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

Aşağıdaki deneyin genel amacı, iki çift foto dedektör kullanarak bir pozitron emisyon tomografi sisteminin temel prensiplerini göstermektir. Bu prototipin ticari PET sistemlerine göre en büyük avantajı, kullanıcıların PET'in temel çalışma prensiplerini net bir şekilde görebilmeleridir. Bu sistem fikri ilk olarak, medikal fizik alanındaki yüksek lisans öğrencileri için laboratuvar faaliyetlerimizi detaylandırmaya çalıştığımızda aklımıza geldi.

Prosedürü göstermek, laboratuvarımdan bir teknisyen olan Marcus Fontaine olacak. Algılama sistemini hazırlayarak PET kurulumu üzerinde çalışmaya başlayın. Her dedektörü bir fotoğraf çarpan tüpü ve cilalı bir plastik sintilatör parçası kullanarak yapın.

İyi bir bağlantı sağlamak için sintilatör parçasını, foto-çoğaltıcı tüp ışığı girişinin boyutuna ve şekline uyacak şekilde tasarlayın. Bir sonraki adım, sintilatörü siyah bantla sarmaktır. Foto-çarpan tüp ışığı girişi ile birleştirilmesi için bir tarafı açıkta bırakın.

Sintilatörü bir kenara koyun ve foto çarpan tüpü ile çalışmaya başlayın. Fotoçoğaltıcı tüp ışığı girişini temizlemek için alkol ve temiz bir bez kullanın. Bu yapıldığında, optik gres alın ve tamamen kaplanana kadar ışık girişine uygulayın.

Sintilatör ile çalışmaya geri dönün ve açıkta kalan yüzeyine optik gres sürün. Optik gres uygulandıktan sonra, foto-çoğaltıcı ışık girişini ve açıkta kalan sintilatör yüzeyini hizalayın. Ardından işlenmiş iki yüzeyi birleştirin.

Dedektörü tamamlamak için, foto çarpan tüpünü ve sintilatörü bu örnekte gösterildiği gibi daha fazla siyah bantla sarın. Test etmeye devam etmeden önce en az dört dedektör oluşturun. Dedektörü bir voltaj kaynağına ve standart bir dijital osiloskopa bağlayarak test edin.

Işık kaybı olmadığını doğrulamak için osiloskop üzerindeki sinyali izlerken laboratuvarda ışığı kapatıp açın. Ardından, algılanan olayları saymak için fotoçoğaltıcı tüp çıkışını bir ölçekleyiciye bağlayın. Dedektör voltajını en düşük değerine ayarlayın; Bu durumda, beş voltu işaret edin.

Şimdi dikkatinizi dedektöre çevirin. Sodyum 22 kaynağını doğrudan sintilasyon kısmının yüzeyine yerleştirin. Ölçekleyiciyi kullanarak üç dakika boyunca algılanan olayların sayısını kaydedin.

Ardından kontrol voltajını sıfır bir volt noktasına kadar artırın. Bu değer ve diğerleri için algılanan olayların ölçüm süresini maksimum kontrol voltajına kadar tekrarlayın. Tüm dedektörler tamamen test edildikten sonra, kontrol voltajına karşı tespit edilen olayların sayısının bir grafiğini yapın.

Bu grafik, 12 dedektörden gelen verileri içerir. Bir çakışma çifti oluşturmak için benzer eğrilere sahip iki dedektör seçin. Örneğin, bu çizimdeki O ve I dedektörleri.

Eşleşen iki çift tanımlandıktan sonra, çakışan iki sistem oluşturmaya ve test etmeye devam edin. Bir dedektörün sintilatör kısmı doğrudan diğerinin sintilatörünün üzerinde olacak şekilde iki eşleşen dedektör yerleştirerek çakışan sistemi oluşturun. Ardından, elektronik bileşenleri kontrol edin.

Tesadüf sistemi, üç nükleer enstrümantasyon modülü, bir ayırıcı, bir mantık birimi ve bir ölçekleyici gerektirir. Dedektörlerin çıkış sinyallerini ayırıcı modülün girişlerine bağlayın. Mantık biriminde, ön paneldeki bitiş modunu seçin.

Ardından iki ayırıcı çıkışını mantık birimi girişlerine bağlayın. Olayları saymak için mantık birimi çıkışını ölçekleyici modülüne bağlayın. Bu konfigürasyonda, ölçekleyici, kozmik ışınların tesadüf sistemine çarpması nedeniyle tesadüf olaylarını kaydetmelidir.

Bu şema, bir çift dedektörü test etmek için tamamlanmış tesadüf tespit sistemine aittir. Devam etmeden önce dedektör çiftlerinin her birini test edin. Bir sonraki adım, PET kurulumunu oluşturmaktır.

Dört dedektörü bir karenin köşelerine yerleştirin. Makasları karenin merkezine bakacak şekilde yönlendirin. Direkt olarak karşı karşıya gelen dedektörler bir tesadüf çifti oluşturur.

Dedektör yüzeyleri yaklaşık 20 santimetre aralıklıdır. Dedektörlerin her birini bir ayrımcının, bir mantık bloğunun ve bir ölçekleyicinin ayrı kanallarına bağlayarak devam edin. Dört dedektörle tesadüf sayımı için, bu şemada gösterilen mantık bloğunu uygulayın.

Burada dedektörler I, J, E ve F olarak etiketlenir ve sinyalleri gösterilmeyen bir ayırıcıdan geçirilir. Bu diyagramda, her dedektör bir OR modülü ile ilişkilendirilmiştir. Her dedektörün çıkışını, renkli çizgilerle gösterildiği gibi ilişkili olmadığı üç OR modülünün girişlerine bağlayın.

Ardından, çakışma mantığını tamamlamak için OR modülünün çıkışlarını bir AND modülüne bağlayın. Aşağıdaki adımlarda, yalnızca bir çakışma çiftine güç sağlayın. Ardından ikinci çift için adımları tekrarlayın.

Sodyum 22 radyasyon kaynağı ile dedektör dizisine geri dönün. Kaynağı, tesadüf çiftinin dedektörleri arasındaki çizgi boyunca yerleştirin. Referans olarak bir dedektör kullanın ve kaynağa olan mesafeyi ölçün.

Elektronik rafta, iki dedektör için ayırıcı çıkışları bir osiloskopa giriş olarak kullanın. Osiloskop üzerindeki sinyalleri yatay erişimde zamanla görüntüleyin. Ek olarak, tesadüf mantık bloğunun çıktısını alın ve osiloskopa girin.

Resquare sinyalleri ekranda görünmelidir. Daha sonraki kalibrasyon adımları için osiloskopta ölçülen ayırıcı sinyaller arasındaki zaman farklarını kullanın. Ardından, bilgisayarın otomatik ölçümünü ve dijital dönüştürücüye veya TDC modülüne geçen süreyi hazırlayın.

Mantık bloğunun çıkışını TDC başlangıç girişine bağlayın. Ardından ayrımcının çıkışlarını bir gecikme modülüne bağlayın. Gecikme modülünün çıkışını TDC'nin durdurma girişlerine geçirin.

Bu şema, bu noktadaki kuruluma genel bir bakış sağlar. Yazılım kontrolü için modülleri ve bilgisayarları genel amaçlı bir enstrümantasyon veri yolu ile bağlayın. Sanal bir enstrüman oluşturmak için Labview veya benzeri bir yazılım yükleyin.

Bu noktada, çakışma çifti için TDC kalibrasyon adımlarını gerçekleştirin. Bir sonraki adım, tek bir tesadüf sisteminden başlayarak sistemi kalibre etmektir. İki dedektör arasındaki çizgi boyunca, orta nokta da dahil olmak üzere eşit aralıklı beş nokta belirleyin.

Bu kurulumun dört santimetre aralıklarla noktaları vardır. Ardından, radyasyon kaynağını noktalar arasına yerleştirin. Kaynak yerindeyken, 30 dakika boyunca tesadüf olaylarını, TDC verilerini toplamaya başlayın.

Toplanan tüm TDC verilerinin ortalamasını her bir veya iki dakikada bir çizin. Bu, tam 30 dakikadan sonra tipik bir olay örgüsüdür. İki eğri, tesadüf çiftinin iki dedektörüne karşılık gelir.

Kaynağı bulmak amacıyla bir saat dilimi tanımlamak için iki dedektörden gelen TDC değerlerinin farkının ortalamasının bir grafiğini kullanın. Şimdi, radyasyon kaynağını dedektörler arasında farklı bir işaretli konuma getirin. 30 dakikalık veri alın ve yeni bir saat dilimi belirleyin ve beş noktanın her biri için tekrarlayın.

Ardından, çiftin hassasiyetini test etmeye başlayın. Farklı toplama süreleri için işaretli tüm noktalarda TDC ölçümlerini tekrarlayın. Hassasiyeti test ettikten sonra, sanal bir enstrüman kurmaya devam edin.

Cihaz, bir yazılım LED'ini radyasyon kaynağının konumuyla ilişkilendirecektir. Bu dizinin ortasındaki beş dikey LED, saat dilimlerini tanımlamak için kullanılan beş işaretli konuma karşılık gelir. Bu şekilde, iki bitişik pozisyon için TDC verilerimiz.

Bir pozisyon için TDC fark verilerinin ortalaması bir aralığın merkezindedir. Aralık, verilerin standart sapmasını temsil eder. Veriler, bu protokoldeki pozisyonları çözmek için kullanılacak toplama süresinden iki dakika olmalıdır.

Aralıkları üst üste binmeyecek şekilde keserek LED'li bir konumla ilişkilendirmek için bir zaman ölçümü penceresi seçin. Her iki tesadüf çifti de kalibre edildikten sonra kurulum tamamlanacaktır. Bu noktada, dedektörler arasında dokuz işaretli konum olmalıdır.

Radyasyon kaynağını konumlardan birine yerleştirin. İki dakika boyunca veri toplayın ve radyasyon kaynağının konumunu belirlemede sanal cihazın doğruluğunu test edin. Bunlar, her bir dedektör ve bir çakışma sistemi oluşturan bir çift için yanıtın grafikleridir.

Bir dakikalık bir aralıktaki kümülatif ortalama TDC değeri dikey eksende verilir. Bir dakikalık aralığın indeksi yatay eksen boyuncadır. Veriler 30 dakika boyunca toplanmıştır.

Farklı renkli çizgiler, radyasyon kaynağının farklı konumlarına karşılık gelir. Bu ortalama değerler arasındaki fark burada çizilmiştir. Zaman ve mesafe arasında dönüşüme izin veren her ölçüm seti için doğrusal davranış beklenir.

Edinme süresi arttıkça kararlılığın arttığını unutmayın. Bu grafikler, tesadüf sistemlerinin duyarlılığının bir ölçümünü sağlar. TDC sayımlarının medyan ve ortalaması dikey eksen boyunca çizilir.

E ve F dedektörleri arasındaki radyasyon kaynağının konumunun indeksi yatay eksen boyunca çizilir. Her nokta için kullanılan veriler beş dakika boyunca toplanır. Konum indeksi bir, radyasyon kaynağının yaklaşık olarak merkezlendiğine karşılık gelir.

İndeks arttıkça, kaynak F-dedektörüne doğru hareket eder. Bu çakışma sistemi, medyan ve ortalama eğrisi konumun bir fonksiyonu olarak birbirinden ayrıldığından iyi bir uzamsal çözünürlük sergiler. Karşılaştırıldığında, bu sistem için medyan ve ortalama, zayıf uzamsal çözünürlüğü gösteren kadar hızlı bir şekilde ayrılmaz.

Tamamlandığında, bu cihaz bir radyasyon kaynağının konumunu bir dakika veya daha kısa sürede görüntüleyebilir. Bu prosedürü denerken, radyasyon kaynağını bir çift dedektörün hassas olduğu bir konuma getirmeyi unutmamak önemlidir. Radyoaktif maddelerle çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini unutmayın.

Bu deneyi gerçekleştirirken alınması gereken önlemleri öğrenmek için radyasyon güvenliği konusunda eğitim alın.