Устройства для гамма-интроскопии (стр. 2 из 2)

После нахождения точки термодинамического равновесия управление передают системе автоматического регулирования. Она следит за тем, чтобы соблюдался баланс масс: масса сырья, поступившего в тигель должна быть равна приращению массы вытягиваемого кристалла, иначе говоря, уровень расплава в тигле должен оставаться постоянным. За этим следит датчик контроля уровня 9. Он представляет собой металлический электрод, нагретый до температуры расплава (чтобы при соприкосновении с расплавом не создавать температурной неоднородности). Этот электрод находится в непосредственной близости от поверхности расплава. Когда уровень расплава достигает электрода, прекращается подача сырья и наоборот – при снижении уровня подача сырья возобновляется.

Диаметр кристаллов NaI(Tl) достигает 500 мм, а вес – 550 кг. Их выращивание длится около двух недель. Готовый кристалл помещают в осушенную вакуумную камеру. Затем его распиливают на диски толщиной 9 – 10 мм. Распиловку производят натянутой синтетической нитью, смачиваемой дистиллированной водой. Диск, предназначенный для детектора гамма-камеры, шлифуют с обеих сторон и герметизируют в специальном контейнере (рис.3).

Кристалл NaI(Tl) 1 помещают в контейнер 2 из алюминия, закрывают сверху (со стороны установки ФЭУ) специальным стеклом 3, которое выполняет функции световода, и герметизируют компаундом. Внутреннюю поверхность контейнера покрывают слоем MgO 4 белого цвета, играющего роль диффузного отражателя. Внешнюю поверхность стекла, не занятую ФЭУ, также покрывают слоем MgO. Это позволяет повысить результирующую эффективность регистрации. Выполненный таким образом детектор может служить десятки лет. Кроме круглых детекторов применяют также детекторы прямоугольной формы. Для этого диск NaI(Tl) нагревают до размягчения и под давлением формуют из него прямоугольную пластину. Прямоугольные детекторы имеют большее поле зрения и обладают лучшей однородностью по краям. В заключение этого раздела рассмотрим еще один способ (оптический) уменьшения линейных искажений и улучшения однородности чувствительности детектора. Он состоит в применении отражающих масок, накладываемых на световод со стороны, прилегающей к сцинтиллятору (рис.4). Маски представляют собой отражающие покрытия, окрашенные черной краской со стороны ФЭУ. Они ограничивают количество прямых попаданий фотонов, образующихся в результате сцинтилляции, на фотокатоды ФЭУ. Большинство из них попадают на фотокатоды путем многократных отражений от масок и диффузного отражателя на внутренней поверхности контейнера сцинтиллятора. Тем самым улучшается форма амплитудно-пространственных характеристик ФЭУ, выравнивается чувствительность по площади детектора, уменьшаются линейные искажения. Узор маски зависит от места расположения ФЭУ и обычно подбирается экспериментально.

Рисунок 4. Отражающие маски.

2. Устройство и важнейшие аналоговые узлы эмиссионного томографа

Эмиссионный компьютерный томограф (ЭКТ) представляет собой сложный электронно-вычислительный комплекс, насыщенный разнообразными электронными и электро-механическими узлами. До сих пор в ЭКТ сохраняется высокий удельный вес аналоговых средств первичной обработки информации, хотя недалеко, видимо, то время, когда они, как и УЗ сканеры, станут преимущественно цифровыми. Но для этого нужно создать новые электронные технологии и преодолеть некоторые трудности, в том числе и экономического характера.

2.1 Структурная схема и конструкция ЭКТ

Здесь мы рассмотрим устройство и принцип работы однофотонного ЭКТ на основе выпускаемого фирмой "Монокристалл – Оризон" (Украина) эмиссионного томографа ГКС-301Т "Тамара" (ГКС означает – гамма-камера сцинтилляционная, Т – с режимом томографирования). Обобщенная структурная схема этого устройства приведена на рис.5. Количество функциональных узлов в ней невелико, однако каждый из них достаточно сложен. Блок детектора в основном соответствует структурной схеме, приведенной на рис.2. Существенно новым в нем является автоматическое управление режимами ФЭУ, с помощью которого добиваются более высокой однородности детектора по площади. Кроме того, для энергетической коррекции координатных сигналов X = X⁺ – X^– и Y = Y⁺– Y^– их делят не на энергетические сигналы Z, а на суммы X⁺ + X^– и Y⁺+ Y^– . Это позволяет уменьшить погрешность, обусловленную дрейфом и разбросом параметров координатных резисторных матриц.

Блок обработки и управления служит, в основном для коррекции линейности и однородности. В него также входит система автоматической накопления и стабилизации (САНС), которая управляет режимами ФЭУ. Накопление заключается в подсчете числа импульсов, принимаемых отдельными ФЭУ, т.е. формировании их спектров. Фотопики этих спектров затем сравниваются с эталонными (реперными), и в случае их отклонения производится автоматическое изменение режима ФЭУ. Этот блок управляет также разверткой координат при сканировании тела.

Рисунок 5. Структурная схема эмиссионного томографа.

Блок приводов осуществляет перемещение различных механических узлов томографа: угловое перемещение и орбитальное вращение детекторной головки, изменение высоты ее подъема, линейное перемещение гамма-камеры или ложа пациента при линейном сканировании, изменение его высоты. К блоку приводов отнесены и датчики линейных и угловых перемещений.

Перед проведением исследований на томографе с помощью специального монитора укладки находят очаг γ-излучения, соответствующий предполагаемой области обследования. Это позволяет уменьшить вероятность ошибок и промахов. На экран монитора укладки также выводится некоторая служебная информация (координаты детектора, ложа и др.). Для управления комплексом, как правило, достаточно ПЭВМ среднего класса с совмещенным сопроцессором, который выполняет вычислительные функции. Координатные и энергетический сигналы могут поступать в ЭВМ в аналоговой или цифровой форме. В первом случае интерфейс ЭВМ будет более сложным: он содержит три АЦП, во втором – требуется высокое быстродействие канала связи.

На рис.6 показаны общий вид (а) и некоторые узлы (б, в) эмиссионного томографа. Детекторная головка 1 (вместе с коллиматором) закреплена на коромысле 2, на противоположном конце которого находится противовес 3, и может вращаться относительно коромысла. Коромысло закреплено на кольцевом штативе 4 и может подниматься и опускаться. Для этого служит раздвижной шток 5 (актуатор) с установленным на нем электродвигателем. Кроме того, коромысло вместе с детектором может вращаться в кольцевом штативе в режиме томографирования. В отсеке 6 находятся блок обработки и управления информацией, а также электронная система управления приводами и сами приводы некоторых узлов.

Пациент располагается на специальном столе 7 (стол пациента) с подвижным ложем. Для продольного сканирования тела могут использоваться два варианта перемещения. В одном из них томограф движется по рельсам вдоль неподвижного стола, а во втором – томограф неподвижен, а перемещается ложе стола. В современных ЭКТ применяется второй вариант сканирования. Монитор укладки 8 размещается в верхней части томографа. На томографе имеется пульт местного управления, с помощью которого по монитору укладки производят выбор начального места обследования.

На рис.6, б, в показаны узлы привода углового перемещения детекторной головки и коромысла. В статическом режиме и режиме сканирования детекторная головка с высокой точностью должна устанавливаться параллельно горизонтальной плоскости. Эта установка производится посредством шагового двигателя через многоступенчатый редуктор и соответствующего датчика углового положения (ДУП). Круговое вращение осуществляется с помощью системы вложенных колец – подвижного и неподвижного. К подвижному кольцу крепится правый шарнир актуатора Высота подъема, а при томографировании – орбитальный радиус R, вычисляется по формуле R = L×sinα , где L – расстояние между осями вращения коромысла и детектора. Угол α измеряется соответствующим датчиком углового положения.

Массы отдельных узлов томографа достаточно внушительны. Так, круглая детекторная головка (с коллиматором) диаметром 39 см весит около 500 кг, а прямоугольная – еще больше. Тем не менее, для привода используются маломощные двигатели (не более 100 Вт), так как все подвижные части хорошо сбалансированы, а перемещения происходят очень медленно. Число фирм, выпускающих устройства для радионуклидной интроскопии, в том числе и однодетекторные гамма-камеры, сравнительно невелико (6 – 7). К ним относится и фирма "Монокристалл – Оризон". В табл.4 приведены важнейшие параметры однодетекторных ЭКТ ведущих фирм. Как видно из таблицы, все они применяют прямоугольные детекторы. Фирма "Монокристалл – Оризон" также переходит на выпуск томографов типа ОФЭКТ с прямоугольным детектором с наибольшим полем зрения. Кроме того, он имеет самую высокую скорость счета при 20% потерь и наименьшую стоимость. Наилучшее разрешение (и его равномерность) имеет ЭКТ фирмы "Toshiba". Все ведущие фирмы продольное сканирование осуществляют перемещением ложа стола пациента.

Таблица 4. Сравнительные характеристики однодетекторных ЭКТ.

Параметры	"Siemens" DIACAM	"General Electric" STARCAM XR	"Toshiba" GCA-901SA	"Монокристалл-Оризон" ГКС-301Т	"Монокристалл-Оризон" ОФЭКТ
Эффективное поле зрения, см	53,3´38,7	50,8´36,8	50,8´38,1	39	54,0´41,0
Количество ФЭУ	59	91	107	75	59
Простанственное разрешение (центр-край), мм	4,5/4.7	3.8	3,6	4/4,7	4,/4.5
Скорость счета (максимальная/c 20% потерь), тыс. имп/с	290/120	300/150	230/-	200/120	300/200
Стоимость, тыс. долл.	400	400	400	150	200