstergelere blok şeması araç paleti her dizide depolanan verilerin sayısını gösterir ve depolanan verilerin büyük sayı ile birkaç kapları tanımlamak için.
6. Adımda 3,5 seçilen her dizideki verilerin ortalamasını alın ve bu LabView blok diyagramı araç paleti kullanılarak her kaynak pozisyonu için zaman aralıkları değerler kümesi oluşturmak için bu bilgileri kullanabilirsiniz.
7. Ölçümlerin bir dizi için adım 3.6 'de elde edilen ortalama saklamak için ön panel aracı paletinden göstergelerin bir dizi seçin.
8. Adım 3,7, ilgili aralığı ile her pozisyon ilişki blok diyagram aracı paletinden bir vaka yapısını seçin ve ön panel aracı paletinden bir dizi LED bir sanal her aralığı ilişkilendirmek.
9. Her sinyal TDC kanallarına ulaşması için gereken süreyi Uyarı: Radyoaktif kaynak bir dedektör yakın ortadan taşındığında, LED'lerin programlama dizisi (bkz Şekil 5 sanal kaynağının hareketi gözlemlemek ) bilgisayar sağa doğru hareket.
10. Toplam süre edinimi için ön panel araç paleti bir kontrol (değişken programlama elemanı) ekleyin.
    NOT: konumlandırma verimliliği bu zaman kontrol aracı bağlıdır: kazanım alır daha fazla zaman, radyoaktif kaynak simüle daha doğrusu sanal nesne doğru pozisyonu verecektir.

4. Grafik Sonuçlar

1. Kalibrasyon amaçları için, dedektörler bağlanmış çiftlerinin biri için herhangi bir ara konumda kaynak yerleştirin. 30 dakika için ölçümler almak ve verileri toplanmış olan, her 2 dakikada kartı değerlerin ortalamasını alır. Farklı kaynak pozisyonları için bu işlemi tekrar edin ve her pozisyonda her bir detektörden gelen ortalama değeri arsa (bakınız Şekiller 6 ve 7). Detektörler değerleri fark Şekil 8'de grafik olarak gösterilmektedir.
2. Daha iyi resu elde etmek içinlt, benzer veri değerlerine sahip seçkin iki dedektör bir çift oluşturmak için. Bunu test etmek için, skaler girişine dedektör çıkışını bağlayarak sabit bir süre için skaler modülü ile tespit edilen olayların sayısını ölçen bu durumda 0,5 V. Başlangıç ​​olarak, alt değere PMT kontrol gerilimini koydu. 0.01 V ile gerilimi artırmak ve tekrar ölçün. Bu durumda 0.9 V., mümkün olan maksimum kontrol değerine ulaşmak için bu işlemi tekrarlayın
   1. Yarı logaritmik ölçeklerde kontrol gerilimi karşı algılanan olayların sayısını çizilir (Şekil 9). Çift benzer dağılımları olan dedektörlerin çiftleri.
3. Sistemin hassasiyetini test etmek için, beş vardır bu durumda çizgileri boyunca bazı eşit aralıklı ara pozisyonlarda radyoaktif kaynak, yerleştirin. Her pozisyon, 5 dakika için veri elde edilmesi ve (Şekil 10 ve 11) her biri bağımsız olarak dedektör için elde edilen değerlerin ortalama ve orta arsa.

Results

İki temel sonuç, bu PET sistemi ile elde edilir. Birincisi: Sanal radyoaktif kaynağın görsel efektler arasında verimli bir senkronizasyon gerçek radyoaktif örneği taşırken. Bu program sayesinde, kullanıcılar satın alma zaman kontrolü, aynı konumda tekrar sayısını, veri diğerlerinin yanı sıra, ortalama satın alma etrafında aralığın değişim var. İkinci: çakışma mantık basit bir yapının yapımı kaynağının son konumunu hesaplamak için mesafe için bu zaman farkı dönüştürülmesi iki sinyal arası...

Discussion

Bu sistemin önemli bir yönü, uzaysal ve zamansal çözünürlükleri içinde çok iyi bir şekilde kontrol sahip olmaktır. PET uzaysal çözünürlüğü muayenesi sırasında ⁵ radyoaktif bozunma ve imha, fiziksel özelliklerine göre değil, aynı zamanda tesadüf kayıt teknik yönlerine (1.1 ve 1.2 adımları) tarafından ve böyle bir nesne hareketi gibi hatalar, dış kaynaklar tarafından sınırlandırılır. Böylece ölçülen kesin konumunu TOF farkı (adım 2.4) bağlıdır. Bir teknik iyi bir zaman çözünürlüğü TOF ⁶ dağılımının t...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Düşük eşikli Ayırıcı	CAEN	N845
Mantık Birimleri	Lecroy	365AL
Zaman gecikmesi	CAEN	N108A
Osiloskop	Tektronic	TDS3014C
Dörtlü Ölçekleyici ve ön ayar sayacı	CAEN	N1145
TDC	Lecroy	2228
PMT & Öğr. s	Hamamatsu	H5783p
Güç Şasisi	Lecroy	1403
GPIB Arayüzü	Lecroy	8901A
NIM Güç Kaynağı	Lecroy	1002B
CAMAC Sandık	Borer-co	1902A
Sintilatör Kristalleri	Bicron	408	1 cm x 2 cm x 5 cm
Güç Kaynağı	Hassas	E3631
Na 22 Radyoaktif Kaynak			aktivitesi 2  μ Ci
Software LabView 7.1	Ulusal cihazlar
			2  nsaniye, 3  nsec ve 8  NSec
İzolatör Filmi