Принцип работы гамма-камеры Ангера

В сцинтилляционной камере Ангера используется широкий, но тонкий (примерно 6—10 мм) кристалл Nal (Tl) круглой формы диаметром 250—400 мм или прямоугольной формы с линейными размерами примерно 400×500 мм. Кристалл находится в оптическом контакте со световодом и системой ФЭУ (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Поперечный разрез блока детектирования гамма-камеры Ангера:

1 — исследуемый объект; 2 — коллиматор; 3 — сцинтиллятор; 4 — выходное окно сцинтиллятора; 5 — световод; 6 — фотоэлектронные умножители; 7 — цепи передачи импульсов; 8 — светозащитный кожух [2].

Типовая гамма-камера обычно включает следующие компоненты: детектор, коллиматор, система (сборка) фотоумножителей, предусилитель, усилитель, цепь Х-, У-позиционирования, электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) или другое устройство для визуализации и регистрации как, например, жидкокристаллический дисплей (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Схематическая электронная диаграмма гамма-камеры.

Стандартная геометрия измерения излучения, выходящего из пациента, показана на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Типовая геометрия измерения распределения РФП в пациенте.

Выходные импульсы от каждого ФЭУ взвешиваются резистером (или фиксированной емкостью в ранних конструкциях) в соответствии с его позицией сборке. Далее для определения X- и У-координаты взаимодействия фотона в кристалле рассчитывается нормализованная сумма всех позиционно-взвешенных сигналов. Расчет проводится следующим образом:

где Xj, — координаты i-фотоумножителя с выходным сигналом Pj; Z — поглощенная в кристалле энергия фотона, определенная суммированием невзвешенных выходных сигналов от всех фотоумножителей. Величина Z служит также нормализационным фактором.

Схема определения взвешивающего фактора для камеры Ангера с семью ФЭУ и принцип определения X и У позиционных импульсов, возникающих при взаимодействии у-квантов в кристалле, иллюстрируется на рис. 3.5. Все выходы ФЭУ связываются через емкости с четырьмя выходными проводниками, создавая четыре зависящих от направления сигнала: Х⁺, Х~, У⁺, У^- (рис. 3.5). Величина емкости прямо пропорциональна локализации конкретного ФЭУ относительно узлов формирования этих четырех сигналов.

Рис. 3.5. Электронная схема получения взвешивающего фактора для гамма-камеры с семью ФЭУ. Локализация точки взаимодействия у-кванта достигается суммированием взвешенных выходных сигналов от ФЭУ по четырем направлениям. Позиционные сигналы, представляющие Xи Y-координаты точки взаимодействия, подаются на отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Z-сигнал производит открытие входа, если амплитуда импульса находится в заданном окне (адаптировано из [4]).

Предположим, что у-квант провзаимодействовал в позиции (*) около ФЭУ № 6. Наибольшее количество света в этом случае получит фотокатод ФЭУ № 6, количество же света упавших на фотокатоды других ФЭУ будет обратно пропорционально их расстоянию от точки взаимодействия. Из четырех зависящих от направления сигналов Х~будет больше чем Х⁺и 7⁺будет больше чем 7^_, так как взаимодействие произошло в левом квадранте. Привязку сигнала кХ-, 7-координатам можно провести по следующим формулам:

где к — константа; k/Z — коэффициент усиления.

Схема на рис. 3.5 показывает также процесс отображения на экране ЭЛТ (или ином дисплее) точек взаимодействия фотонов в кристалле. Позиционные X и 7 сигналы поступают на вертикальную и горизонтальную отклоняющие пластины ЭЛТ. Одновременно Z сигнал анализируется амплитудным анализатором, и, если его амплитуда находится в пределах заданного окна, то электронный пучок ЭЛТ отпирается. В результате пучок ударяет в точку, определяемую координатами X и 7 Сигналы открытия входа регистрируются счетчиком для подсчета полного количества импульсов в изображении.

Большинство современных камер имеет несколько окон в амплитудном анализаторе и возможность получать отображение распределения на дисплее для каждого окна. Это позволяет анализировать распределения нескольких р/н. В современных гамма-камерах применяется, кроме того, оцифровывание сигналов, компьютерная обработка изображений и другие усовершенствования. Фотография исследования пациента на одной из современных камер показана на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Исследование пациента на современной гамма-камера с двумя.

детекторами.