Пристрій збору даних гамма-камери

Реферат: Пристрій збору даних гамма-камери містить сукупність ідентичних каналів, кожен з яких складається з послідовно з'єднаних підсилювача і аналого-цифрового перетворювача, а також блока обробки даних, причому в кожен канал пристрою додатково введено тригер подій і схему скидання, а як підсилювач використаний скидний зарядочутливий підсилювач, другим входом підключений до виходу схеми скидання, вихід скидного зарядочутливого підсилювача також підключений до входу тригера подій, вихід останнього підключений до входу схеми скидання і до другого входу аналого-цифрового перетворювача. UA 100203 U (54) ПРИСТРІЙ ЗБОРУ ДАНИХ ГАММА-КАМЕРИ UA 100203 U UA 100203 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Дана корисна модель належить до галузі медичної техніки і може бути використана для визначення координат сцинтиляційних спалахів і їх енергії в однофотонних емісійних комп'ютерних томографах. Гамма-камера містить сцинтиляційний детектор на основі лужно-галоїдного сцинтиляційного кристала, на якому в оптичному контакті розташовані кілька десятків фотоприймачів (як правило, фотоелектронних помножувачів (ФЕУ)). Вона також містить пристрій збору даних, блок обробки даних і формування зображення (як правило, ці дві функції поєднує в собі комп'ютер) і пристрої переміщення детектора і пацієнта. За сигналами з ФЕУ пристроєм збору даних визначаються координати спалахів для формування зображення. Відомо пристрій збору даних гамма камери [пат. США № 6057551, G01T1 / 164], що містить резистивну матрицю, блок розрахунку позиції сцинтиляції, а також блок виміру енергії кванта. Резистивна матриця підключена входами до ФЕУ, а її виходи підключені до блоків розрахунку позиції і виміру енергії, виходи останніх підключені до блока обробки даних. Блок розрахунку позиції має 4 канали, ідентичних один одному і блоку вимірювання енергії. Кожен канал включає в себе послідовно з'єднані АЦП, цифровий фільтр і інтегратор. Однак при великому завантаженні детектора, наприклад при великій кількості радіофармпрепарату, зосередженому в певній області тіла пацієнта, інтегратори можуть не встигати релаксувати. Це призводить до насичення операційного підсилювача інтегратора і, як наслідок, до тимчасової непрацездатності всього тракту. Крім того, якщо в кристалі сталися дві сцинтиляції, які перекриваються в часі, але розташовані в різних частинах кристала (не перекриваються в просторі), то система збору не дозволяє визначити координати цих спалахів. Відомо пристрій збору даних [пат. США № 5847395, G01D 18/00], що містить сукупність ідентичних каналів, кожен з яких складається з сумуючого підсилювача, цифро-аналогового перетворювача (ЦАП) установки базової лінії, швидкого аналого-цифрового перетворювача (АЦП), а також інтегруючого і коректуючого ланцюга. ФЕУ підключені до підсумовуючого підсилювача, другий вхід якого підключений до ЦАП установки базової лінії. Вихід підсумовуючого підсилювача підключений до швидкого АЦП. Вихід АЦП з'єднаний з інтегруючим та коректуючим ланцюгом, виходи останніх підключені до блока обробки даних. При цьому підсилення сигналу з виходу ФЕУ відбувається в підсумовуючому підсилювачі без інтегрування, для отримання якомога більшої смуги частот. Сигнал з підсилювача оцифровується швидким АЦП (з частотою дискретизації від 25 до декількох сотень МГц). Підтримання базової лінії в оцифрованому вигляді забезпечується ЦАП. Далі цифровий код обробляється в інтегруючому і коректуючому ланцюгу для визначення заряду, знятого з анода ФЕУ. Положення спалаху і енергія визначаються вже в цифровому вигляді в блоці обробки даних. Оскільки сигнал з кожного ФЕУ повинен оцифровуватися окремо, система збору повинна включати в себе кілька десятків швидких АЦП. Обробку цифрового коду АЦП в даний час важко реалізувати на існуючих процесорах, що вимагає застосування спеціальних цифрових сигнальних процесорів або програмованої логіки. Внаслідок зазначених недоліків, система збору з безпосереднім оцифруванням виходить досить дорогою. Перевага такої системи в тому, що вона при великих завантаженнях не втрачає працездатність і дозволяє реєструвати сцинтиляції які накладаються в часі. Також шуми ФЕУ, які не беруть участь у виділенні координат кожного конкретного спалаху, не вносять в такому пристрої вклад в результуючий сигнал. В основу цієї корисної моделі поставлена задача розробки менш дорогого пристрою збору даних гамма-камери, який забезпечує простоту реалізації, зниження споживаної потужності при збереженні працездатності при великих завантаженнях і можливості реєстрації сцинтиляцій, які накладаються в часі. Як прототип нами вибраний останній з аналогів. Вирішення завдання забезпечується тим, що в пристрої збору даних гамма-камери, що містить сукупність ідентичних каналів, кожен з яких складається з послідовно з'єднаних підсилювача і аналого-цифрового перетворювача, а також блока обробки даних, згідно з корисною моделлю, в кожен канал пристрою додатково введений тригер подій і схема скидання, а як підсилювач використаний зарядочутливий підсилювач, другим входом підключений до виходу схеми скидання, вихід скидного зарядочутливого підсилювача також підключений до входу тригера подій, вихід останнього підключений до входу схеми скидання і до другого входу аналого-цифрового перетворювача. Використання скидного зарядочутливого підсилювача (ЗЧПУ) з введеним в кожен канал пристрою тригера подій, підключеного до схеми скидання і АЦП, дозволяє обчислювати 1 UA 100203 U 5 10 15 20 25 30 35 зібраний на аноді ФЕУ заряд, не використовуючи швидкий АЦП і наступні фільтруючі і інтегруючі ланцюги, а також здійснювати одне аналогово-цифрове перетворення на імпульс на відміну від прототипу, в якому по приходу імпульсу необхідно здійснити 25 і більше аналоговоцифрових перетворень і потім обробити отримані коди. Робота пристрою при великих завантаженнях забезпечується скиданням ЗЧПУ відразу після закінчення сцинтиляційного імпульсу, а одночасна реєстрація декількох сцинтиляцій, що накладаються в часі - роздільною обробкою сигналів з кожного ФЕУ. На кресленні приведена структурна схема одного каналу пропонованого пристрою збору даних. Зазначений пристрій містить послідовно з'єднані ЗЧПУ 1, АЦП 2 і блок 3 обробки даних, а також тригер 4 подій і схема 5 скидання, ЗЧПУ 1 другим входом підключений до виходу схеми 5 скидання, вихід ЗЧПУ 1 також підключений до входу тригера 4 подій, вихід останнього підключений до входу схеми 5 скидання і до другого входу АЦП 2. Перший вхід кожного ЗЧПУ 1 підключений до відповідного ФЕУ 6. Пристрій збору працює наступним чином: по приходу на вхід ЗЧПУ 1 імпульсу з анода ФЕУ 6, на його виході відбувається стрибок напруги. Постійна часу ЗЧПУ 1 вибрана досить великою (більше 1 мс), що необхідно для зменшення похибок, пов'язаних з флуктуаціями проміжку часу між приходом імпульсу і стробом АЦП 2. Стрибок напруги на виході ЗЧПУ 1 детектується тригером 4 подій. Тригер 4 подій містить диференціатор і дискримінатори нижнього і верхнього рівнів для відсікання шумових подій і накладень (на фіг. не наведено). Тригер 4 подій запускає процес оцифровування АЦП 2 і подає сигнал на схему 3 скидання. Вона через час порядку 0,5-1,0 мкс скидає ЗЧПУ 1. Це дозволяє мінімізувати мертвий час пристрою. Оцифрований код з АЦП 2 надходить на вхід блока 5 обробки. Частота дискретизації АЦП 2 при цьому не перевищує 1 МГц, що дозволяє використовувати для обробки мікроконтролери масового виробництва. Таким чином, в заявленому пристрої значно спрощується цифрова частина (не вимагається інтегруючого і коректуючого ланцюгів). Крім того, зменшується споживання потужності завдяки тому, що оцифровування здійснюється тільки по приходу імпульсу, а кількість оцифровувань на один імпульс зменшується в 25 і більше разів. Це важливо для малогабаритних гамма-камер, в яких може виявитися суттєвою проблема відводу тепла. Завдяки цьому забезпечено спрощення і здешевлення пристрою, а також забезпечено працездатність при великих завантаженнях і можливість реєстрації сцинтиляцій, що накладаються в часі. Представлена система збору була реалізована в експериментальній гамма-камері виробництва ІСМА НАН України і показала свою ефективність в бюджетних однофотонних емісійних томографах. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Пристрій збору даних гамма-камери, що містить сукупність ідентичних каналів, кожен з яких складається з послідовно з'єднаних підсилювача і аналого-цифрового перетворювача, а також блока обробки даних, який відрізняється тим, що в кожен канал пристрою додатково введено тригер подій і схему скидання, а як підсилювач використаний скидний зарядочутливий підсилювач, другим входом підключений до виходу схеми скидання, вихід скидного зарядочутливого підсилювача також підключений до входу тригера подій, вихід останнього підключений до входу схеми скидання і до другого входу аналого-цифрового перетворювача. 2 UA 100203 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3