Методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа «Эфатом»

Рассматривается методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа. Описаны процедуры калибровки детектирующей системы и алгоритмы определения координат сцинтилляционных событий. Приведены основные результаты технических испытаний гамма-томографа «ЭФАТОМ», в детектирующей системе...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
1. Verfasser:	Арлычев, М.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2012
Schriftenreihe:	Вопросы атомной науки и техники
Schlagworte:	Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108747
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа «Эфатом» / М.А. Арлычев // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 199-203. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108747
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1087472025-02-09T20:20:37Z Методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа «Эфатом» The methodology of obtaining scintigrams in detection system of the gamma tomograph “Еfatom” Методика отримання сцинтиграмм у детектуючій системі гамма-томографа «Ефатом» Арлычев, М.А. Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений Рассматривается методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа. Описаны процедуры калибровки детектирующей системы и алгоритмы определения координат сцинтилляционных событий. Приведены основные результаты технических испытаний гамма-томографа «ЭФАТОМ», в детектирующей системе которого применялась рассмотренная методика. Описаны некоторые особенности реализации режимов сбора. Methodology of obtaining scintigrams in detection system of the gamma tomograph is considered. Calibration procedure of detection system and algorithms to determine the coordinates of scintillation events is described. Basic results of technical tests of gamma tomograph "EFATOM" in which a detection system used technique is considered. We describe some features of the implementation of collection modes. Розглядається методика отримання сцинтиграмм у детектуючій системі гамма-томографа. Описано процедури калібрування детектуючої системи та алгоритми визначення координат сцинтиляційних подій. Наведено основні результати технічних випробувань гамма-томографа «ЕФАТОМ», у детектуючій системі якого застосовувалася розглянута методика. Описано деякі особливості реалізації режимів збору. Благодарю коллектив отделения радиоизотопной диагностики клинической больницы №83 во главе с О.Ф. Тузиковой за проявленное терпение, доброжелательность и огромную помощь в работе. 2012 Article Методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа «Эфатом» / М.А. Арлычев // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 199-203. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108747 620.179 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений
spellingShingle	Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений Арлычев, М.А. Методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа «Эфатом» Вопросы атомной науки и техники
description	Рассматривается методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа. Описаны процедуры калибровки детектирующей системы и алгоритмы определения координат сцинтилляционных событий. Приведены основные результаты технических испытаний гамма-томографа «ЭФАТОМ», в детектирующей системе которого применялась рассмотренная методика. Описаны некоторые особенности реализации режимов сбора.
format	Article
author	Арлычев, М.А.
author_facet	Арлычев, М.А.
author_sort	Арлычев, М.А.
title	Методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа «Эфатом»
title_short	Методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа «Эфатом»
title_full	Методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа «Эфатом»
title_fullStr	Методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа «Эфатом»
title_full_unstemmed	Методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа «Эфатом»
title_sort	методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа «эфатом»
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108747
citation_txt	Методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа «Эфатом» / М.А. Арлычев // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 199-203. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT arlyčevma metodikapolučeniâscintigrammvdetektiruûŝeisistemegammatomografaéfatom AT arlyčevma themethodologyofobtainingscintigramsindetectionsystemofthegammatomographefatom AT arlyčevma metodikaotrimannâscintigrammudetektuûčíisistemígammatomografaefatom
first_indexed	2025-11-30T10:35:31Z
last_indexed	2025-11-30T10:35:31Z
_version_	1850211233858322432
fulltext	ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 199 УДК 620.179 МЕТОДИКА ПОЛУЧЕНИЯ СЦИНТИГРАММ В ДЕТЕКТИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЕ ГАММА-ТОМОГРАФА «ЭФАТОМ» М.А. Арлычев ФГУП НИИЭФА им. Д.В. Ефремова, Санкт-Петербург, Россия E-mail: mike-ar@mail.ru Рассматривается методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа. Описа- ны процедуры калибровки детектирующей системы и алгоритмы определения координат сцинтилляцион- ных событий. Приведены основные результаты технических испытаний гамма-томографа «ЭФАТОМ», в детектирующей системе которого применялась рассмотренная методика. Описаны некоторые особенности реализации режимов сбора. 1. КАЛИБРОВКА ДЕТЕКТИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ 1.1. НАСТРОЙКА ОТКЛИКА ФЭУ Предварительный этап калибровки детектирую- щих головок гамма-томографа включает в себя на- стройку пика полного фотопоглощения в опреде- ленное положение, которое отвечает максимальной чувствительности фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Для проведения этого этапа радионуклид Co-57 или Tс-99, находящийся в свинцовом колли- маторе, последовательно устанавливается в геомет- рические центры ФЭУ с помощью шагового пере- мещающего устройства. В каждом положении наби- рается несколько спектров с разными значениями высокого напряжения на входе соответствующего ФЭУ и методом деления пополам вычисляется зна- чение высокого напряжения, соответствующее тре- буемому положению пика полного фотопоглоще- ния, которое определяется минимизацией функцио- нала вида ( )( )∑ −⋅−⋅−= i xxC i ieCxFCCxf 2 1210 2 02)(),,( , (1) где 0x − положение пика, 21,CC − константы, i − точки в окрестности пика 2σ. На Рис.1 показан энер- гетический спектр, зарегистрированный от радио- нуклида Co-57 над геометрическим центром ФЭУ и распределение, найденное методом минимизации функционала (1). Рис.1. Энергетический спектр радионуклида Co-57 1.2. КАЛИБРОВКА ДЕТЕКТИРУЮЩИХ ГОЛОВОК Калибровка заключается в прохождении колли- мированного точечного источника по координатной сетке, перекрывающей всю площадь кристалла, и определении отклика всех ФЭУ в каждой точке со- ответственно. Шаг сетки, как показали проведенный расчет и экспериментальные результаты, должен быть не более 4 мм. По результирующему массиву откликов ФЭУ рассчитываются таблицы перехода от энжеровских координат к реальным координатам. Расчет этих таблиц проводится с помощью миними- зации функционала вида ( ) ( )22 ),(),(),( yxYYyxXXyxf ЭЭЭЭ −+−= , (2) где yx, − реальные координаты, ЭЭ YX , − табличные значения энжеровских координат, ),(),,( yxYyxX ЭЭ − 2D-сплайны зависимостей энжеровских координат от реальных координат. Достаточная точность дос- тигается при шаге по энжеровским координатам, равном 0,08 мм. Также по откликам ФЭУ рассчиты- вается таблица пересчета суммарного отклика от всех ФЭУ в определенной точке к фактической энергии радионуклида, используемого в процессе калибровки [1]. 2. АЛГОРИТМЫ ПОЛУЧЕНИЯ СЦИНТИГРАММ Существующие алгоритмы вычисления коорди- нат можно разбить на две группы: метод Энжера и его модификации, метод максимального правдопо- добия и его модификации. Эти методы могут ис- пользовать как сигналы со всех ФЭУ в блоке детек- тирования, так и с некоторого кластера. Кластером ФЭУ обычно называют некоторую группу ФЭУ с фиксированным числом ФЭУ в ней [1]. 2.1. ЭНЖЕРОВСКИЙ АЛГОРИТМ С КОРРЕКЦИЕЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ Для определения координат по классическому методу Энжера используются сигналы со всех ФЭУ и вычисление производится по формуле взвешенно- го среднего. Координаты центров ФЭУ суммируют- ся с весами, пропорциональными амплитудам сиг- налов ФЭУ по формулам: ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 200 ∑ ∑ ∑ ∑ = = = = ⋅ = ⋅ = N i i N i ici N i i N i ici U UY Y U UX X 1 1 1 1 , , (3) где YX , – оценка координаты события, cici YX , – координаты центров ФЭУ, ),( yxUU ii = – АПХ со- ответствующего ФЭУ, N – общее число ФЭУ. Ре- альная АПХ нелинейная, поэтому вычисленные ко- ординаты имеют нелинейные искажения. Проведе- ние коррекции нелинейности можно выполнить с помощью таблиц, рассчитанных на этапе калибров- ки. Основной недостаток классического энжеров- ского алгоритма − это ухудшение собственного про- странственного разрешения с увеличением количе- ства ФЭУ детектирующей головки. Это связано с "шумом" ФЭУ, находящихся далеко от точки, в ко- торой произошло сцинтилляционное событие, в ре- зультате чего точка на картинке размывается и ухудшается пространственное разрешение. Также классический алгоритм не позволяет регистрировать события за границами области центров крайних ФЭУ. 2.2. КЛАСТЕРНЫЙ ЭНЖЕРОВСКИЙ АЛГОРИТМ Основное отличие кластерных алгоритмов от классического заключается в разбиении области формирования изображения на группы отдельных ФЭУ. В определении координат, в которых про- изошло сцинтилляционное событие, участвуют не все ФЭУ, а только находящиеся в непосредственной близости от него. Это позволяет повысить собствен- ное пространственное разрешение за счёт сведения к минимуму уровня шумов. В то же время кластер- ные алгоритмы позволяют регистрировать одновре- менные события и избавляться от эффекта повыше- ния яркости на границах. Но с уменьшением разме- ра кластера, увеличивается нелинейность изображе- ния и, как показали расчетные и экспериментальные данные, оптимальный размер кластеров для цен- тральной области кристалла − 14 ФЭУ. Координаты центров ФЭУ, входящих в кластер, суммируются с весами, пропорциональными амплитудам сигналов с соответствующих ФЭУ: ∑ ∑ ∑ ∑ = = = = ⋅ = ⋅ = c c c c N i i N i ici N i i N i ici U UY Y U UX X 1 1 1 1 , , (4) где YX , – оценка координаты события, cici YX , – координаты центров ФЭУ, iU − амплитуды сигналов ФЭУ, cN – число ФЭУ в кластере. 2.3. КОРРЕКЦИЯ НЕОДНОРОДНОСТИ ПОЛУЧАЕМОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Одной из проблем при получении изображений в однофотонной эмиссионной компьютерной томо- графии является неоднородность получаемых изо- бражений. Для решения этой задачи при реализации программного обеспечения применялся следующий подход. Формировалось нескорректированное изо- бражение с большим количеством событий при на- хождении точечного источника на расстоянии 3-х метров от детектирующей головки без коллиматора. Далее вычислялась таблица весов сцинтилляцион- ных событий для соответствующих координат де- тектирующей головки. В процессе сбора при реги- страции сцинтилляционного события с определен- ными координатами этому событию сопоставляется заранее вычисленный вес, и в итоговое изображение добавляется соответствующий вес, а не единица, как в классическом алгоритме. Применяемый подход позволяет формировать скорректированное изобра- жение в режиме реального времени, а не умножени- ем на коррекционную матрицу после окончания сбора кадра. 3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ Технические испытания и дальнейшая обработка данных проводились в соответствии с Nema Stan- darts Publication NU 1-2001 “Performance Measure- ments of Scintillation Cameras” [2]. 3.1. СОБСТВЕННОЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАЗРЕШЕНИЕ Перед началом измерений проводилась настрой- ка на фотопик и установка 15 % энергетического окна. Сбор данных осуществлялся в матрицу с раз- мерами 1093×812, что соответствовало квадратному пикселю со стороной 0,5 мм. Результирующие изо- бражения представлены на Рис.2. Для определения собственного пространственного разрешения по оси X матрица, представленная на Рис.2, суммировалась по 60 пикселям в направлении Y. Рис.2. Сцинтиграмма при щелевом коллиматоре вдоль оси Y Последовательно на каждом уровне по оси Y оп- ределялись положения всех пиков функции рассея- ния, показанной на Рис.3. При этом для нахождения точного положения максимумов использовалась параболическая интерполяция по трем точкам, ле- жащим в окрестности пиков. Точки, соответствую- щие половине максимального накопления, находи- лись методом линейной интерполяции по двум бли- жайшим к этому значению накопления точкам. ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 201 Рис.3. Исходное распределение пиков функции рассеяния 3.2. СОБСТВЕННОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ РАЗРЕШЕНИЕ Блок детектирования без коллиматора устанав- ливался в нижнем положении с горизонтальной ориентацией плоскости детектирования. Точечные источники Tc-99m и Co-57 в свинцовом контейнере последовательно устанавливались над центром бло- ка детектирования на расстоянии 2,5 м. Скорость счета в каждом случае не превышала 20000 импуль- сов в секунду. Для каждого источника проводилось накопление энергетического спектра. Результаты накопления спектров представлены на Рис.4, 5. Рис.4. Энергетический спектр для Tc-99m, разрешение 8,3 % В каждом случае для нахождения положения пи- ка энергетического спектра и величины энергетиче- ского разрешения использовалась аппроксимация гауссовой функцией. Рис.5. Энергетический спектр для Co-57, разрешение 8,6 % 3.3. СОБСТВЕННАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ Блок детектирования без коллиматора устанав- ливался в нижнем положении с горизонтальной ориентацией плоскости детектирования. Точечный источник Co-57 в свинцовом контейнере устанавли- вался над центром блока детектирования на рас- стоянии 2,5 м. Скорость счета в каждом случае не превышала 20000 импульсов в секунду. Перед нача- лом измерений проводилась настройка на фотопик и установка 15 % энергетического окна. Сбор данных осуществлялся в матрицу с размерами 344×256, что соответствовало квадратному пикселю со стороной 1,58 мм. Результирующее изображение представле- но на Рис.6. Для определения собственной однород- ности матрица, представленная на Рис.6, суммиро- валась по 4 пикселям в направлении X и Y. Полу- ченная таким образом матрица соответствовала сбору в матрицу с квадратными пикселями разме- ром 6,32×6,32 мм. Все пиксели изображения, нако- пление в которых меньше 75 % от среднего значе- ния накопления в центральной области изображе- ния, обнулялись. Затем все пиксели, имеющие, по крайней мере, один соседний элемент с нулевым значением накопления, также обнулялись и прово- дилось сглаживание изображения с помощью девя- титочечного фильтра. Рис.6. Сцинтиграмма, полученная при равномерной засветке Основные результаты технических испытаний [3] приведены в таблице Параметр Значение Собственное пространственное разрешение, мм 3,4 Системное пространственное разрешение, мм 6,5 Собственная неоднородность, % 1,8 Абсолютная нелинейность, мм 0,31 Дифференциальная нелинейность, мм 0,15 4. ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ РЕЖИМОВ СБОРА 4.1. РЕЖИМЫ С КАРДИОСИНХРОНИЗАЦИЕЙ В качестве кардиоанализатора использовался прибор «Альтон ЭК12К-01». Выносной блок кар- диоанализатора обладает малыми габаритами и ве- сом, что позволяет легко размещать его в непосред- ственной близости от пациента. Конструктивно он выполнен в виде кабеля отведений с удлиненным общим кабелем. Питание и снимаемые сигналы пе- редаются по этому кабелю. Подключаемый к ком- пьютеру контроллер выполнен в корпусе стандартно- го компьютерного разъема. На Рис.7 показана схема ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 202 подключений. Как видно из рисунка, сигнал по про- токолу RS-232 передается непосредственно в компь- ютеры детектирующих головок и компьютер сбора данных. Связь кардиоанализатора с компьютерами детектирующих головок однонаправленная, в то время, как связь кардиоанализатора с центральным компьютером сбора и обработки данных двунаправ- ленная. Однонаправленная связь с компьютерами детектирующих головок обусловлена необходимо- стью установки точных временных меток к данным сцинтилляционных событий. Двунаправленная связь с центральным компьютером сбора позволяет про- граммно управлять работой кардиоанализатора и непосредственно получать кардиограмму с времен- ными метками, которые соответствуют временным меткам сцинтилляционных событий. Рис.7. Схема подключений кардиоанализатора с компьютерами гамма-томографа Рис.8. Схема разбиения кардиоцикла на равные интервалы времени и формирования сцинтиграмм в соответствующих временных интервалах Как видно из Рис.8 в результате автоматического разбиения RR-цикла на равные интервалы и вре- менной привязки сцинтилляционных событий к кардиограмме, есть возможность сформировать от- дельные сцинтиграммы для каждого временного интервала в RR-цикле за длительный промежуток времени, что позволяет получить необходимое каче- ство изображения. Все сцинтилляционные события, поступающие на центральный компьютер сбора, буферизируются, и после того как найдено положе- ние нового R-зубца, добавляются в соответствую- щие сцинтиграммы, если длительность RR- интервала попадает в определенное пользователем окно. Полученные таким образом сцинтиграммы затем обрабатываются в программном комплексе «Диагностика» [4, 5]. 4.2. РЕЖИМ СКАНИРОВАНИЯ “ВСЕ ТЕЛО” Для сканирования скелета с помощью томогра- фа, детектирующие головки размещают в положе- ниях 0° и 180°, а пациент лежит на спине, ногами по направлению к гантри. Во время исследования па- циент и стол перемещаются таким образом, что ска- нирование идет с ног до головы. Передняя и задняя проекции создаются одновременно. Координаты точки сцинтилляционного события на формируемом изображении вычисляются по формулам: ДГКАДР xx = , (5) ДГКАДР ypositiontablecurrenty += __ , (6) где ДГДГ yx , − координаты сцинтилляционного собы- тия в детектирующей головке, positiontablecurrent __ − текущее положение стола с пациентом. В момент, когда стол с пациентом дос- тигает своего крайнего положения, он останавлива- ется для того, чтобы добрать необходимую стати- стику сцинтилляционных событий в начале и конце формируемых изображений. Так как скорость пере- мещения стола во время сбора была постоянна, то положение крайней линии, в которую идёт сбор дан- ных, можно определить по формуле ( )ttwidthy проходаДГ −⋅= , (7) где ДГwidth − ширина детектирующей головки, проходаt − время прохода стола с пациентом вдоль всей детектирующей головки, t − время простоя стола с пациентом. Рис.9. Сцинтиграммы, полученные в режиме сканирования “Всё тело” ЗАКЛЮЧЕНИЕ Гамма-томограф «ЭФАТОМ» с программным комплексом «Диагностика» [4] в период эксплуата- ции в клинической больнице №83 г. Москвы пока- зал себя как надежный и удобный в использовании аппарат. На настоящий момент на нём проведено более 5000 диагностических функциональных ра- диоизотопных исследований в таких областях как: ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 203 онкология, кардиология, неврология, гематология, гепатология и др. В заключение хочется поблагодарить коллектив отделения радиоизотопной диагностики клиниче- ской больницы №83 во главе с О.Ф. Тузиковой за проявленное терпение, доброжелательность и ог- ромную помощь в работе. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. M.N. Wernick, J.N. Aarsvold, editors. Emission tomography: the fundamentals of SPECT and PET. San Diego (CA): Elsevier; 2004. 2. Nema Standarts Publication NU 1-2001 “Perform- ance Measurements of Scintillation Cameras”. http://www.nema.org/stds/nu1.cfm 3. М.А. Арлычев, Е.Д. Котина и др. Двухдетектор- ный однофотонный эмиссионный гамма- томограф «ЭФАТОМ» // Журнал технической физики. 2009, т.79, в.10, c.138-146. 4. Е.Д. Котина. Программный комплекс «Диагно- стика» для обработки радионуклидных исследо- ваний // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 10: При- кладная математика, информатика, процессы управления. 2010, в.2, c.100-113. 5. Е.Д. Котина. Обработка данных радионуклидных исследований // Настоящий журнал, с.195-198. Статья поступила в редакцию 23.09.2011 г. THE METHODOLOGY OF OBTAINING SCINTIGRAMS IN DETECTION SYSTEM OF THE GAMMA TOMOGRAPH “EFATOM” M.A. Arlychev Methodology of obtaining scintigrams in detection system of the gamma tomograph is considered. Calibration procedure of detection system and algorithms to determine the coordinates of scintillation events is described. Basic results of technical tests of gamma tomograph "EFATOM" in which a detection system used technique is consid- ered. We describe some features of the implementation of collection modes. МЕТОДИКА ОТРИМАННЯ СЦИНТИГРАММ У ДЕТЕКТУЮЧІЙ СИСТЕМІ ГАММА-ТОМОГРАФА «ЕФАТОМ» М.А. Арличев Розглядається методика отримання сцинтиграмм у детектуючій системі гамма-томографа. Описано про- цедури калібрування детектуючої системи та алгоритми визначення координат сцинтиляційних подій. Наве- дено основні результати технічних випробувань гамма-томографа «ЕФАТОМ», у детектуючій системі якого застосовувалася розглянута методика. Описано деякі особливості реалізації режимів збору.

Методика получения сцинтиграмм в детектирующей системе гамма-томографа «Эфатом»

Institution

Ähnliche Einträge