DE102010042517A1

DE102010042517A1 - Verbessertes SPECT-Verfahren

Info

Publication number: DE102010042517A1
Application number: DE201010042517
Authority: DE
Inventors: Oliver Heid
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2012-04-19
Also published as: WO2012049004A2; WO2012049004A3

Abstract

Die Erfindung betrifft das unter der Bezeichnung ”SPECT” bekannte Bildgebungsverfahren. Die für eine SPECT-Untersuchung benötigten Radioisotope müssen heutzutage zentral in wenigen, weltweit zentralisierten Instituten hergestellt werden. Aufgrund der Transportdauer vom Herstellort zum Ort der SPECT-Untersuchung muss das ausgewählte Isotop eine vergleichsweise langsame Zerfallsrate aufweisen, damit es zum Zeitpunkt der SPECT-Untersuchung noch eine ausreichende Aktivität aufweist. Erfindungsgemäß wird die Verwendung eines ONIAC-Teilchenbeschleunigers zur Herstellung der Radioisotope vorgeschlagen, da dieser Beschleuniger prinzipbedingt eine sehr geringe Baugröße aufweist. Es ist somit möglich, den Beschleuniger vor Ort des SPECT-Scanners, d. h. bspw. im selben Gebäude, zu installieren und Radioisotope vor Ort herzustellen, so dass diese aufgrund der nunmehr unwesentlichen Transportdauer eine hohe Zerfallsrate aufweisen können. Dementsprechend kann die Bildqualität der SPECT-Untersuchung wesentlich verbessert werden.

Description

Die Erfindung betrifft das unter der Bezeichnung ”SPECT” (Single Photon Emission Computed Tomography” bzw. Einzelphotonen-Emissions-Tomographie) bekannte Bildgebungsverfahren.
Bei SPECT kommen zur Bildgebung Radionuklide in Form kurzlebiger Radioisotope wie bspw. Tc99m zum Einsatz, die Einzelphotonen emittieren. Die Radioisotope werden hergestellt, indem ein bestimmtes Target mit einem Teilchenstrahl aus einem Teilchenbeschleuniger bestrahlt wird. Aufgrund der Größe der benötigten Beschleuniger können die Isotope jedoch nur in wenigen, weltweit zentralisierten Instituten in Kernreaktoren durch Neutronenbeschuss hergestellt werden, wodurch ein ggf. langer Transport der radioaktiven Substanzen zum Verbraucher bzw. zum SPECT-Untersuchungsort notwendig wird. Dies hat u. a. den Nachteil, dass das ausgewählte Isotop eine vergleichsweise langsame Zerfallsrate bzw. große Halbwertszeit aufweisen muss, damit es zum Zeitpunkt der SPECT-Untersuchung noch eine ausreichende Aktivität aufweist. Bspw. liegt die Halbwertszeit von Tc99m bei 6 h, die Halbwertszeit eines alternativen geeigneten Radioisotops I123 beträgt sogar 13,3 h.
Diese langen Halbwertszeiten und die damit verbunden geringen Zerfallsraten haben zur Folge, dass in der kurzen SPECT-Messdauer, die typischerweise in der Größenordnung einiger Minuten liegt, nur wenige Zerfälle detektiert werden können. Da der dem Radioisotop ausgesetzte Patient dessen Strahlung bis zum vollständigen Zerfall bzw. bis zur biologischen Ausscheidung ausgesetzt ist, kann die bildwirksame Strahlung aus strahlenhygienischen Gründen nicht durch eine entsprechend hohe verabreichte Menge des Radioisotops angehoben werden.
Die derzeit angewendete SPECT-Bildgebung leidet daher unter entsprechend geringer Bildqualität insbesondere hinsichtlich des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses und Bildauflösung.
Ein weiteres Problem ergibt sich dadurch, dass zur Gewinnung der Radionuklide für die SPECT-Bildgebung in Kernreaktoren oftmals hochangereichertes Uran eingesetzt wird, beispielsweise um Mo99/Tc99m zu erhalten. Aufgrund internationaler Abkommen wird es jedoch in Zukunft zunehmend schwieriger werden, Reaktoren mit hochangereichertem Uran zu betreiben, was zu einem Engpass bei der Lieferung von Radionukliden für die SPECT-Bildgebung führen kann. Auch bei einem Ausfall einer oder mehrerer der wenigen zur Herstellung der Radionuklide fähigen zentralen Einrichtungen ist mit erheblichen Engpässen zu rechnen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Probleme der SPECT-Bildgebung zu lösen.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung baut auf der Verwendung eines kurzlebigen, Gamma-emittierenden Radioisotops bei der SPECT-Untersuchung auf, das eine Halbwertszeit in der Größenordnung der Bildmessdauer bzw. Bildaufnahmezeit besitzt. Hierdurch wird gewährleistet, dass ein wesentlicher Teil der ausgesendeten Strahlung sinnvoll verwendet werden kann und gleichzeitig die Strahlenbelastung des Patienten auf ein Minimum reduziert ist.
Unter diesen Voraussetzungen ist es allerdings nicht mehr unbedingt möglich, die Isotope wie üblich zentralisiert herzustellen, da zwischen den Zeitpunkten der Herstellung und der SPECT-Untersuchung aufgrund der notwendigen Anlieferung ein zu großer Teil der Isotope wegen der kurzen Halbwertszeit bereits zerfallen sein würde.
Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei der SPECT-Untersuchung ein Radioisotop zu verwenden, das dezentral, insbesondere in der Umgebung der das SPECT-Verfahren ausführenden SPECT-Anlage, hergestellt wurde, und/oder das eine Halbwertszeit in der Größenordnung der Bildaufnahmezeit der SPECT-Untersuchung aufweist. Eine typische Messdauer einer SPECT-Untersuchung liegt in einer Größenordnung von etwa 30 Minuten, d. h. als ungefährer Richtwert kann bspw. von 1 Stunde ausgegangen werden.
Dabei soll der Begriff ”dezentral” beinhalten, dass sich die zur Erzeugung des Radioisotops benötigte Anlage, d. h. im Wesentlichen der Beschleuniger, bspw. im selben Gebäude befindet, wie der SPECT-Scanner, und dass gerade nicht wie bislang üblich auf eine zentrale Anlage zurückgegriffen wird, die mehrere verschiedene SPECT-Scanner unterschiedlicher Einrichtungen bzw. Kliniken mit den Radioisotopen versorgt.
Ebenso ist es natürlich denkbar, dass sich der Beschleuniger und der SPECT-Scanner in benachbarten Gebäuden befinden.
Ausschlaggebend ist letztlich die zum Transport des erzeugten Radioisotops vom Beschleuniger zur SPECT-Scanner benötigte Zeitdauer. Bspw. könnte als Maßstab gelten, dass diese Zeitdauer in der Größenordnung der Halbwertszeit des erzeugten Radioisotops liegen muss.
In einer extremen Interpretation kann der Begriff ”dezentral” in diesem Zusammenhang so ausgelegt werden, dass dem SPECT-Scanner bzw. ggf. den mehreren SPECT-Scannern einer Institution, wie bspw. im Fall einer Klinik, ein eigener Beschleuniger zugeordnet ist, mit dem SPECT-Radioisotope im Wesentlichen ausschließlich für eben diese SPECT-Scanner erzeugt werden. Der Beschleuniger kann dann bspw. auf dem Gelände der Institution bzw., wenn es sich um ein einzelnes Gebäude handelt, im selben Gebäude untergebracht sein, wie der SPECT-Scanner. Aufgrund der kurzen Zerfallszeiten werden die mit diesem Beschleuniger erzeugten Radioisotope nur an den SPECT-Scannern der Institution verwendet.
Es wird insbesondere ein Radioisotop verwendet, das mit einem Elektronen- oder Protonenbeschleuniger, insbesondere mit einem Gleichspannungsbeschleuniger, hergestellt wurde.
Vorteilhafterweise weist das verwendete Radioisotop eine Halbwertszeit im Sekunden- bis Minuten bzw. höchstens bis in den niedrigen Stundenbereich auf, insbesondere eine Halbwertszeit bis zu fünf Stunden, besonders vorteilhaft bis zu zwei Stunden.
Konkret kann als Radioisotop für die hier vorgeschlagene SPECT-Untersuchung zumidnest eines aus der folgenden Gruppe verwendet werden:
Se77m, Br79m, Kr83m, Sr87m, Y89m, Rh103m, Ag107m, Ag109m, Cd111m, In113m, Ba135m, Ba137m, Er167m, Hf177m, Hf179m, Hf180m, W183m, Os190m, Os192m, Au197m, Hg199m, Pb204m, Se79m, Br77m, Br82m, Kr79m, Kr81m, Kr85m, Rb84m, Rb86m, Sr83m, Sr85m, Y91m, Zr89m, Nb94m, Nb95m, Mo93m, Rh100m, Rh105m, Pd107m, In115m, I133m, Xe125m, Xe127m, Xe135m, Cs135m, Ba131m, Ba133m, Ce139m, eu154m, Tb158m, Yb169m, Ta182m, W185m.
Diese Isotope weisen Halbwertezeiten zwischen wenigen Sekunden und wenigen Stunden auf.
Als Detektor zur Detektion des Zerfalls des Radioisotops wird vorteilhafterweise ein Gas Electron Multiplier oder ein Multipixel-Halbleiterdetektor verwendet, um sicherzustellen, dass alle Zerfälle oder zumindest ein Großteil der Zerfälle detektiert wird.
Eine wesentliche Anforderung an den Beschleuniger ist eine kompakte, platzsparende Bauform. Da außerdem die erforderliche Menge des kurzlebigen Isotops schnell hergestellt werden muss, ist ein leistungsfähiger Teilchenbeschleuniger mit einer Endenergie im Bereich von 200 keV bis 20 MeV und Strahlströmen oberhalb von 100 μA notwendig. Die bisherigen technischen Lösungen, bspw. Zyklotrone oder Linearbeschleuniger, sind zu groß, zu komplex und nicht kosteneffektiv zu betreiben.
Es wird daher vorgeschlagen, einen sogenannten ONIAC-Gleichspannungsbeschleuniger zur Erzeugung der Radioisotope für die SPECT-Untersuchung zu verwenden, wie er in den folgenden deutschen Patentanmeldungen in unterschiedlichen Ausführungsformen detailliert beschrieben wird:

– DE 10 2010 008 991 (”Beschleuniger für geladene Teilchen”),
– DE 10 2010 008 992 (”Gleichspannungs-Hochspannungsquelle und Teilchenbeschleuniger”),
– DE 10 2010 008 993 (”Beschleuniger für geladene Teilchen”),
– DE 10 2010 008 995 (”Gleichspannungs-Hochspannungsquelle und Teilchenbeschleuniger”),
– DE 10 2010 008 996 (”Gleichspannungs-Hochspannungsquelle und Teilchenbeschleuniger”).

Alle in diesen fünf älteren Anmeldungen offenbarten Merkmale sollen zur Lehre der hier vorliegenden Erfindung gehören. Diese Dokumente werden daher durch Verweisung in die Offenbarung dieser Erfindung einbezogen. Die wesentlichsten Punkte sind jedoch in die vorliegende Erfindung übernommen worden.
Es wird insbesondere auf die in den in Bezug genommenen Anmeldungen enthaltenen ”näheren Ausführungen zu Komponenten der Hochspannungsquelle bzw. zu dem Teilchenbeschleuniger” hingewiesen, in denen die theoretischen Hintergründe der Hochspannungs-Gleichspannungsquelle und des entsprechenden Beschleunigers erläutert werden.
Dem im Folgenden beschriebenen ONIAC-Beschleuniger liegt die Idee zu Grunde, eine möglichst effiziente, d. h. platzsparende Konfiguration der Hochspannungsquelle zu ermöglichen und dabei gleichzeitig eine Elektrodenanordnung bereitzustellen, die es ermöglicht, eine einfache Ladbarkeit bei günstiger Feldstärkeverteilung in der Hochspannungsquelle zu ermöglichen.
Dementsprechend wird erfindungsgemäß die Verwendung eines Beschleunigers zur Beschleunigung von geladenen Teilchen zur Herstellung eines Radioisotops für eine SPECT-Untersuchung vorgeschlagen, wobei der Beschleuniger ein Gleichspannungsbeschleuniger mit einer Gleichspannungs-Hochspannungsquelle zur Bereitstellung der Gleichspannung ist. Die Gleichspannungs-Hochspannungsquelle umfasst zumindest:

– einen Kondensatorstapel mit einer ersten Elektrode, welche auf ein erstes Potential bringbar ist, mit einer zweiten Elektrode, die zur ersten Elektrode konzentrisch angeordnet ist und auf ein zweites, vom ersten Potential unterschiedliches Potential bringbar ist, und mit zumindest einer Zwischenelektrode, die konzentrisch zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, und die auf ein Zwischenpotential bringbar ist, das sich zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential befindet, sowie
– eine Schaltvorrichtung zum Laden des Kondensatorstapels, mit der die Elektroden des Kondensatorstapels verbunden sind und welche derart ausgebildet ist, dass bei Betrieb der Schaltvorrichtung die konzentrisch zueinander angeordneten Elektroden des Kondensatorstapels auf anwachsende Potentialstufen bringbar sind.

Dabei weist der Beschleuniger zumindest einen ersten Beschleunigungskanal auf, der gebildet wird durch erste Öffnungen in den Elektroden des Kondensatorstapels, sodass entlang des ersten Beschleunigungskanals geladene Teilchen beschleunigbar sind.
Die so beschleunigten Teilchen, insbesondere Protonen oder Elektronen, werden zur Erzeugung des Radioisotops auf ein entsprechendes Target gestrahlt.
Die konzentrische Anordnung der Elektroden ermöglicht insgesamt eine kompakte, platzsparende Bauweise. Die Hochspannungselektrode kann dabei die bei der konzentrischen Anordnung zentral liegende Elektrode sein, während die äußere Elektrode z. B. eine Masseelektrode sein kann. Zwischen der ersten und zweiten Elektrode wird ein beschleunigendes Potential ausgebildet.
Der Kondensatorstapel und die Schaltvorrichtung stellen also eine Gleichspannungs-Hochspannungsquelle dar, da die zentrale Elektrode auf ein hohes Potential gebracht werden kann. Die durch die Hochspannungsquelle bereitgestellte Potentialdifferenz erlaubt es, die Vorrichtung als Beschleuniger zu betreiben. Die elektrische Potentialenergie wird in kinetische Energie der Partikel umgewandelt, indem das hohe Potential zwischen Teilchenquelle und Ziel angelegt wird.
Es sind vorteilhafterweise mehrere konzentrisch zueinander angeordnete Zwischenelektroden vorgesehen, die konzentrisch zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet sind, und die auf eine Abfolge von anwachsenden Potentialstufen bringbar sind, die sich zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential befinden. Die Schaltvorrichtung, mit der die Elektroden des Kondensatorstapels verbunden sind, ist derart ausgebildet, dass bei Betrieb der Schaltvorrichtung die konzentrisch zueinander angeordneten Elektroden des Kondensatorstapels auf die anwachsenden Potentialstufen bringbar sind.
Zur günstigen Ausnutzung des Volumens zwischen der inneren und der äußeren Elektrode sind also eine oder mehrere konzentrische Zwischenelektroden auf sukzessive anwachsende Potentialstufen gebracht. Die Potentialstufen können derart gewählt werden, dass sich im Inneren des gesamten Volumens eine weitgehend gleichmäßige Feldstärke ergibt.
Die eingebrachte/n Zwischenelektrode/n erhöhen zudem die Durchschlagsfeldstärkegrenze, sodass höhere Gleichspannungen erzeugt werden können als ohne Zwischenelektroden. Dies beruht darauf, dass die Durchbruchsfeldstärke in Vakuum in etwa umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Elektrodenabstände ist. Die eingeführte/n Zwischenelektrode/n, mit denen das elektrische Feld im Inneren der Gleichspannungs-Hochspannungsquelle gleichmäßiger wird, tragen gleichzeitig zu einer vorteilhaften Erhöhung der möglichen, erreichbaren Feldstärke bei.
Der gegenseitige Abstand der Elektroden des Kondensatorstapels kann zur zentralen Elektrode hin abnehmen.
Der abnehmende Abstand der Elektroden zum Zentrum der Hochspannungsquelle hin kommt einer möglichst gleichmäßigen Feldstärkeverteilung zwischen der ersten und der zweiten Elektroden entgegen. Durch den geringer werdenden Abstand müssen die zentrumsnahen Elektroden nämlich eine geringere Potentialdifferenz aufweisen, um eine weitgehend konstante Feldstärkeverteilung um die Hochspannungselektrode zu erreichen. Geringere Potentialdifferenzen sind jedoch über die Schaltvorrichtung, die die Elektroden miteinander verbindet, einfacher zu realisieren, wenn durch die Elektroden durch die Schaltvorrichtung geladen werden. Verluste, die beim Laden durch die Schaltvorrichtung auftreten können, da die Elemente der Schaltvorrichtung selbst verlustbehaftet sind, und die sich bei höheren Potentialstufen verstärkt auswirken, können durch den geringer werdenden Elektrodenabstand abgefangen werden.
Die Abstände von Elektrode zu Elektrode des Kondensatorstapels können insbesondere derart gewählt werden, dass sich zwischen benachbarten Elektroden eine im Wesentlichen gleichbleibende Feldstärke ausbildet. Dies kann z. B. bedeuten, dass sich die Feldstärke zwischen einem Elektrodenpaar um weniger als 30%, um weniger als 20%, insbesondere um weniger als 10% oder höchst insbesondere um weniger als 5% von der Feldstärke benachbarter Elektrodenpaare unterscheiden, insbesondere im entlasteten Fall. Daraus ergibt sich, dass auch die elektrische Durchschlagswahrscheinlichkeit innerhalb des Kondensatorstapels im Wesentlichen gleich bleibt. Wenn der entlastete Fall einen stabilen Betrieb mit minimierter Durchschlagswahrscheinlichkeit gewährleistet, ist im Regelfall auch im Betriebsfall der Gleichspannungs-Hochspannungskaskade, z. B. im Betrieb als Spannungsquelle für einen Teilchenbeschleuniger, der sichere Betrieb gewährleistet.
Die Schaltvorrichtung ist derart ausgebildet, dass die Elektroden des Kondensatorstapels von außen, insbesondere über die äußerste Elektrode, mithilfe einer Pumpwechselspannung ladbar sind und dadurch auf die anwachsenden Potentialstufen bringbar sind.
Dabei kann die Amplitude der Pump-Wechselspannung insbesondere bei einer Verwendung von Elektronenröhren in der Schaltvorrichtung vergleichsweise klein sein gegenüber der erreichbaren Hochspannung.
In einer vorteilhaften. Ausführungsform umfasst die Schaltvorrichtung eine Hochspannungskaskade, insbesondere eine Greinacher-Kaskade oder eine Cockcroft-Walton-Kaskade. Mit einer derartigen Vorrichtung kann mithilfe einer vergleichsweise geringen Wechselspannung die Elektroden des Kondensatorstapels, also die erste Elektrode, die zweite Elektrode sowie die Zwischenelektroden, zur Erzeugung der Gleichspannung geladen werden. Die Wechselspannung kann an der äußersten Elektrode anliegen.
Diese Ausführungsform beruht auf der Idee einer Hochspannungserzeugung, wie sie beispielsweise durch eine Greinacher-Gleichrichterkaskade ermöglicht wird. In einem Beschleuniger eingesetzt, dient die elektrische Potentialenergie dazu, kinetische Energie der Partikel umzuwandeln, indem das hohe Potential zwischen der Teilchenquelle und dem Ende der Beschleunigungsstrecke angelegt wird.
Die zentrale Idee, die dem hier beschriebenen Gleichspannungsbeschleuniger zu Grunde liegt, besteht darin, die konzentrischen nacheinander angeordneten Elektroden auf einer Äquatorebene zu trennen bzw. den Kondensatorstapel durch einen Spalt, der durch die Elektroden verläuft, in zwei voneinander getrennte Kondensatorketten aufzuteilen. Die beiden resultierenden Elektroden-Stapel stellen die Kaskaden-Kondensatoren dar.
Der Kondensatorstapel kann daher durch einen Spalt, der durch die Elektroden verläuft, in zwei voneinander getrennte Kondensatorketten aufgeteilt sein. Durch eine Trennung der konzentrischen Elektroden des Kondensatorstapels in zwei voneinander getrennte Kondensatorketten können die zwei Kondensatorketten in vorteilhafter Weise für die Ausbildung einer kaskadierten Schaltvorrichtung wie einer Greinacher- oder Cockcroft-Walton-Kaskade verwendet werden. Jede Kondensatorkette stellt dabei eine Anordnung ihrerseits konzentrisch zueinander angeordneten (Teil-)Elektroden dar.
Bei einer Ausbildung des Elektrodenstapels als Kugelschalenstapel kann die Trennung z. B. durch einen Schnitt entlang des Äquators erfolgen, der dann zu zwei Halbkugelstapel führt.
Die einzelnen Kondensatoren der Ketten können bei einer derartigen Schaltung jeweils auf die Spitze-Spitze-Spannung der primären Eingangswechselspannung, die zum Laden der Hochspannungsquelle dient, geladen werden, so dass bei konstanten Schalendicken oben genannte Potentialäquilibrierung, eine. gleichmäßige elektrische Feldverteilung und damit eine optimale Ausnutzung der Isolationsstrecke auf einfache Weise erreicht wird.
Im Fall des in zwei Halbschalen getrennten Kondensatorstapels umfasst die Schaltvorrichtung eine Hochspannungskaskade, welche die zwei voneinander getrennten Kondensatorketten miteinander verbindet und welche insbesondere in dem Spalt angeordnet ist. Die Eingangswechselspannung für die Hochspannungskaskade kann zwischen den beiden äußersten Elektroden der Kondensatorketten angelegt werden, da diese z. B. von außen zugänglich sein können. Die Diodenketten einer Gleichrichterschaltung lassen sich dann in dem äquatorialen Spalt – und dadurch auf Platz sparende Weise – anbringen.
Im Wesentlichen stellen die beiden Kondensatorketten die kapazitiven Ladungsimpedanzen eines Wellenleiters (engl.: ”transmission line”) für die Pump-Wechselspannung dar. Die Kapazität zwischen den beiden Kondensatorkettenstapeln wirkt wie eine Querimpedanz, außerdem wird der Wellenleiter durch das verteilte Abzapfen von Wechselstrom – und Verwandlung desselben in Lade- und Lastgleichstrom mittels der Dioden – zweifach bedämpft. Die Wechselspannungsamplitude nimmt daher gegen die Hochspannungselektrode hin ab – und damit die pro radialer Längeneinheit gewonnene Gleichspannung. Würde in diesem Fall ein konstanter Schalenabstand bzw. Elektrodenabstand benutzt, würden die Spannungen zwischen den inneren Elektroden und damit dort das E-Feld geringer und die Isolationsstrecken weniger effektiv genutzt. Durch den sich verringernden Elektrodenabstand kann dies verhindert werden. Indem der Elektrodenabstand zur Hochspannungselektrode hin abnimmt, können auch die inneren Elektroden einer konstant hohen elektrischen Feldstärke ausgesetzt sein. Dabei kann gleichzeitig die Spannungsfestigkeit der Dioden im Inneren verringert werden.
In einer speziellen Ausführungsform als sog. Tandembeschleuniger ist ein zweiter Beschleunigungskanal vorgesehen, der gebildet wird durch zweite Öffnungen in den Elektroden des Kondensatorstapels, sodass entlang des zweiten Beschleunigungskanals geladene Teilchen durch die Elektroden beschleunigbar sind. Weiterhin ist im Zentrum des Kondensatorstapels zwischen dem ersten und dem zweiten Beschleunigungskanal eine Ladungsumwandlungsvorrichtung vorgesehen.
Der konzentrische, in zwei Halbkugelstapel getrennte Elektrodenstapel ist in einer Ausführungsvariante durch zwei Reihen von Löchern durchbohrt, wodurch zwei Beschleunigungskanäle realisiert werden. Geladene Teilchen werden durch den ersten Beschleunigungskanal zur zentralen Elektrode hin beschleunigt und anschließend, nach Ladungsumwandlung in einer Ladungsumwandlungsvorrichtung, durch den zweiten Beschleunigungskanal wieder von der zentralen Elektrode weg weiter beschleunigt. Dadurch ist es möglich, eine Teilchenenergie im MV-Bereich bei kompakter Bauweise zu erreichen und einen kontinuierlichen Strahl bereitzustellen. Eine Quelle, die sich im Wesentlichen auf Erdpotential befinden kann, kann beispielsweise negativ geladene Teilchen bereitstellen, die als Ionenstrahl injiziert werden und durch den ersten Beschleunigungskanal zur zentralen Elektrode hin beschleunigt werden.
Die Ladungsumwandlungsvorrichtung kann ein Ladungsstripper sein, mit dem negativ geladene Ionen in positiv geladene Ionen umgewandelt werden können, z. B. bei Durchgang durch den Stripper. Es kann z. B. eine dünne Kunststofffolie eingesetzt. werden. Beim Durchtritt der Ionen können mindestens zwei Elektronen entrissen werden, die damit in positive Ionen umgeladen werden. Der entrissene Elektronenstrom stellt den Laststrom für die Hochspannungselektrode dar. Die positiv geladenen Ionen fallen nun durch den zweiten Kanal in Richtung eines z. B. geerdeten Targets außerhalb der Anordnung. Die Ionen sind damit effektiv durch das Doppelte des Potentials der Hochspannungselektrode beschleunigt worden.
Die Elektroden des Kondensatorstapels können derart geformt sein, dass sie auf einer Ellipsoid-Oberfläche, insbesondere einer Kugeloberfläche, oder auf einer insbesondere topfförmigen Zylinder-Oberfläche liegen.
Die geringe Induktivität der schalenartigen Potentialelektroden erlaubt die Anwendung hoher Betriebsfrequenzen, so dass die Spannungsabsenkung bei Stromentnahme trotz relativ geringer Kapazität der einzelnen Kondensatoren begrenzt bleibt.
Die zentrale Hochspannungselektrode kann in ein festes oder flüssiges Isoliermaterial eingebettet sein. Eine andere Möglichkeit ist es, die zentrale Hochspannungs-elektrode durch Hochvakuum zu isolieren.
Auch die Zwischenelektroden können zueinander jeweils durch Vakuum voneinander isoliert sein. Eine Verwendung von isolierenden Materialien hat den Nachteil, dass die Materialien bei Belastung durch ein elektrisches Gleichfeld zur Anschoppung von internen Ladungen – die insbesondere durch ionisierende Strahlung beim Betrieb des Beschleunigers hervorgerufen werden – neigen. Die angeschoppten, wandernden Ladungen rufen in allen physischen Isolatoren eine stark inhomogen elektrische Feldstärke hervor, die dann zur lokalen Überschreitung der Durchschlagsgrenze und damit Ausbildung von Funkenkanälen führt. Eine Isolation durch Hochvakuum vermeidet derartige Nachteile. Die im stabilen Betrieb ausnutzbare elektrische Feldstärke lässt sich dadurch vergrößern. Die Anordnung ist damit im Wesentlichen – bis auf wenige Komponenten wie z. B. die Aufhängung der Elektroden – frei von Isolatormaterialien.
Bei einem Beschleuniger hat die Verwendung von Vakuum zur Isolation der Elektroden zudem den. Vorteil, dass kein eigenes Strahlrohr vorgesehen werden muss, das seinerseits wenigstens teilweise eine Isolatoroberfläche aufweist. Auch hier wird vermieden, dass kritische Probleme der Wandentladung entlang der Isolatoroberflächen auftreten würden, da der Beschleunigungskanal nun keine Isolatoroberflächen aufweisen muss.
Wenn also eine derartige Gleichspannungs-Hochspannungsquelle in einem Beschleuniger zur Erzeugung eines Strahls von Teilchen wie Elektronen, Ionen, Elementarteilchen – oder generell geladenen Teilchen – eingesetzt wird, kann bei kompakter Bauweise eine Teilchenenergie im MV-Bereich erreicht werden. Somit steht ein Beschleuniger zur Verfügung, der am Ort bzw. in der ausreichend nahen Umgebung der SPECT-Anlage installiert werden kann und der verwendet werden kann, um die für eine SPECT-Untersuchung benötigten Radioisotope zu erzeugen.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein mit dem oben beschriebenen Beschleuniger hergestelltes Radioisotop bei einer SPECT-Untersuchung verwendet.
Eine erfindungsgemäße SPECT-Anlage zur Ausführung einer SPECT-Untersuchung weist einen SPECT-Scanner und einen Beschleuniger zur Beschleunigung von geladenen Teilchen zur Herstellung eines Radioisotops für eine SPECT-Untersuchung auf. Der Beschleuniger, der insbesondere wie oben und im Zusammenhang mit den Figuren beschrieben ausgebildet sein kann, ist in einem derart geringen Abstand von dem SPECT-Scanner installiert, dass die Transportdauer für den Transport eines mit dem Beschleuniger erzeugten Radioisotops für die SPECT-Untersuchung vom Beschleuniger zum die SPECT-Untersuchung ausführenden SPECT-Scanner in der Größenordnung der Halbwertszeit des erzeugten Radioisotops liegt.
Dies ist bspw. so zu verstehen, dass die Transportdauer bei einem Radioisotop mit einer Halbwertszeit von etwa 1 Minute im Minutenbereich liegen sollte, d. h. bspw. bis zu etwa 30 Minuten.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen. Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen.
Dabei zeigt:
1 ein Klinikgebäude mit einer SPECT-Anlage und einer Anlage zur Erzeugung eines Radioisotops für eine SPECT-Untersuchung,
2 eine schematische Darstellung einer Greinacherschaltung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist,
3 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch eine Gleichspannungs-Hochspannungsquelle mit einer Teilchenquelle im Zentrum,
4 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch eine Gleichspannungs-Hochspannungsquelle, die als Tandembeschleuniger ausgebildet ist,
5 eine schematische Darstellung des Elektrodenaufbaus mit einem Stapel zylinderförmig angeordneter Elektroden,
6 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch eine Gleichspannungs-Hochspannungsquelle nach 2 mit zum Zentrum hin abnehmenden Elektrodenabstand,
7 eine Darstellung der Dioden der Schaltvorrichtung, die als vakuumkolbenfreie Elektronenröhren ausgebildet sind.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung ein Klinikgebäude 100 mit mehreren Etagen. In einer der Etagen, hier im Erdgeschoss, ist ein SPECT-Scanner 110 zur Ausführung einer SPECT-Untersuchung installiert. Ein dem SPECT-Scanner 110 benachbarter Raum 120 dient zur Vorbereitung des zu untersuchenden Patienten. Dort wird dem Patienten bspw. das Radioisotop verabreicht. In einem Kellerraum 130 des Klinikgebäudes 100 befindet sich die Anlage 140 zur Erzeugung dieses Radioisotops, bspw. ein ONIAC mit dem entsprechenden Target. Wie leicht erkennbar ist, kann ein erzeugtes Radioisotop aufgrund der vor-Ort-Installation des Beschleunigers 140 ohne größeren Zeitaufwand, d. h. innerhalb weniger Minuten, in den Vorbereitungsraum 120 gebracht werden.
Die mit einem ONIAC 140 erzeugbaren Radioisotope weisen eine sehr große Zerfallsrate auf, d. h. eine große Zahl von Zerfällen in kurzer Zeit. Dementsprechend sollte zur Detektion des bei einem Zerfall eines Radioisotops abgestrahlten Photons ein Gamma-Detektor 111 des SPECT-Scanners 110 verwendet werden, der durch die nun erreichbaren, für SPECT-Untersuchungen ungewöhnlich hohen Zählraten nicht gesättigt wird. Die üblicherweise verwendeten Anger-Gammakameras können gegebenenfalls nicht eingesetzt werden, da der einzelne Szintillatorkristall nicht genügend schnell löscht. Alternativ können bspw. Gas Electron Multiplier (GEMs) oder Multipixel-Halbleiterdetektoren, bspw. basierend auf Cadmium-Tellurid, eingesetzt werden.
Zur SPECT-Untersuchung werden idealerweise kurzlebige Gammaemittierende Isotope verwendet, deren Halbwertszeit optimiert ist bezüglich einer möglichst hohen Zahl von Zerfällen während der eigentlichen SPECT-Messzeit bei gleichzeitig an die Transportdauer vom Beschleuniger 140 zum Vorbereitungsraum 120 angepasster Halbwertszeit. Letzteres ist so zu verstehen, dass die Zerfallsrate entsprechend der Transportdauer nicht zu hoch gewählt sein darf, um zu vermeiden, dass zum Zeitpunkt der Untersuchung bereits ein zu großer Teil der Zerfälle stattgefunden hat.
Als Radioisotope kommen Isotope infrage, die möglichst reine Gamma-Emitter mit Halbwertszeiten im Sekunden- bis Stundenbereich darstellen. Entweder sind dies angeregte Zustände von stabilen Isotopen, wie z. B. Se77m, Br79m, Kr83m, Sr87m, Y89m, Rh103m, Ag107m, Ag109m, Cd111m, In113m, Ba135m, Ba137m, Er167m, Hf177m, Hf179m, Hf180m, W183m, Os190m, Os192m, Au197m, Hg199m, Pb204m, oder die parallelen Zerfallsreaktionen sind wesentlich langsamer als der Gamma-Zerfall, so dass durch die biologische Ausscheidung der Substanz die effektive Patientendosis entsprechend gering bleiben kann, wie z. B. bei Se79m, Br77m, Br82m, Kr79m, Kr81m, Kr85m, Rb84m, Rb86m, Sr83m, Sr85m, Y91m, Zr89m, Nb94m, Nb95m, Mo93m, Rh100m, Rh105m, Pd107m, In115m, 1133m, Xe125m, Xe127m, Xe135m, Cs135m, Ba131m, Ba133m, Ce139m, Eu154m, Tb158m, Yb169m, Ta182m, W185m.
Im Folgenden wird anhand der 2 bis 7 der Beschleuniger bzw. der ONIAC zur Erzeugung des Radioisotops für die SPECT-Untersuchung näher beschrieben.
Am Schaltbild in der 2 soll das Prinzip einer Hochspannungskaskade 9, die gemäß einer Greinacherschaltung aufgebaut ist, verdeutlicht werden.
An einem Eingang 11 wird eine Wechselspannung U angelegt. Die erste Halbwelle lädt über die Diode 13 den Kondensator 15 auf die Spannung U auf. Bei der darauf folgenden Halbwelle der Wechselspannung addiert sich die Spannung U vom Kondensator 13 mit der Spannung U am Eingang 11, so dass der Kondensator 17 über die Diode 19 nun auf die Spannung 2U aufgeladen wird. Dieser Prozess wiederholt sich in den darauf folgenden Dioden und Kondensatoren, so dass in der in 2 abgebildeten Schaltung insgesamt am Ausgang 21 die Spannung 6U erzielt wird. Die 3 zeigt auch deutlich, wie durch die dargestellte Schaltung jeweils der erste Satz 23 von Kondensatoren eine erste Kondensatorkette und der zweite Satz 25 von Kondensatoren eine zweite Kondensatorkette bildet.
Anhand von 3 wird nun das Prinzip einer Gleichspannungs-Hochspannungsquelle erläutert, das dann auch bei dem in 4 gezeigten Tandembeschleuniger Anwendung findet. Eine weitere Ausführung wird anhand von 6 erläutert.
3 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Hochspannungsquelle 31 mit einer zentralen Elektrode 37, einer äußeren Elektrode 39 und einer Reihe von Zwischenelektroden 33, die durch eine Hochspannungskaskade 35, deren Prinzip in 2 erläutert wurde, verschaltet sind und durch diese Hochspannungskaskade 35 geladen werden können.
Die Elektroden 39, 37, 33 sind hohlkugelförmig ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet. Die maximale elektrische Feldstärke, die angelegt werden kann, ist proportional zur Kurvatur der Elektroden. Daher ist eine Kugelschalengeometrie besonders günstig. Alternativ können die Elektroden auch bspw. auf einer Zylinder-Oberfläche liegen. In diesem Fall können die Elektroden konkret bspw. topfförmig ausgebildet sein.
Im Zentrum liegt die Hochspannungselektrode 37, die äußerste Elektrode 39 kann eine Masseelektrode sein. Durch einen äquatorialen Schnitt 47 sind die Elektroden 37, 39, 33 in zwei voneinander, durch einen Spalt getrennte Halbkugelstapel geteilt. Der erste Halbkugelstapel bildet eine erste Kondensatorkette 41, der zweite Halbkugelstapel eine zweite Kondensatorkette 43.
Dabei werden an die äußersten Elektroden-Schalenhälften 39', 39'' jeweils die Spannung U einer Wechselspannungsquelle 45 angelegt. Die Dioden 49 zur Bildung der Schaltung sind im Bereich des Großkreises der Halbhohlkugeln angeordnet, d. h. im äquatorialen Schnitt 47 der jeweiligen Hohlkugeln. Die Dioden 49 bilden die Querverbindungen zwischen den beiden Kondensatorketten 41, 43, die den beiden Sätzen 23, 25 an Kondensatoren aus 2 entsprechen.
In der hier dargestellten Hochspannungsquelle 31 führt durch die zweite Kondensatorkette 43 ein Beschleunigungskanal 51, welcher von einer z. B. im Inneren liegenden Teilchenquelle 52 ausgeht und eine Extraktion des Teilchenstroms ermöglicht. Der Teilchenstrom geladener Teilchen erfährt von der hohlkugelförmigen Hochspannungselektrode 37 eine hohe Beschleunigungsspannung.
Die Hochspannungsquelle 31 bzw. der Teilchenbeschleuniger weisen den Vorteil auf, dass der Hochspannungsgenerator und der Teilchenbeschleuniger ineinander integriert sind, da dann alle Elektroden und Zwischenelektroden im kleinstmöglichen Volumen untergebracht werden können.
Um die Hochspannungselektrode 37 zu isolieren, ist die gesamte Elektrodenanordnung durch eine Vakuumisolation isoliert. Unter anderem können dadurch besonders hohe Spannungen der Hochspannungselektrode 37 erzeugt werden, was eine besonders hohe Teilchenenergie zur Folge hat. Es ist aber auch prinzipiell eine Isolierung der Hochspannungselektrode mittels fester oder flüssiger Isolation denkbar.
Die Verwendung von Vakuum als Isolator und die Verwendung eines Zwischenelektrodenabstandes in der Größenordnung von 1 cm ermöglichen es, elektrische Feldstärken von Werten von über 20 MV/m zu erreichen. Darüber hinaus hat die Verwendung von Vakuum den Vorteil, dass der Beschleuniger während des Betriebs nicht unterbelastet werden muss, da die bei der Beschleunigung auftretende Strahlung bei Isolatormaterialien zu Problemen führen kann. Dies erlaubt den Bau kleinerer und kompakterer Maschinen.
4 zeigt eine Weiterbildung der in 3 gezeigten Hochspannungsquelle zum Tandembeschleuniger 61. Die Schaltvorrichtung 35 aus 3 ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, ist aber bei der in 4 gezeigten Hochspannungsquelle identisch.
Anhand von 4 wird das Prinzip des Tandembeschleunigers erläutert. Eine Ausgestaltung gemäß 6 mit zum Zentrum hin abnehmenden Elektrodenabstand ist ebenfalls anwendbar. In 4 wird dies jedoch nicht dargestellt, da es für die Erklärung des Grundprinzips des Tandembeschleunigers 61 nicht notwendig ist.
In dem hier dargestellten Beispiel weist auch die erste Kondensatorkette 41 einen Beschleunigungskanal 53 auf, der durch die Elektroden 33, 37, 39 führt.
Im Inneren der zentralen Hochspannungselektrode 37 ist anstelle der Teilchenquelle eine Karbonfolie 55 zum Ladungsstripping angeordnet. Es können dann negativ geladene Ionen außerhalb der Hochspannungsquelle 61 erzeugt werden, entlang des Beschleunigungskanals 53 durch die erste Kondensatorkette 41 zu der zentralen Hochspannungselektrode 37 beschleunigt werden, bei Durchgang durch die Karbonfolie 55 in positiv geladene Ionen umgewandelt werden und anschließend durch den Beschleunigungskanal 51 der zweiten Kondensatorkette 43 weiter beschleunigt werden und wieder aus der Hochspannungsquelle 31 austreten.
Die äußerste Kugelschale 39 kann weitgehend geschlossen bleiben und so die Funktion eines geerdeten Gehäuses übernehmen. Die unmittelbar darunter liegende Halbkugelschale kann dann die Kapazität eines LC-Schwingkreises und Teil des Antriebsanschlusses der Schaltvorrichtung sein.
Ein derartiger Tandembeschleuniger verwendet negativ geladene Teilchen. Die negativ geladenen Teilchen werden durch die erste Beschleunigungsstrecke 53 von der äußeren Elektrode 39 zur zentralen Hochspannungselektrode 37 hin beschleunigt. Bei der zentralen Hochspannungselektrode 37 findet ein Ladungsumwandlungsprozess statt.
Dies kann beispielsweise durch eine Folie 55 geschehen, durch die die negativ geladenen Teilchen geleitet werden, und mit deren Hilfe ein sogenanntes Charge-Stripping durchgeführt wird. Die resultierenden positiv geladenen Teilchen werden durch die zweite Beschleunigungsstrecke 51 von der Hochspannungselektrode 37 wieder hinzu äußeren Elektrode 39 weiter beschleunigt. Die Ladungsumwandlung kann dabei auch derart geschehen, dass mehrfach positiv geladene Teilchen, wie zum Beispiel C⁴⁺ entstehen, die besonders stark durch die zweite Beschleunigungsstrecke 51 beschleunigt werden.
In einer Ausführungsform des Tandembeschleunigers kann bspw. vorgesehen sein, einen Protonenstrahl der Stärke 1 mA mit einer Energie von 20 MeV zu erzeugen. Hierzu wird ein kontinuierlicher Strom von Teilchen aus einer H -Partikelquelle in die erste Beschleunigungsstrecke 53 eingeleitet und auf die zentrale +10 MV-Elektrode in beschleunigt. Der Partikel treffen auf einen Karbon-Ladungsstripper, wodurch beide Elektronen von den Protonen entfernt werden. Der Laststrom der Greinacherkaskade ist daher zweimal so groß wie der Strom des Partikelstrahls.
Die Protonen gewinnen weitere 10 MeV Energie, während sie durch die zweite Beschleunigungsstrecke 53 aus dem Beschleuniger austreten.
Für eine derartige Beschleunigung kann der Beschleuniger eine 10 MV Hochspannungsquelle vorsehen, welche N = 50 Stufen aufweist, d. h. also insgesamt 100 Dioden und Kondensatoren. Bei einem inneren Radius von r = 0,05 m und einer Vakuumisolation mit einer Durchbruchfeldstärke von 20 MV/m beträgt der äußere Radius 0,55 m. In jeder Halbkugel finden 50 Zwischenräume mit einem Abstand von 1 cm zwischen benachbarten. Kugelschalen.
Der Beschleuniger ist demnach äußert kompakt und kann wie für die erfindungsgemäße SPECT-Untersuchung erforderlich am Ort der SPECT-Anlage installiert werden.
Eine geringere Anzahl von Stufen reduziert die Anzahl der Ladezyklen und die effektive interne Quellenimpedanz, erhöht jedoch die Anforderungen an die Pump-Ladespannung.
Die im äquatorialen Spalt angeordneten Dioden, die die beiden Hemisphären-Stapel miteinander verbinden, können z. B. in einem spiralartigen Muster angeordnet werden. Die totale Kapazität kann bspw. 74 pF betragen, die gespeicherte Energie bspw. 3.7 kJ. Ein Ladestrom von 2 mA benötigt eine Betriebsfrequenz von ungefähr 100 kHz.
5 illustriert eine Elektrodenform, bei dem hohlzylinderförmige Elektroden 33, 37, 39 konzentrisch zueinander angeordnet sind. Durch einen Spalt wird der Elektrodenstapel in zwei voneinander getrennte Kondensatorketten aufgeteilt, welche mit einer analog zu 3 aufgebauten Schaltvorrichtung verschaltet werden können.
Die jeweiligen Hohlzylinder sind an ihrer außen liegenden Stirnseite abgeschlossen (nicht dargestellt), d. h. die Hohlzylinder bzw. die jeweiligen Elektroden weisen eine Topfform auf.
Die zylindrische Elektrodenform kann auch auf einen Tandembeschleuniger wie in 4 gezeigt angewendet werden. Die Beschleunigungskanale 51, 53 werden dann durch zum Zentrum hin eingeführte Öffnungen in den Elektroden gebildet (hier nicht dargestellt).
Auch bei zylinderförmigen Elektroden können die Elektrodenabstände zur zentralen Achse hin abnehmen (nicht dargestellt), wie für die Kugelform anhand von 6 erläutert.
6 zeigt eine Weiterbildung des anhand von 3 erläuterten Prinzips der Hochspannungsquelle, bei der der Abstand der Elektroden 39, 37, 33 zum Zentrum hin abnimmt. Wie bereits erläutert lässt sich durch eine derartige Ausgestaltung die Abnahme der an der äußeren Elektrode 39 angelegten Pump-Wechselspannung zum Zentrum hin kompensieren, sodass dennoch zwischen benachbarten Elektrodenpaaren eine im Wesentlichen gleiche Feldstärke herrscht. Hierdurch lässt sich eine weitgehend konstante Feldstärke entlang des Beschleunigungskanals 51 erreichen.
Dieses Prinzip der abnehmende Elektrodenabstand kann auch auf Ausgestaltungen gemäß 4 und 5 angewendet werden.
7 zeigt eine Ausgestaltung der Dioden der Schaltvorrichtung. Die konzentrischen angeordneten, halbkugelschalartigen Elektroden 39, 37, 33 sind der Übersichtlichkeit halber nur angedeutet dargestellt.
Die Dioden sind hier als Elektronenröhren 63 gezeigt, mit einer Kathode 65 und einer gegenüberliegenden Anode 67. Da die Schaltvorrichtung in der Vakuumisolation angeordnet ist, entfällt das Vakuumgefäß der Elektronenröhren, das sonst zum Betrieb der Elektronen notwenig wäre. Die Kathoden können als thermische Elektronenemitter z. B. mit Strahlungsheizung durch den äquatorialen Spalt oder als Photokathoden ausgebildet sein. Letztere erlauben durch Modulation der Belichtung z. B. durch Laserstrahlung eine Steuerung des Stroms in jeder Diode. Der Ladestrom und damit indirekt die Hochspannung kann so gesteuert werden.
Durch die Verwendung von Elektronenröhren kann die Gleichspannungs-Hochspannungsquelle sehr effizient aufgeladen werden. Dabei können die Elektronenröhren der Schaltvorrichtung insbesondere als Dioden ausgebildet sein.
Im Vergleich zu Halbleiterbauelementen wie Halbleiterdioden bringt dies den Vorteil mit sich, dass zwischen denjenigen Elektroden des Kondensatorstapels, die durch die Elektronenröhren verschaltet sind, aufgrund des Aufbaus der Elektronenröhren keine physische Verbindung besteht, die mit einer Durchschlagsgefahr einhergehen würde. Zudem wirken die Elektronenröhren Strom begrenzend und sind robust gegenüber einer Stromüberlastung oder einer Spannungsüberlastung.
Eine oder mehrere Elektronenröhren können insbesondere als steuerbare Elektronenröhren ausgebildet sein. Die Steuerung kann beispielsweise thermisch oder photooptisch erfolgen. Die Elektronenröhren-Kathoden können als thermische Elektronenemitter mit z. B. einer Heizung, insbesondere Strahlungsheizung, zur Steuerung des Stroms in den Elektronenröhren ausgebildet sein. Die Elektronenröhren-Kathoden können auch als Photokathoden ausgebildet sein. Letztere erlauben durch Modulation der Belichtung, z. B. durch Laserstrahlung, eine Steuerung des Stroms in jeder Elektronenröhre und damit des Ladestroms. Auf diese Weise lässt sich indirekt die erreichbare Hochspannung steuern. Die Hochspannungsquelle lässt sich flexibler aufladen und anpassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010008991 [0021]
DE 102010008992 [0021]
DE 102010008993 [0021]
DE 102010008995 [0021]
DE 102010008996 [0021]

Claims

SPECT-Verfahren, das auf einem SPECT-Scanner ausgeführt wird und bei dem ein Zerfall eines Radioisotops detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Radioisotop verwendet wird, das dezentral, insbesondere in der Umgebung des SPECT-Scanners, hergestellt wurde, und/oder – ein Radioisotop verwendet wird, das eine Halbwertszeit in der Größenordnung der Bildaufnahmezeit der SPECT-Untersuchung aufweist.
SPECT-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Radioisotop verwendet wird, das mit einem Elektronen- oder Protonenbeschleuniger, insbesondere mit einem Gleichspannungsbeschleuniger, hergestellt wurde.
SPECT-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Radioisotop mit einer Halbwertszeit im Sekunden- bis in den niedrigen Stundenbereich, insbesondere mit einer Halbwertszeit bis zu fünf Stunden, vorzugsweise mit einer Halbwertszeit bis zu zwei Stunden, verwendet wird.
SPECT-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Radioisotop zumindest eines aus der Gruppe Se77m, Br79m, Kr83m, Sr87m, Y89m, Rh103m, Ag107m, Ag109m, Cd111m, In113m, Ba135m, Ba137m, Er167m, Hf177m, Hf179m, Hf180m, W183m, Os190m, Os192m, Au197m, Hg199m, Pb204m, Se79m, Br77m, Br82m, Kr79m, Kr81m, Kr85m, Rb84m, Rb86m, Sr83m, Sr85m, Y91m, Zr89m, Nb94m, Nb95m, Mo93m, Rh100m, Rh105m, Pd107m, In115m, I133m, Xe125m, Xe127m, Xe135m, Cs135m, Ba131m, Ba133m, Ce139m, Eu154m, Tb158m, Yb169m, Ta182m und/oder W185m verwendet wird.
SPECT-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Detektor zur Detektion des Zerfalls des Radioisotops ein Gas Electron Multiplier oder ein Multipixel-Halbleiterdetektor verwendet wird.
Verwendung eines Beschleunigers zur Beschleunigung von geladenen Teilchen zur Herstellung eines Radioisotops für eine SPECT-Untersuchung, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleuniger ein Gleichspannungsbeschleuniger ist, wobei der Beschleuniger eine Gleichspannungs-Hochspannungsquelle zur Bereitstellung der Gleichspannung umfasst, aufweisend: – einen Kondensatorstapel mit einer ersten Elektrode, welche auf ein erstes Potential bringbar ist, mit einer zweiten Elektrode, die zur ersten Elektrode konzentrisch angeordnet ist und auf ein zweites, vom ersten Potential unterschiedliches Potential bringbar ist, und mit zumindest einer Zwischenelektrode, die konzentrisch zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, und die auf ein Zwischenpotential bringbar ist, das sich zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential befindet, – eine Schaltvorrichtung zum Laden des Kondensatorstapels, mit der die Elektroden des Kondensatorstapels verbunden sind und welche derart ausgebildet ist, dass bei Betrieb der Schaltvorrichtung die konzentrisch zueinander angeordneten Elektroden des Kondensatorstapels auf anwachsende Potentialstufen bringbar sind, und wobei der Beschleuniger zumindest einen ersten Beschleunigungskanal aufweist, der gebildet wird durch erste Öffnungen in den Elektroden des Kondensatorstapels, sodass entlang des ersten Beschleunigungskanals geladene Teilchen beschleunigbar sind.
Verwendung eines Beschleunigers zur Beschleunigung von geladenen Teilchen zur Herstellung eines Radioisotops für eine SPECT-Untersuchung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere konzentrisch zueinander angeordnete Zwischenelektroden vorgesehen sind, die konzentrisch zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet sind, und die auf eine Abfolge von anwachsenden Potentialstufen bringbar sind, die sich zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential befinden, wobei die Schaltvorrichtung, mit der die Elektroden des Kondensatorstapels verbunden sind, derart ausgebildet ist, dass bei Betrieb der Schaltvorrichtung die konzentrisch zueinander angeordneten Elektroden des Kondensatorstapels auf die anwachsenden Potentialstufen bringbar sind.
Verwendung eines Beschleunigers zur Beschleunigung von geladenen Teilchen zur Herstellung eines Radioisotops für eine SPECT-Untersuchung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Elektroden des Kondensatorstapels zur zentralen Elektrode hin abnimmt.
Verwendung eines Beschleunigers zur Beschleunigung von geladenen Teilchen zur Herstellung eines Radioisotops für eine SPECT-Untersuchung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung derart ausgebildet ist, dass die Elektroden des Kondensatorstapels von außen, insbesondere über die äußerste Elektrode, mithilfe einer Pumpwechselspannung ladbar sind und dadurch auf die anwachsenden Potentialstufen bringbar sind.
Verwendung eines Beschleunigers zur Beschleunigung von geladenen Teilchen zur Herstellung eines Radioisotops für eine SPECT-Untersuchung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung eine Hochspannungskaskade umfasst, insbesondere eine Greinacher-Kaskade oder eine Cockcroft-Walton-Kaskade.
Verwendung eines Beschleunigers zur Beschleunigung von geladenen Teilchen zur Herstellung eines Radioisotops für eine SPECT-Untersuchung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatorstapel durch einen Spalt, der durch die Elektroden verläuft, in zwei voneinander getrennte Kondensatorketten aufgeteilt ist.
Verwendung eines Beschleunigers zur Beschleunigung von geladenen Teilchen zur Herstellung eines Radioisotops für eine SPECT-Untersuchung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung eine Hochspannungskaskade umfasst, welche die zwei voneinander getrennten Kondensatorketten miteinander verbindet und welche insbesondere in dem Spalt angeordnet ist.
Verwendung eines Beschleunigers zur Beschleunigung von geladenen Teilchen zur Herstellung eines Radioisotops für eine SPECT-Untersuchung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass – ein zweiter Beschleunigungskanal vorgesehen ist, der gebildet wird durch zweite Öffnungen in den Elektroden des Kondensatorstapels, sodass entlang des zweiten Beschleunigungskanals geladene Teilchen durch die Elektroden beschleunigbar sind, und – eine Ladungsumwandlungsvorrichtung im Zentrum des Kondensatorstapels zwischen dem ersten und dem zweiten Beschleunigungskanal vorgesehen ist.
Verwendung eines Beschleunigers zur Beschleunigung von geladenen Teilchen zur Herstellung eines Radioisotops für eine SPECT-Untersuchung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden des Kondensatorstapels derart geformt sind, dass sie – auf einer Ellipsoid-Oberfläche liegen, insbesondere auf einer Kugeloberfläche, oder – auf einer Zylinder-Oberfläche liegen und insbesondere eine Topfform aufweisen.
Verwendung eines gemäß einem der Ansprüche 6 bis 14 hergestellten Radioisotops für eine SPECT-Untersuchung.
SPECT-Anlage zur Ausführung einer SPECT-Untersuchung, aufweisend einen SPECT-Scanner und einen Beschleuniger zur Beschleunigung von geladenen Teilchen zur Herstellung eines Radioisotops für eine SPECT-Untersuchung, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleuniger in einem derart geringen Abstand von dem SPECT-Scanner installiert ist, dass die Transportdauer für den Transport eines mit dem Beschleuniger erzeugten Radioisotops für die SPECT-Untersuchung vom Beschleuniger zum die SPECT-Untersuchung ausführenden SPECT-Scanner in der Größenordnung der Halbwertszeit des erzeugten Radioisotops liegt.