Аппаратура для радионуклидной диагностики

В настоящее время радионуклидные методы диагностики in vivo используются во всех отраслях медицины. Создан ряд приборов, обеспечивающий проведение подавляющего большинства клинических методик радионуклидной диагностики. Эти приборы можно условно разделить по своему функциональному назначению на две группы: 1) применяемая для визуализации картины распределения радиоактивных индикаторов в организме: гамма-камеры, сканеры, гамма-томографы; 2) используемая для исследования динамических процессов накопления, выведения и перемещения радиоактивных индикаторов в организме.

Гамма-камера представляет собой основной радиодиагностический прибор, позволяющий визуализировать распределение радиоактивного индикатора в организме пациента. Полученное статическое изображение позволяет судить о размерах, местонахождении, границах, характере патологии и проводить раннюю диагностику заболевании внутренних органов и систем человека на стадии нарушения обмена веществ.

Отличительная особенность гамма-камеры – одновременная регистрация гамма-квантов над всей поверхностью исследуемой области, что резко сокращает время обследования. Это определяет ведущую роль гамма-камеры как наиболее производительного и универсального прибора радиоизотопной диагностики.

Значительное расширение диагностических возможностей гамма-камер и повышение производительности при диагностических исследованиях достигается применением специализированных вычислительных систем на базе мини- и микроЭВМ. Вычислительные системы позволяют повысить достоверность диагностической информации, сократить время обработки, представить диагностическую информацию в форме, наиболее удобной для анализа.

Радиодиагностический комплекс, включающий в себя гамма-камеру и систему обработки информации, универсален. Он позволяет проводить исследование практически всех внутренних органов и систем человека и создавать новые медицинские методики с применением радионуклидов. Однако гамма-камера является достаточно дорогостоящим прибором. Поэтому для оснащения радиоизотопных лабораторий и для обеспечения специализированных методик применяются приборы 2-й группы, существенно более простые и дешевые, чем гамма-камеры. Эти приборы также могут работать вместе с системой обработки информации.

Сцинтилляционная гамма-камера ГКС-2 имеет классическую конфигурацию и содержит блок детектирования, имеющий радиационную защиту и подвижно установленный на управляемом электромеханическом штативе, двухканальный контрольно-измерительный пульт, микропроцессорную систему коррекции искажений, систему фоторегистрации изображений с осциллоскопического дисплея, цифровой дисплей-монитор и 6 сменных коллиматоров на тележках (рис. 94).

Рис. 94. Сцинтилляционная гамма-камера ГКС-2.

Гамма-камера ГКС-2 отличается от первой отечественной модели ГКС-1 прежде всего повышенным пространственным разрешением, быстродействием и однородностью изображения. Чтобы обеспечить требуемые характеристики, коренным образом изменена конструкция блока детектирования и применены новые схемные решения основных электронных узлов. Блок детектирования содержит один кристалл и 37 фотоумножителей типа ФЭУ-110, нелинейные предусилители с S-образной характеристикой, автоматически перестраиваемой при изменении энергии гамма-излучения в диапазоне 50–510 кэВ.
Требуемое быстродействие обеспечивается формированием сигналов квазигауссовой формы укороченной длительности на выходах блока детектирования, применением системы восстановления базового уровня, включением дерандомизатора на входе селектора-формирователя и малым мертвым временем последнего.

Высокая однородность изображения, гарантирующая достоверность диагностической информации, достигнута за счет введения в состав контрольно-измерительного пульта системы микропроцессорной коррекции искажений изображения (СМПК), работающей в реальном времени. Программное обеспечение СМПК позволяет корректировать положение окна амплитудного анализатора в зависимости от положения точки взаимодействия гамма-кванта на поверхности кристалла и смещать изображение  этих точек на дисплее для коррекции нелинейности изображения. Возможности встроенной микропроцессорной системы позволили реализовать ряд дополнительных режимов работы:

• режим персистенции на основных осциллоскопических дисплеях контрольно-измерительного пульта;
• двухизотопный режим с возможностью сложения и вычитания изображений, полученных на различных изотопах;
• режим динамического мультиформатирования с максимальным количеством кадров – 36 и регулируемым временем набора одного кадра; изотопный анатомический маркер.

Технические характеристики ГКС-2:

1. Диаметр полезной площади детектора,  250 мм.
2. Неравномерность собственной чувствительности в течение 0,5 мес без подстройки, %    6.
3. Собственное пространственное разрешение по бар-фантому с радионуклидом 87Со., мм    3,5.
4. Энергетическое разрешение с радионуклидом 57Со, %    14,0.
5. Энергетический диапазон, кэВ    50–510.
6. Максимальная регистрируемая скорость счета, 1/с    160-10*3.

Гамма-камера ГКС-2 серийно выпускалась с 1983 г. В ближайшие годы предполагается ее замена на новую модель с диаметром полезной площади детектора 400 мм.

Вычислительная система САОРИ-01 предназначена для автоматизации процессов сбора, переработки и отображения радио- диагностической информации, поступающей с гамма-камер и многоканальных радиодиагностических приборов (МРП) (рис. 95).

Рис. 95. Вычислительная система анализа и обработки радиоизотопной информации САОРИ-01.

В состав системы САОРИ-01 входят измерительно-вычислительный комплекс (ИВК-Гамма); дисплейный процессор с устройством цветного изображения; поляроидный фоторегистратор для съемки с экрана дисплея; комплект базового программного обеспечения (БПО) для обработки информации, поступающей с гамма-камеры и МРП.

ИВК-Гамма состоит из базового комплекта управляющего вычислительного комплекса УВК СМ 1403; интерфейсной стойки для связи комплекса с гамма-камерой или с МРП.

Накопление информации с гамма-камеры может осуществляться в статическом или динамическом режимах по способу «Список» или «Кадр», при этом любой способ позволяет накапливать информацию синхронно по 2 каналам.

Отображение информации осуществляется на экране дисплея с любыми 16 уровнями из 64 возможных; максимальный размер матрицы изображения 128Х128 элементов.

БПО функционирует под управлением операционной системы реального времени РАФОС и выгодно отличается от зарубежных аналогов выбором областей интереса с регулируемым шагом.

С клавиатуры терминала; возможностью работы с МРП; расширенными возможностями обработки динамических кривых.

БПО позволяет выполнять следующие функции:

• алгебраические операции над изображениями и кривыми (сложение, вычитание, умножение и деление);
• представление изображений в виде изоконтурных линий с регулируемым нижним и верхним порогом и шагом;
• сглаживание, интерполяцию, представление изображений в изометрическом виде, вращение и сдвиг изображений;
• выбор прямоугольных и произвольных областей «интереса» (до 12 одновременно) для определения общего и среднего количества импульсов, площади по каждой из областей, а также для формирования динамических кривых;
• одновременное представление на дисплее 8 изображений, просмотр изображений в режиме кинофильма;
• редактирование цветовой таблицы, получение черно-белого изображения, получение увеличенного изображения;
• получение вертикальных и горизонтальных срезов на изображении, сдвиг срезов, вывод числовых значений срезов на терминал и алфавитно-цифровое печатающее устройство;
• коррекцию изображения с учетом неравномерности работы гамма-камеры; запоминание изображений и динамических кривых в областях сохранения (до 64 областей), вывод на дисплей содержимого областей сохранения;
• визуализацию динамических показателей или отдельных участков в зависимости от времени, от числа кадров на одном или на разных графиках;
• сглаживание, логарифмирование, аппроксимацию динамических кривых или их отдельных участков экспоненциальной, линейной или полиномиальной функциями;
• вывод динамических показателей в виде графиков на алфавитно-цифровое печатающее устройство.

Технические характеристики САОРИ-01:

1. Способ сбора информации    «Список», «Кадр».
2. Размеры матрицы изображения, элементов    128X128.
3. Количество цветовых (яркостных) уровней, шт.    64.
4. Количество одновременно представляемых изображений, шт.    8.
5. Скорость сбора информации, с-1, при работе с гамма-камерой - 100*103, при работе с МРП - 10-103.
6. Количество каналов для работы с МРП, шт.    20.

Система САОРИ-О производится серийно с 1983 г.

Передвижная гамма-камера (ПГК). Рост сердечно-сосудистых заболеваний, а также широкое внедрение медицинских методик для радиокардиологических исследований явились предпосылкой для разработки отечественной передвижной гамма-камеры, предназначенной для обследования нетранспортабельных тяжелобольных. Большинство мобильных гамма-камер по своим метрологическим характеристикам, таким как пространственное и энергетическое разрешение, однородность по полю зрения, нелинейность изображения, максимальная скорость счета, – сходны со стационарными гамма-камерами. Исключение составляет диапазон энергий гамма-излучения применяемых радионуклидов, верхний предел которого, как правило, ограничен значением 220 кэВ, и меньший диаметр поля зрения. Это вызвано необходимостью максимального снижения веса и габаритных размеров ПГК.

В СССР разработан экспериментальный образец передвижной гамма-камеры, в состав которой входят: блок детектирования; стойка с электронными блоками, блоками питания и телевизионным дисплеем, закрепленная на электротранспортной системе, на которой также устанавливается вращающийся штатив для крепления и перемещения блока детектирования.

В динамическом режиме используется метод когерентного накопления с синхронизацией по R-зубцу кардиосигнала. Результат накопления может быть просмотрен по кадрам, в том числе с применением методов улучшения статического изображения. Имеется режим просмотра изображения в динамике. После выделения зоны интереса можно вычислить и вывести на дисплей графики изменения накопления радионуклида внутри зоны.

Системное программное обеспечение включает системный монитор, драйверы внешних устройств и АЦК, драйверы операторного управления маркерами. Системный монитор дает возможность ввода дополнительных программ пользователя.

В экспериментальном образце ПГК основной объем программного обеспечения хранится на магнитной ленте и загружается с магнитофона перед началом работы; в постоянном ЗУ хранится только управляющая программа, монитор и системные драйверы.

Отличительной особенностью разрабатываемой ПГК является наличие модема – устройства, обеспечивающего цифровую передачу информации с гамма-камеры на ЭВМ по телефонному каналу связи.

В передающем устройстве модема производится аналого- цифровое преобразование координатных сигналов ГК, преобразование пуассоновского потока событий в периодическую последовательность, кодирование информации и согласование с телефонной линией. В зависимости от характеристик телефонного канала выбирается скорость передачи данных. Предусмотрена передача матриц изображения 64X64, 128x128 и 256X256. Приемное устройство модема осуществляет декодирование информации и ее ввод в ЭВМ в цифровой или аналоговой форме.

Электротранспортная система экспериментального образца ПГК представляет собой тележку-платформу с рукояткой управления движением, две кассеты по 5 никель-кадмиевых герметичных аккумуляторов для питания электродвигателя, платы для размещения системы автоматической подзарядки аккумуляторов и пульт индикации состояния аккумуляторной батареи.

Гамматиреоратиометр ГТРМ-01-ц предназначен для определения процентного отношения активности радионуклидов, содержащихся в щитовидной железе, относительно активности радионуклидов в источнике, помещенном в фантом щитовидной железы.

Технические характеристики ГТРМ-01-ц:

1. Суммарная погрешность относительного измерения активности радионуклидов ± (1 + 0.2А), где А – измеряемый процент.
2. Диапазон относительного измерения активности радионуклида в процентах– от 1 до 100.
3. Частота автоматического вычитания фона – до 1000 имп/с.
4. Нестабильность показаний прибора за 8 ч непрерывной работы не приводит к увеличению погрешности за пределы ±(1+0,2А), где А –измеряемый процент.
5. Время установления рабочего режима – 5 мин.
6. Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением (220±22) В, частотой (50 ±0,5) Гц.
7. Мощность, потребляемая прибором, не более 80 В А.
8. Габаритные размеры: штатива 900x560X1500 мм, устройства регистрации УИ-37 290X252X400 мм, блока детектирования БДИГ-11 – 65x300 мм.
9. Масса прибора, не более: штатива 100 кг, устройства регистрации 16 кг, блока детектирования БДИГ-11 – 2 кг.

Осуществляется вывод информации на цифропечатающее устройства/ УВЦ2-95.

Радиоизотопный хроноскоп РИХ-ЗМ предназначен для определения временных зависимостей потока ионизирующего излучения (по измерению числа статистически распределенных импульсов от блоков детектирования) радиоизотопов, испускающих гамма-излучение и введенных человеку для диагностики заболеваний на основе типовых методик радиологических лабораторий Минздрава СССР. Хроноскоп применяется для оперативной постановки диагноза в условиях как обычных и радиоизотопных лабораторий, так и в хирургических и реанимационных отделениях.

Число блоков детектирования 25X25    3
Диапазон регистрируемых энергий, кэВ    25–500
Нестабильность за 8 часов работы, %    3

Прибор обеспечивает автоматическое задание режимов исследований с двумя экспозициями, запись и обработку информации с выдачей результатов в виде численных значений для следующих методик: ренографии, гепатографии, радиокардиографии, радиоциркулографии, определения периферического кровотока (рис. 96).

Рис. 96. Радиоизотопный хроноскоп РИХ-ЗМ.

Форма представления данных – дисплей, цифропечать.

Радиоизотопный корпограф РИК-01 предназначен для получения изображения органов и всего тела пациента путем регистрации распределения концентрации радиоактивного изотопа в теле пациента. Корпограф применяется для диагностики онкологических и функциональных заболеваний.

Технические характеристики РИК-01:

1. Два детектора корпографа позволяют получить за одно измерение 2 проекции.
2. Каждая проекция имеет поле сканирования, мм – 500X2000.
3. Пространственное разрешение, мм – 10.
4. Однородность изображения    – ah 10%.
5. Время сканирования, мин    – от 10 до 100.
6. Отображение сцинтиграмм – на цветном дисплее.

Содержит систему обработки сцинтиграмм на основе ЭВМ «Электроны (И)», архив на флоппи-дисках имеет режим профильного сканера, позволяет работать с двумя изотопами, диапазон регистрируемых энергий, кэВ – 25-500.