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Verfahren zum zweidimensionalen Darstellen der Verteilung eines radioaktiven
Tracers und szintigraphische Anordnung, insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum zweiciiiitensionale Darstellen
der Verteilung eines eine Strahlung der Energie abgebenden radioaktiven Tracers
bei gleichzeitiger Anwesenheit mindestens eines weiteren2 eine Strahlung der Energie
b aussendenden Tracers, das zu denjenigen Methoden dieser Art gehört, bei denen
die Strahlungen der Energie a utld b an festgelegten, über ein und dieselbe Beobachtungsebene
verteilten Punkten ermittelt werden und die Differenz in der Intensität dieser beiden
Strahlungen an jeder Stelle der Beobachtungsebene bestimmt wird. In gleicher Weise
hat die Erfindung eine szintigraphische Anordnung für die Durchführung dieses oder
eines ähnlichen Verfahrens zum Gegenstand.
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Das hauptsächliche Anwendungsgebiet der insgesamt unter dein englischsprachigen
Begriff "Scanning" bekannten Techniken, die eine zweidimensionale oder ebene Darstellung
der Verteilung
eines radioaktiven Tracers ermöglichen, liegt bei
der Untersuchung von menschlichen Geweben in der medizinischen Diagnostik. Dazu
injiziert ma@ einem Patienten eine einer selektiven Festlegung in einem zu untersuchenden
Körperorgan fähige Substanz, die mit einem radioaktiven Tracer, im allgemeinen einem
) -Strahler, markiert ist, und gewinnt durch anschließende Beobachtung der Verteilung
der von diesem Körperorgan ausgehenden Strahlung ein Bild der lokalem Variationen
in der Festlegung des radioaktiven Tracers.
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Dabei kann man heute Abbilder von sehr verschiedenen Körperorganen
in dieser Weise gewinnen, indem nlali Geräte be-@utzt, die entweder eine feste Detektoranordnung
von großen, die gesamte Oberfläche des betreffenden Körperorgans über deckenden
Abmessungen oder einen kleinen Detektor aufweisen, der sich über dieser Oberfläche
bewegen läßt. Diese Detektoren sind im allgemeirien Kristallszintillatoren, die
Impulse liefern2 die für jeden Meßpunkt einzeln gezählt werden, wobei das Zählergebnis
jeweils der Intensität der an dieser S-telle ermittelten Strahlung proportional
ist. Jedoch ergeben sich bei manchen Körperorganen deswegen Schwierigkeiten, weil
man gezwungen ist-, radioaktiv gekennzeichnete Substanzen zu verwenden, die sich
in zwei nebeneinanderliegenden Körperorganen ansammeln, anstatt daß man eine in
dieser Hinsicht selektiver arbeitende Substanz zur Verfügung hätte. So sammelt sich
beispielsweise mit Selen 75 markiertes Methionin, d.h.
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ein Methionin, bei dem der Schwefel durch Selen 75 ersetzt ist, nicht
nur-in der Bauchspeicheldrüse, sondern ebe@@ in der Leber an, die sie teilweise
überdeckt. Ähnlich kann sich mit Quecksilber 197 markiertes Quecksilberdichlorid
HgCl2 gleichzeitig
in der Leber und in der rechten Niere ansammeln,
obwohl diese Organe hintereinander liegen. Daher kann man anhand eines einzigen
durch "Scanning" der von dem radioaktiven Tracer ausgehenden Strahlung gewonnener,
Bildes nicht unterscheiden, ob die aufgenommene Strahlung von deull einen oder dem
anderen dieser Körperorgane ausgeht.
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Zur Behebung dieser Schwierigkeiten hat man sich der Methode der
"doppelten Markierung" desjenigen der beiden Körperorgane bedient, desseii Einfluß
die 3eobachtung stört.
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Mail nimmt darin zwei verschiedene Bilder der jeweiligen Körperorgane
auf, und zwar einmal mit einer Substanz, die sich gleichzeitig in beiden Organen
ansammeln kann und mit einem radioaktiveii Tracer markiert ist, der eine Strahlung
der Energie a abgibt, und zum anderen mit einer Substanz, die sich selektiv allein
in dem Organ, dessen Einfluß ausgeschaltet werden soll, ansammelt und i.it einem
zweiten radioaktiven Tracer markiert ist, der eine Strahlung der Energie b aussendet.
Ein Vergleich der beiden so gewonnenen Bilder ermöglicht eine Trennung der von dem
beiden Körperorganen herrührenden Meßergebnisse.
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Bei den bisher bekannten Geräten benutzt man für die Anwendung dieser
Technick der "doppelten Markierung" entweder einen festen Detektor nach Art einer
Szintillatorkamera, der mit einem Vielkanalanalysator gekoppelt ist, bei dem jeder
Kanal die von eines bestimmten Stelle herrührenden Impulse, und zwar für das eine
beiden Bilder mit positivem Vorzeichen und für das andere Bild mit negativem Vorzeichen
zugeführt erhält, oder einen Szintigraphen mit Abtastung2 der photoszintigraphisch
arbeitet und die von den beiden Speltrometerkanälen abgegebenen Daten sofort voneinander
subtrahiert.
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Die erste dieser beiden Möglichkeiten leidet unter dem Mangel, daß
sie einen großen materiellen Aufwand verlangt, und daruber hinaus weisen beide Möglichkeiten
den Nachteil auf, daß sie nur eine ein für allemal vor-genommene Sübtraktion ergeben,
während es vorzuziehen wäre, wenn man eine Reihe von Subtraktionen mit variablen
Proportionen derbeiden abzuziehenden Bilder erhalten könnte.
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Zur Behebung dieser Nachteile sieht die Ereindung ein.
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Verfahren vor, das sich mit einer einfachen Anordnung zur szintigraphischen
Abtastung durchführen läßt, wobei die beiden voneinander abzuziehenden Bilder gleichzeitig
gewonnen werden, woraus sich eine vollkommene Entsprechung der. voneinander abzuziehenden
Einzelelemente ergibt, und während einer ersten Zeitdauer gespeichert werden, so
daß man eine Kontrollmöglichkeit für die Parameter der Subtraktion behält.-Das erfindungsgemäße
Verfahren, das eine zweidimensionale Darstellung der Verteilung eines radioaktiven
Tracers, der eine Strahlung der Energie a abgibt, in Anwesenheit mindestens eines
weiteren, eine Strahlung der Energie b aussendenden radioaktiven Tracers ermöglicht,
ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß es eine erste Stufe, in der die
Beobachtungsebene mit einer Detektorsonde abget-astet wird, die für jede Strahlung
elektrische Impulse liefert, deren Amplitude eine Funktion der Energie der jeweiligen
Strahlung und deren Zählrate der Intensität der jeweiligen Strahlung proportional
ist, diese Impulse einem Spektrometer mit z;wei Kanälen A und B zugeführt werden,
das eine Trennung der den Strahlungen der Energie a bzwr b entsprechenden Impulse
voneinander -vornimmt-, die
jeweils durch einen der Kanäle A und
B hindurchgehen, und die durch die Kanäle A und B des Spektrometers gehenden Impulse
gleichzeitig mit zwei die Lage der- Sonde definierende Koordinaten wiedergebenden
kodierten Signalen aufgezeichnet werden, und eine zweite Stufe aufweist, in der
die Differenz der Zählraten für die jeweils arn Ausgang der beiden Kanäle A und
B des Spektrometers aufgefangenen und gespeicherten Impulse bestimmt und die Lage
eines Ausleseorgans, das eine Funktion dieser Differenz darstellende Daten abgibt,
in Abhängigkeit von den kodierten Signalen derart bestimmt wird, daß dieses Ausleseorgan
eine der Abtastung der Beobachtungsebene durch die Detektorsonde in der ersten Verfahrensstufe
analoge ebene Abtastung durchführt.
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Außerdem hat die Erfinduilg eine szintigraphische Anordnun& zur
Durchführung dieses oder jedes ähnlichen Verfahrens zum GegenstandJ die sich im
wesentlichen dadurch kermzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum Abtasten einer -Beobachtungsebene
mit einer Detektorsonde zum gleichzeitigen Erkennen von Strahlungen unterschiedlicher-Energie
a und b unter Abgabe elektrischer Impulse mit der Energie der Strahlungen entsprechender
Amplitude und der Intensität dieser Strahlungen proportionaler Zählrate, ein Spektrometer
zum Trennen der den Strahlungen der Energie a und b entsprechenden Impulse unter
Durchgang dieser Impulse durch zwei Kanäle A und B, eine-Registriereinrichtung zum
gleichzeitigen Aufzeichnen von den beiden die Lage der Detektorsonde definierenden
Koordinaten entsprechenden kodierten Signalen und der durch die beiden Spektrometerkanäle
A und B hindurchgehenden Impulse, einen Zähler für die am Ausgang der Spektrometerkanäle
A und B aufgefangenen und gespeicherten Impulse, einen Differential frequenzmesser
zum Bestinimen der
Differenz zwischen den Zählraten der den Strahlungen
der Energie a und b entsprechenden Impulse und eine Steuereinrichtung zum Steuern
eines Übertragungsorgans in Abhängigkeit von dieser Differenz in den. Zählraten
und zum Lokalisieren des Ubertragungsorgans in Abhängigkeit von den aufgezeichneten
kodierten Signalen in der Weise, da dieses Organ eine der Abtastung der Beobachtungsebene
durch die Detektorsonde analoge ebene Abtastung ausführt, und zum Modulieren der
für jeden Punkt der Beobachtungsebene gewonnenen Daten in Abhängigkeit von der Differenz
in den Zählraten der aufgezeichneten Impulse aufweist.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung soll nun ein mögliches Ausftihrungsbeispiel
dafür näher beschrieben werden, das selbstverständlich keinerlei Einschränkung für
die Erfindung bzw. ihren Bereich bedeutet. In der nachstehenden Beschreibung dieses
Ausführungsbeispiels wird auf die Zeichnung Bezug genommen, deren Figuren. 1 und
2 für das betrachtete besondere.
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Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten szintigraphischen
Anordnung die beiden in den beiden Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz
kommenden Apparat egruppen veranschaulichen.
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Die in Rede stehende szintigraphische Anordnung weist wiedie üblichen
Szintigraphen eine Detektorsonde X zur Ermittlung der von den benutzten radioaktiven
Tracern ausgesandten Strahlung auf. Bei dem besonders dargestellten Fall besteht
diese Detektorsonde 1 aus einem mit einem Photovervielfacher gekoppelten Szintlillatorkristall.
Die Detektorsonde 1 liefert elektri -sche Impulse, deren Amplitude eine Funktion
der -Energie der er mittelten Strahlung. und deren Zählrate der Intensität dieser
Strahlung proportional ist.
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Die Detektorsonde 1 läßt sich oberhalb einer zu unter suchenden Fläche
2 und parallel dazu bewegen. Sie wird von einem üblichen Mechanismus 3 mitgenommen,
der ihr zwei einander konjugierte Translationsbewegungen in zwei zueinander senkrechten
Richtungen aufprägt und so eine vollständige Abtastung der Fläche 2 ermöglicht.
Die Lage der Detektorsonde 1 oberhalb der Fläche 2 ist in jedem Augenblick durch
zwei Koordinaten x und y festgelegt. Diese gemessenen Koordinaten werden in elektrische
Signale umkodiert, wobei zwei Potentiometer analoge Spannungen abgeben, die durch
zwei Wandler 4 bzw 5 in Frequenzwerte umgesetzt werden. Als solcher Wandler 4 bzw
5 zur Umwandlung von Spannungen in Frequenzen dient jeweils ein Multivibrator, dem
das Eingangssignal am Gitter zugeführt wird und der eine Impulsfolge abgibt, deren
Frequenz linear mit dem Eingangssignal variiert Diese Eingangssignal wird also jeweils
in eine bestimmte Anzahl von Impulsen je Längeneinheit eines Aufzeichnungsbandes
umgewandelt.
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Die von der Detektorsonde 1 abgegebenen Impulse werden außerdem einem
Spektrometer 6 mit zwei Kanälen A und B zugeführt, das eine Trennung der Impulse
voneinander vornimmt, deren Amplitude den beiden unterschiedlichen Strahlungsenergien
a und (} b entspricht, und diese Impulse durchlaufen jeweils einet der beiden Kanäle
A und B des Spektrometers 6.
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Außerdem gehört zu der erfindungsgemäßen Anordnung eine magnetische
Registriereinrichtung 8, deren Magnetband vier Aufzeichnungsspuren aufweist. Auf
dem Magnetband der Registriereinrichtung 8 werden gleichzeitig einerseits die für
die Intensität der beiden ermittelten Strahlungsarten der Energien a und b repräsentativen
Impulse vom Ausgang
der beiden Kanäle A und B das Spektrometers
6 und andererseits die von den Wandlern 4 und 5 gelieferten und die Koordinaten
x und y wiedergebenden kodierten Signale aufgezeichnet, Auf diese Weise erhält man
in einem Arbeitsgang eine Aufzeichnung von vier Daten, die für die Verteilung der
beiden verschiedenen radioaktiven Tracer chrakteristisch sind.
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Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
die auf medizinischem Gebiet liegt, wird die erste Stufe des Verfahrens mit Hilfe
der in Fig. 1 veranschaulichten Geräte durchgeführt. Diese Stufe besteht darin,
daß man einem Patienten zwei radioaktive Tracer injiziert, die Strahlungen der unterschiedlichen
Energien a und b aussenden, aus denen man die Differenz der Strahlungsintensität
an jeder Stelle bestimmen muß, um das gewünschte Bild zu erhalten, wobei die Energien
a und b selbstverständlich innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs der Detektorsonde
1 liegen.
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Handelt es sich beispielsweise bei dem zu untersuchenden Körperorgan
um die Bauchspeicheldrüse, so hat man keine Substanz zur Verfügung, die sich ausschließlich
in der Bauchspeicheldrüse festlegen und mit einem radioaktiven Tracer markieren
ließe. Man injiziert daher dem Patienten gleichzei tig zwei markierte Substanzen,
von denen die eine mit einem Tracer, der eine Strahlung der Energie a abgibt, markiert
ist und sich gleichzeitig in der Bauchspeicheldrüse und in der Leben ansammelt,
und die zweite mit einem radioaktiven Tracer markiert ist, der eine Strahlung der
Energie b abgibt, und sich selektiv in der Leber und unter Ausschluß der Bauchspeicheldrüse
ansammelt.
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Im Verlaufe der. ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens, die
mit Hilfe der in Fig. 1 veranschaulichten Geräte durchgeführt wird, werden gleichzeitig
die charakteristis ehen-Daten der beiden Bilder, -die jeweils von eirfein der beiden
Tracer geliefert werden, aufgezeichnet Zur Ausschaltung des Einflusses der Leber
auf das Endbild muß man für jeden Meßpunkt eine Subtraktion der von den beiden Strahlungsarten
gelieferten Intensitäten vornehmen. Diese Subtraktion erfolgt im Augenblick der
Auslesung der Aufzeichnung mit Hilfe des zweiten Teiles der szintigraphischen Anordnung,
der in Fig. 2 veranschaulicht ist Bei dem besonders herausgehobenen Ausführungsbeispiel
für die Erfindung erfolgt die Wiedergabe der auf dem Magnetband der Registriereinrichtung
8 aufgezeichneten Daten mi Hilfe eines Oszillographen 1.0. Die Lage des Lichtflecks
auf dea Schirm 11 des Oszillographen 10 wird durch die beiden deii Koordinaten x
und y entsprechenden kodierten' Signale gesteuert, wozu diese beiden Signale einem
Dekodierer 12 zugeführt werden, der die Ablenkplatten des Oszillographen 10 beaufschlagt.
Auf diese Weise vollzieht der Lichtfleck auf dem Schirm 11 während der Auslesung
des Magnetbandes eine Abtastbewegung, die der Bewegung der Detektorsonde 1 bei der
Ermittlung der Strahlungen in der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens
arsalog ist.
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Gleichzeitig wird die Helligkeit des Lichttleckes auf dem Oszillographens
chirm 11 in Abhängigkeit von der Differenz der zu den der Energie a bzw. b entsprechenden
Impulsen gehorigen Zählraten moduliert. Dazu werden die am Ausgang der Kanäle A
und B des Spektrometers 6 abgenommenen und gespeicherten
Daten
über Verstärker 15 bzw. 16 Integratoren oder Zählern 13 bzw. 14 zugeführt. Die so
erhaltenen und den Signalen eines Zeitbasisgebers 18 zugeordneten Signale werden
anschließend in Dämpfungsgliedern 19 bzw. 20, die für beide Signalzüge die Entnahme
eines bekannten und unabhängig voneinander einstellbaren Brachteiles ermöglichen,
aufbereitet und anschließend einem Differentialfrequenzmesser 22 zugeführt. Dieser
letztere liefert bei passender Einstellung der Dämpfungsglieder 19 bzw.
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20 eine der Differenz der Zählraten proportionale Spannung, und diese
Spannung wird einem Modulator 24 zugeführt, der die Wehnelt-Elektrode des Oszillographen
10 steuert. Dabei verhindert ein zwischengeschalteter Umschalter 23, daß dem Modulator
24 ein negatives Signal zugeführt wird, das keine Umwandlung in Helligkeit erfahren
könnte.
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Die zweite Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht es also
dank dieser Anordnung durch eine photopraphische Registrierung der Auslenkungen
des Lichtflecks auf dem Schirm 11 des Oszillographen 10 ein Bild zu erhalten, das
die Verteilung allein des Traces mit der Strahlung der Energie a in der Bauchspeicherdrüse
wiedergibt. Das so erhaltene Bild läßt sich willkürlich regeln, indem man durch
Einstellung der Dämpfungsglieder 39 bzw. 20 die relative Größe der den beide@ Strahlungsarten
der Energie a und o entsprechenden Signale merh oder weniger strak abschwächt. Auf
diese Weise erhält man die Möglichkeit, nicht nur ein einziges Bild -mit beispielsweise
einer Datenverteilung für die Energien a und b von 1: 1 zu- gewinnen, sondern eine
Serie von Bildern, bei denen sich die gewonnenen Daten für die Energien a und b
wie 80:100, 60:100 usw. verhalten, und man kann auf diese Weise im Gesamtergebnis
Nuancen sichtbar werden lassen, die sich mit den bisher üblichen Verfahren, bei
denen nur eine einzige Subtraktion möglich ist,
nicht erkennbar
machen lassen.
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Als Variante der oben beschriebenen besonderen Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Verfahrens kann man für die Übertragung der Daten statt eines
Oszillographen einen Schreiber verwenden, der wie bei den üblichen Szintigraphen
auf einer Registrierfläche Marken durch Einstiche oder Einbrenne@ erzielt.
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In diesem Falle werden die Verschiebebewegungen des Schreibers in
Abhängigkeit der die Koordinaten x und y wiedergebenden kodierten Signale gesteuert,
und die Häufigkeit der Einstiche oder der Einbrennmarken wird durch das von dem
Differentialfrequenzmesser gelieferte Signal in der Weise geregelt, daß der Abstand
zwischen aufeinanderfolgenden Marken für jeden Meßpunkt der Differenz in den Zählraten
der den Strahlungen mit der Energie a bzw. b entsprechenden Impulse umgekehrt proportional
ist.
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Außerdem kann die szintigraphische Anordnung eine zusätzliche Ausrüstung
erhalten, die es ermöglicht, während der ersten Stufe des Verfahrens gleichzeitig
mit der erfindungsgemäßen Aufzeichnung ein übliches Szintigramm aufzunehmen, das
der Gesamtheit der Strahlungen mit den Energien a und b entspricht.