DE2011104A1

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Publication number: DE2011104A1
Application number: DE19702011104
Authority: DE
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-03-12
Filing date: 1970-03-10
Publication date: 1970-09-24
Also published as: NL7003544A; DE2011104B2; GB1286744A; JPS5033676B1; US3852603A; DE2011104C3; FR2034847A1

Description

PATENTANWALT 20111OA

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5. März 1970 ."/..■■■ Gzx/hk

Nuclear-Chicago Corporation, Des Piaines, Illinois 60680, U.S.A.

Tomografisehe Abbildungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abbilden der Volumenverteilung von Radionukliden innerhalb eines Untersuchungsobjektes.

Es ist bereits eine stationäre oder Kamera-Vorrichtung zum Hervorbringen ausgewählter tomografischer Abbilder der Verteilung von Radionukliden in einem Untersuchungsobjekt vorgeschlagen worden (deutsche Patentanmeldung Nr. P 19 56 377.0 "Tomografisehe Strahlenkamera"). Die dort offenbarte Ausführungsform enthält im wesentlichen einen Detektor vom Anger-Typ (US-Patentschrift Nr. 3 011 057) mit einem Kollimator mit einer Anzahl von schräg verlaufenden Kanälen zwischen dem Umsetzer in dem Detektor und dem Gegenstand. Rotation des Kollimators mit schräg verlaufenden Löchern erzeugt kreisförmige Muster von Szintillationen in dem Kristall über.Gammastrahlen, die von einer Punktquellensteile von Radionukliden in dem Objekt ausgehen. Der X, Y-Koordinatenausgang des Detektorkopfes wird transformiert in Übereinstimmung mit bestimmten Sinus- und Kosinus-Signalen, die von der Lage des rotierenden Kollimators abgeleitet werden, um Signalausgänge an einen Oszilloskopen zu erzeugen, um ein "scharfes" (in-focus) ■Abbild auf der Frontplatte des Oszilloskopen von der Verteilung der Radionukliden in einer ausgewählten Ebene des Objektes darzustellen.

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Die dort (deutsche Patentanmeldung P 19 56 377.ο) vorgeschlagene tomografische Strahlenkamera unterscheidet sich wesentlich von dem tomografischen Strahlenscanner von Anger (Report UCRL-16899 vom 31. Mai 1966). In dem Anger-Tomografie-Scanner wird ein Detektor vom Anger-Typ mit einem an ihm angebrachten fokusierten Kollimator hin- und hergefahren und optische Handhabungen der Kathodenstrahlröhrenausgabe sind vorgesehen, um eine Anzahl von fotografischen Abbildern zu erzeugen, die die Aktivität in verschiedenen Ebenen innerhalb des abgetasteten Objektes "scharf" herauszugreifen. Die Anger-Tomografie-Vorrichtung liefert eine Tomografie nur mit dem Nachteil einer zeitraubenden Bewegung des Detektors über dem Objekt.

Die bereits vorgeschlagene zuvor erwähnte Vorrichtung schafft bestimmte Vorteile gegenüber der Anger-Vorrichtung, indem das Nachweissystem für alle Teile des Objektes gleichzeitig empfindlich ist. Dies trifft jedoch nur für Objekte/, die sich innerhalb eines konischen Gesichtsfeldes finden, wobei die Oberfläche des Szintillationskristalles die Basis des Konus bildet und die Seiten des Konus durch die äußersten Kollimierungskanäle in dem rotierenden Kollimator bestimmt werden. Wegen der nicht senkrechten Winkelorientierung der Kollimatorkanäle ist der Teil des ψ Gesichtsfeldes mit konstanter Empfindlichkeit kleiner als der Bereich des Szintillationskristalles auch für Teile des Gegenstandes, die unmittelbar unter dem Kollimator liegen. In größeren Abständen unter dem Kollimator wird das Gebiet konstanter Empfindlichkeit noch verringert; in einem gewissen Abstand

an
unter dem Kollimator, nämlich/9er Spitze des erwähnten Konus,

verschwindet die Region mit konstanter Empfindliclteit ganz. Außerhalb der konischen Region konstanter Empfindlichkeit sieht „ der Szintillationskristall jede Radioaktivität nur für einen Teil einer Umdrehung des Kollimators. Ein nützliches Abbild kann

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nur
immer/noch für gewisse Bereiche angrenzend an die Hegion mit konstanter Empfindlichkeit erhalten werden. Eine gewisse Beschränkung der Größe des Objektes, welches einwandfrei abgebildet werden soll, ist jedoch gegeben. Natürlich kann die konische Region konstanter Eepfindlichkeit durch Vergrößerung des Durchmessers des Szintillationskristalles erweitert werden.

Sie Anger-Vorrichtung hat theoretisch keine Begrenzung der Größe des Gesichtsfeldes ait konstanter Empfindlichkeit wegen des dort durchgeführten Abtastvorganges. Die Anger-Vorrichtung \

sieht jedoch nicht das gesamte Objekt auf einmal und benötigt daher eine lange Gesaartabbildungs-zeit. Darüber hinaus kann die Anger-Vorrichtung siehtfür schnelle dynamische Studien verwendet werden. Eine Tomografie, die ein erweitertes Gesichtsfeld mit der vorteilhaften konstanten Betrachtung des Gegenstandes nach Art der vorgeschlagenen Vorrichtung (deutsche Patentanmeldung P 19 56 377.o)atifiiBist ist wünschenswert. ,

Hauptgegenstand der Erfindung ist daher die Schaffung eines verbesserten Strahlenabbildungsgerätes.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Scheffung einer verbesserten Vorrichtung zum Abbilden der Volumenverteilung von ( Radionukliden in einem Untersuchungsobjekt.

Es ist insbesondere Gegenstand der Erfindung die Schaffung einer Strahlenabbildungsvorrichtung, die tomografische Eigenschaften aufweist und in der lage ist, ein Objekt abzubilden, das wenigstens so groß ist wie der Durchmesser des strahlenempfindlichen Umsetzers, und für das Gesamt objekt auf einmal empfindlich ist.

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Erfindungsgemäß wird das Gesichtsfeldproblem, welches der votgeschlagenen tomografisehen Kamera anhaftet, dadurch gelöst, daß man eine Präzession in einem Kreis eines Strahlendetektors ("beispielsweise vom Anger-Typ) vorsieht, die eine konstante Orientierung der zugeordneten x, y-KooriLnaten eihält, während gleichzeitig ein Kollimator mit mehreren schräg gestellten Kanälen synchron mit der Präzession des Detektorkopfes rotiert, so daß der Umsetzer in dem Detektorkopf das Untersuchungsobjekt · konstant betrachtet, aber von einem konstant sich ändernden

Winkel aus. Bei dem erfindungsgemäßen Gerät bleibt der Detektor daher nicht während des Abbildungsbetriebes stationär, sondern bewegt sich in vorteilhafter Weise, um das Gesichtsfeld gegenüber der bereits vorgeschlagenen Kamera zu erweitern. Das erfindungsgemäße Gerät behält aber gleichzeitig den Vorteil der bereits vorgeschlagenen Kamera, indem sie dme Objekt konstant betrachtet und einen rotierenden Kollimator aufweist, der eine Kreisbewegung von Abbildern von Punktquellen der Radioaktivität in dem Objekt liefert. Die x, y-Ausgangssignale von dem Detektor können nach der bereits vorgeschlagenen Weise mit Hilfe bestimmter Sinus- und Kosinus-Funktionen der Winkelorientierung des Detektors und des Kollimators transformiert werden, um «in

ψ "scharfes¹¹ Abbild der Verteilung von Radionukliden in einer Ebene einer besonderen ausgewählten Tiefe des Objektes zu liefern. Der Betrieb des erfindungsgemäßen Gerätes ermöglicht die Ausgabe eines "scharfen" Abbildes der Verteilung von Radionukliden einer bestimmbaren Ebene in dem Objekt ohne Veränderung der x, y-Signale von dem Detektor. Dies geht aus dem folgenden näher hervor.

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Ein Hauptvorteil der Erfindung ist die Erweiterung des Gesichtsfeldes mit konstanter EmpfindlicÜEit ohne das Erfordernis einer Vergrößerung der Abmessungen des strahlenempfindlichen Umsetzers, während gleichzeitig das gesamte Untersuchungsobjekt jederzeit von dem Umsetzer "gesehen" wird. Dies erlaubt eine schnelle Untersuchung stationärer oder dynamischer Radioaktivitätsverteilungen in dem Objekt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmoglichkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenfen Beschreibung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Teiles einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, '

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil des Gerätes nach Fig. 1,

Fig. 3 ein schematisch.es'Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

■ " '■■■■ "

Fig.4-6 bildliche Darstellungen verschiedener tomografischer Ausgangsabbilder entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten Schema, und

Fig. 7 ein schematisches Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 und 2 ist ein Kollimator 2o zwischen einem strahlenempfindlichen Umsetzer 31 und einem üntersuchungsobjekt Io dargestellt. Der Kollimator 2o ist eine Strahlenabschirmungseinrichtung, welche für jedes Elementargebiet des Umsetzers 31 eine im

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wesentlichen einheitliche Strahlenaufnahmerichtung festlegt und eine zylindrische Platte aus strahlenopaken Material, wie bei-

.enthält
spielsweise BIeI₇; welches eine Anzahl von KoIIiBierungskanälen (hier nicht dargestellt) bildet. Bin typischer Kollimator kann beispielsweise bis zu 1ooo einzelne Kollimierungkanäle haben, die eine gemeinsame axiale Orientierung unter einem Winkel 0 in Bezug auf die normale zur Oberfläche des Umsetzers 31 besitzen. Ein Querschnitt der einzelnen Kollimierungskanäle kann zylindrisch,

sein
quadratisch oder hexagonal oder irgendeine andere geeignete Form haben. Wichtig ist, daß die axiale Orientierung jedes Kanals des Kollimators die gleiche und nicht senkrecht zu der Oberfläche des Umsetzers 31 ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem Anger-Typ-Strahlendetektor ist der Umsetzer 31 beispielsweise ein dünner zylindrischer Kristall aus Thallium aktivierten Natriumjodid.

Die anderen Bauelemente eines Anger-Typ-Detektors, wie beispielsweise ein Kristallfenster, ein Lichtleiter, eine Eeihe von Fotomultipliern, usw. sind in den Figuren nicht dargestellt, da sie beispielsweise in der US-Patentschrift Ho. 3 o11 o57 beschrieben sind.

Darüber hinaus sind die baulichen Mittel zum Halten des Kollimators 2o in dem veranschaulichten räumlichen Verhältnis zwischen Umsetzer 31 und dem Objekt 1o nicht dargestellt, da die Anordnung eines solchen Kollimators in drehbarer Weise unter dem Basisdetektor einer Szintillationskamera vom Anger-Typ keine besonderen Schwierigkeiten bereiten. Der Abstand zwischen der Oberseite des Kollimators 2o und der Unterseite des Kristalls 31 ist zur

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Verdeutlichung bestimmter Gesichtspunkte der Erfindtang dargestellt; in der Praxis kann bei einer typischen Vorrichtung die Oberseite des Kollimators sehr nahe an der Unterseite des Kristalles liegen.

Zum Zwecke der Veranschaulichung ist der Kolliaator 2ο in einer besonderen Orientierung gezeigt, die als Bezugsorientierung oder als O°-Steilung in Polarkoordinaten bezeichnet wird. Bei dieser Bezugsorientierung befinden sich die Kollimatorkanäle in einer solchen Winkelanordnung, daß das Gesichtsfeld des Umsetzers 31 ein schräges zylindrisches Yolumen innerhalb der Linien 32 und 33 i«*· Der Gegenstand To liegt vollständig innere halb dieses Gesichtsfeldes. Sin festgelegtes sehrägwinkliges Koordinatensystem ist in den fig. 1 und 2 mit-X₉ Y*-Koordinaten im wesentlichen auf der unteren Oberfläche des Scintillationskristalles 31 gezeigt! die +Z-AcEsε zeigt Jedoch nach unten anstatt wie üblicherweise bei rechtwinkligen oder ?oliimen-Koofdinaten nach oben. Die Z-Achse ist diejenige, na die der Detektor, welcher den Kristall 51 enthält, prozessiert,, s© faß, wie in Pig. 2 gezeigt, ein zweiter Satz iron rech1n»iii%ligös Koordinaten χ, y mit dem Ursprung in dem Mittelpunkt des Eristalies 31 sich kreisförmig Tim den Ursprung des rechtwiÄligen Koordinatensystems X, Y bewegt, während die gleiche Orientierung eingehalten wird. Der Detektor bewegt sich mit einer kreis.föradgen Bewegung ohne zu rotieren; diese Bewegung wird im £ο1$βααβχΐ-&ΐ0^ mige Präzession des Detektors bezeichnet# Wenn sler Detektor, «taschließlich des Kristalls 31 iUia I8o° präsessiert und der Kollimator 2o entsprechend uia Ϊ8ο° rotiert hat, ist die Ijage des Kristalls 31 und des Kollimators 2o diejenige, die in Fig. 1 mit gestrichelten Linien^ gezeigt ist. Mol diesem Bmkt versieht der Kollimator 2o den Kristall 31 mit einem schrägen zylindri-r sehen Gesichtsfeld innerhalb der Linien 32 «■ und 33*. Di« Eotatiön

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ORIGINAL

des Kollimators 2o führt die Präzession des Kristalles 31, so daß der Winkel der Präzession und der Winkel der Rotation jederzeit identisch bleiben. Mit dieser zusammengesetzten Bewegung der Präzession des Kristalles 31 und der Rotation des Kollimators 2o bleibt das Objekt 1o innerhalb des Gesichtsfeldes des Kristalles 31, der Winkel von dem aus das Objekt 1o "gesehen" wird, and eat sich jedoch konstant.

Sie Wirkung dieser zusammengesetzten Bewegung auf die Abbilder ρ der Radionuklide innerhalb des Objektes 1o, welche durch Entsenden von Gammastrahlen erzeugt werden, die auf den Kristall fallen, wird nachfolgend in Zusammenhang mit drei Strahlenpunktquellen A, B und C beschrieben, die zur Vereinfachung der Sarstellung auf der Z-Achse in Abständen da, db und de unter der Unterseite des Kollimators 2o liegen sollen· Sie Punktquelle A liegt in einer Ebene Sa des Objektes 1o mit einem konstanten Abstand da unter dem Kollimator 2o; das ähnliche gilt für die Ebenen Sb und Sc. Wenn der Kollimator 2o und der Kristall 31 sich in einer Bezugsorientierung (Θ = 0°) befinden, bewegen sich Gammastrahlen von der Quelle A entlang einer Linie ti und treffen den Kristall 31 an einem Punkt SA in Pig. 2. Auf ähnli- ^ ehe Welse bewegen sich Gammastrahlen von den Quellen B und C * entlang den Linien 12 bzw. 13 und treffen den Kristall 31 in Punkten SB bzw. SC in Pig. 2. Nachdem der Kristall 31 um einen Winkel von 9o° bei einer entsprechenden 9o°-Rotation des Kollimators 2o prozessiert ist, treffen Gammastrahlen von den Quellen A, B und C den Kristall 31 in Punkten SA¹, SB^f bzw. SC. Bei einer weiteren Präzesaion des Kristalles 31 in die 18o°-0rientierung zusammen mit einer Rotation des Kollimators 2o in die gleiche Orientierung, treffen Gammastrahlen von de» Quellen A, B und C den Kristall 31 in der neuen Stellung in Punkten SA",

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SB¹' bzw. SC'' in Pig-. 2. Die Stelle der Szintillationen, die durch Gammastrahlung erzeugt werden,' die von den Quellen A, B und C ausgehen, wenn der Kristall 31 und der Kollimator 2o sich in einer 27o⁰-Orientierung befinden, ist ebenfalls in Pig.. 2 dargestellt.

Aus der Pig. 2 läßt sich entnehmen, daß beispielsweise die im Kristall 31 von der Quelle A erzeugten Szintillationen einen Kreis mit dem Radius RA beschreiben, wenn der Kristall· 31 um einen vollen Kreis präzessiert. Ähnlich erzeugen die Quellen B und C Szintillationen im Kristall 31, die Kreise mit Radien RB bzw. RC beschreiben. Diese kreisförmigen Szintillationsstellen besitzen diese Radien in Bezug auf das festgelegte Koordinatensystem X, Y mit seinem Ursprung in dem Mittelpunkt der Präzession des Kristalles 31. Wenn jedoch der Kristall 31 um den Ursprung dieses festgelegten Koordinatensystems präzessiert, ändert der Ursprung des Koordinatensystems x, y konstant seine Stelle. Die Ausgangssignale, die vom Detektor, welcher dem Umsetzer 31 enthält, geliefert werden, stehen in Bezug zu dem Koordinatensystem x, y, so daß die Ausgangsabbildausgabe der x, y-Signale von dem Detektor ohne irgendeine Transformation der x, y-Signale, die in Fig. 4 gezeigte sein würde. Wie dort gezeigt, erzeugen Gammastrahlen von der Quelle A Szintillationen an der Stelle SA auf der -x-Achse in Bezug auf das Koordinatensystem x, y, wenn sich das System in einer 0^o-0rientierung befindet. Gammastrahlen von der Quelle B erzeugen Szintillationen SB am Ursprung des Koordinatensystems x, y und Gammastrahlen von der Quelle C erzeugen Szintillationen SC auf der +x-Achse des Koordinatensystems x, y. ,Natürlich geschieht das Ausgangsabbild nach Pig. 4 auf dem Oszilloskopenschirm in der Form,eines Lichtpunktes für jedes Szintillatipn, die in dem Kristall 31 an einer Stelle in dem x, y-Koordinatensystem auftritt. Man kann daher sehen, daß, wenn .das

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System durch eine vollständige 36o°-Präzeesion mit begleitender Kollimator-Rotation geht, die Quelle B dauernd Szintillationen am Ursprung des Koordinatensystems x, y, zugeordnet dem Detektor, erzeugt, während die Quellen A und C Szintillationen erzeugen,· die zu einer kreisförmigen Bewegung auf dem Oszilloskopenschirm führen. Der Radius des kreisförmigen Weges PA auf dem Oszilloskopenschirm entspricht jedoch nicht dem Radius RA, sondern vielmehr der algebraischen Differenz zwischen dem Radius RA und dem Radius RB, wobei der Radius RB der Radius der kreisförmigen Präzession des Detektors ist. Auf ähnliche Weise entspricht der Radius des Weges PC auf dem Oszilloskopenschirm der algebraischen Differenz zwischen dem Radius RC und dem Radius RB. Der Grund hierfür ist natürlich der, daß der Ursprung des Koordinatensystems x, y sich konstant ändert. Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß ohne Veränderung der Ausgangssignale von dem Detektor die Quelle SB abgebildet wird, als wäre sie stationär, und dies würde für alle Quellen zutreffen, die in der Ebene Db des Objektes 1o liegen. Alle Quellen A in der Ebene Da führen zu kreisförmigen Abbildstellen ähnlich dem Weg PA, gezeigt in Pig. 4, aber mit einem unterschiedlichen Mittelr punkt und alle Quellen in der Ebene Dc erzeugen kreisförmige Abbildstellen ähnlich dem Weg PC, gezeigt in Fig. 4.

Der Radius des Weges PA kann ausgedrückt werden in der folgenden Form:

Ra = RB - RA, (E-1)

Eine ähnliche Gleichung kann für die Größe des Radius des Weges> PC angegeben werden. Die allgemeine Gleichung für den Radius eines Weges für eine Quelle in einer Ebene Dn in einem Abstand dn von der Unterseite des Kollimators 2o ist die folgende:

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Rn M BB - BH, (E-?)

nobel: ,

RK == «Σ + dn) tan 0 (E-3).

Es kann gezeigt werden, daß die Gleichung für den kreisförmigen Weg, der als Ausgang auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre erzeugt wird, der unkorrigierte Signale von dem Detektor für eine Punktquelle kit den Koordinaten (Xn, Yn, Zn) ausgibt, wie folgt lautet:

χ = Xn > (R _T RN) cos O

y = .Tn-.;;+ (Ä - RH) sin Θ,

RH β Zn tan 0 (E-5),

und wobei E der Radius der Präzession des Kristalles und des Detektorkopfes ist, der in Fig. 1 RB ist· Aus dem Satz von Gleichungen (E-4) kann gezeigt werden, daß durch geeignete Veränderung der x, y-Signale iron dem Detektor ein ausgewähltes ¹¹ scharfea" (in-focus) Abbild einer Ebene auf der Prontflache der Kathodenstrahlröhre ausgegeben werden kann, ähnlich der in der deutschen Patentanmeldung Ϊ* 19 56 577·ο dargestellten Weise. Es ist offensichtlich» däS geeignet gedämpfte Sinus- und Kosinus-' Punktionen, die- die Bewegung dea Kollimator- und Betektor-Systemes führen, den x, y-Signal-lusggngen des Detektors hinzugefügt werden können, um ein Abbilä auf der Kathodenstrahlröhre zu erzeugen, washes für eine Ebene in ^iner fiefe unter dem Kollimator "scharf" ist, die durch den Dämpfungskoeffizienten der Sinus- und Kosinus-Funktion bestimmt ist* Me Gleichungen, die dies ausdrücken, sind von den Gleichungen (E-4) abgeleitet und heißen folgendermaßen:

X * χ+(SH - E) cos 0 (E-6) ¥ - y + (RH'- R) sin 0»

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In Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Systems dargestellt, mit dem die ausgewählte Ausgabe einer besonderen Ebene erreicht werden kann.

In Pig. 3 ist das zu untersuchende Objekt 1o unter dem Kollimator 2o in einer Lage dargestellt, die der in Fig. 1 gezeigten entspricht. JDer Kollimator 2o liegt drehbar unter einem Detektor 3o, der vorzugsweise eine Szintillationskamera vom Anger-Typ ist; fe . er kann jedoch aber ein beliebiger Strahlendetektor sein, welcher einen im wesentlichen ebenen strahlenempfindlichen Umsetzer enthält und einen Ausgang erzeugt, der ebene Lagenkoordinaten jede* Strahlenquants, welches den Umsetzer trifft, wiedergibt. Der Detektor 3o wird von einem feststehenden Träger durch einen Aufbau gehalten, der schematisch in Fig. 3 dargestellt ist und die Halteglieder 26 und 27 und Rotiermittel 21 und 23 enthält. Der Detektor 3o und der Kollimator 2o sind mechanisch an dem horizontalen Teil des Trägerarmes 26 gehalten und mittels des Trägergliedes 27 angehängt. Der Block 22 enthält Mittel zum Rotieren der Detektor-Kollimator-Kombination im Uhrzeigersinn in Bezug auf die festgelegte Halterung, an dem sie aufgehängt ist. In dieser Weise läßt man den Detektor 3o um die bezeichnete Z-Achse mit dem zugehörigen x, y-Koordinatensystem präzessieren, welches eine festgelegte Orientierung beibehält. Der Block 23 stellt eine Einrichtung zum Rotieren des Kollimators 2o im Gegenuhrzeigersinn auf seiner eigenen Achse 28 dar. Die jeweiligen Rotationen müssen koozäaiert sein, so daß die jeweilige Winkelgeschwindigkeiten der Rotationen des Kollimators 2o auf seiner Achse, der Detektor 3o auf seiner Achse, und das gesamte System auf der Z-Achse identisch sind. Der Block 25 ist eine Einrichtung zum Koordinieren der jeweiligen Rotationsbewegungen. Verschiedene Mittel, um

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diese Punktionen zu erreichen, wie Motor- und Getriebekombinationen mit einer allgemeinen Synchronisierungseinrichtung 25 können ohne Schwierigkeiten hergestellt werden. Die Position θ wird am Ausgang des Blockes 25 signalisiert; dieses Positionssignal kann jedoch von der Bewegung jedes beliebigen der Glieder 2o, 26 oder 27 abgenommen werden. Dieses Positionssignal θ wird als Eingang einem Paar von Funktionengeneratoren 45 und 46 zugeführt, welche Ausgangssignale cos θ bzw. sin θ bilden. Die Ausgänge der Funktionengeneratoren 45 und 46 bilden die einzelnen Eingänge zu verschiedenen Dämpfungsgliedern 5o und 51, die unter der Steuerung einer variablen Dämpfungssteuerung 52 arbeiten. Der Ausgang der variablen Dämpfungssteuerung 52 ist ein Schwächungsfaktor Kn, und die Ausgänge der Schwächungsglieder 5o und 51 sind jeweils Kn co.s θ und Kn sin Θ.

Der Ausgang des Detektors 3o wird der Detektorelektronik 4o zugeführt, von der die Ausgänge χ, y, T geliefert werden. Der Ausgang T wird dem Trigger- oder Helltasteingang T des Oszilloskopen 7o zugeführt. Die Ausgänge x, y von der Detektorelektronik 4o werden den Dämpfungsgliedern 5o und 51 in-Addierschaltungen 6o und 61 zu-addiert und die Ausgänge der Addierschaltungen 6o und 61 bilden die Eingänge zu den Y- und X-Eingangsanschlüssen des Oszilloskopen 7o. Der Oszilloskop 7 ο enthält eine Frontplatte 71 einer Kathodenstrahlröhre, auf der ein Lichtpunkt in einer Lage erzeugt wird, welches den X- und Y-Eingangssignalen entspricht, wenn ein Triggersignal aufgenommen wird.

Wenn der Schwächungskoeffizient Kn am Ausgang der variablen Dämpfungssteuerung 52 auf einen geeigneten Wert entsprechend der Ebene Da in,Fig. 1 eingestellt wird, ist das Abbild, welches auf der Frontplatte 71 der zeitmäßigen Integration der Einzelpunkte erzeugt wird, das in Fig. 5 gezeigte. Wenn dem entsprechend der Dämpfungsfaktor Kn auf einen geeigneten Wert ent-' sprechend der Ebene Dc in Fig.. 1 eingestellt ist» entspricht das

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auf der Frontplatte 71 ausgegebene Abbild dem in Fig. 6 gezeigten. Aus Fig. 5 kann man entnehmen, daß die Quelle A jetzt am Ursprung des Kathodenstrahlröhrenschirmes abgebildet wird, während die Quellen B und C als Kreise unterschiedlicher Radien erscheinen. Entsprechend wird die Quelle C in Fig. 6 am Ursprung des X, Y-Koordinatensystems des Oszilloskopen abgebildet und die Quellen A und B erscheinen als Kreise mit unterschiedlichen Radien. Natürlich entspricht Fig. 4 dem Abbild, welches erzeugt wird, wenn der Dämpfungsfaktor Kn auf einen Nullwert eingestellt ) wird, so daß x, y-Ausgangssignale von der Detektorelektronik 4o unverändert bleiben. Der Dämpfungskoeffizient Kn muß sowohl positive als auch negative Werte einnehmen können, wobei die negativen Werte die Ebenen zwischen der Ebene Db und der Unterseite des Kollimators 2o und die positiven Werte des Koeffizienten Ebenen unter der Ebene Db entsprechen.

Es ist klar, daß durch Verdoppelung "bestimmter !Peile des in Fig. 3 gezeigten Systems verschiedene Ebenen der Ausgabe simultan erhalten werden können. Darüber hinaus können die x, y-Signale von der Detektorelektronik 4o und die Sinusö- und KosinusO-Signale von den Funktionengeneratoren 45 und 46 auch ^ auf geeigneten Aufzeichnungsmitteln für die spätere Wiedergabe ™ über ein entsprechendes Gerät aufgezeichnet werden, um "scharfe" Wiedergaben ausgewählter Ebenen zu erhalten.

In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch gezeigt. Diese Ausführungsform enthält einen großen Kollimator 2o^f mit mehreren Kanälen schräggestelitär Öffnungen, der um seine eigene Z-Aehse inter der Steuerung einer Antriebseinrichtung 25^f rotiert, und einen Detektor 3o, der mechanisch in Bezug zu dem Kollimator 2o' so angeordnet ist, daß

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er um die Z-Achse, um die der Kollimator 20· rotiert, präzessiert. Diese Prozession kann mit Hilfe eines Systems 31 erreicht werden, um die X₁ Y-Orientierung. des Detektors 30 festzulegen, während die Bewegung sowohl in X-als auch in Y-Hichtung simultan freigegeben ist. Die Bewegung des Kollimators 20' kann dann zum Antrieb des Detektors 30 in einer kreisförmigen Präzessionsbewegung durch entsprechende mechanische Kopplung verwendet werden. Die Einzelheiten einer solchen Kopplung sind einfach zu erreichen und brauchen daher hier nicht beschrieben zu werden. Die Ausgänge, die von der Antriebseinrichtung 25* ausgehen und die X, Y- und T-Ausgänge von der Detektorelektronik 40 werden in der gleichen Weise verarbeitet, wie dies in Zusammenhang mit FigV 3 geschildert wurde* * ·

Aus der Fig. 1 wird klar, daß eine ¥eränderung des Radius der kreisförmigen Präzession des Detektors 31 die Gestalt der Region konstanter Empfindlichkeit unter dem Kollimator 20 und die 3?iefe der konstanten Fokussier-Ebene (Db £n Fig. 1) ändert* Die konstante Fokussier-Ebene, welche die Öbjektebene ist₉ die ••scharf¹¹ ohne Veränderung der Detektor-^Äiisgangskoordinatensignale ausgegeben wird, ist jeweils die Stelle mit dem größten Teil der Region konstanter Empfindlichkeit» Unter bestiimnten tJmstanden kann es wünschenswert sein, die Möglichkeit der Veränderung der Gestalt der Region konstanter Empfindlichkeit zu haben j dies kann erreicht werden» indem man einen variablen Eadius der Prozession des' Detektorsystems

^ ^ der obigen Beschreibung wird klai¹,, daß die Erfindung in Form ihres allgemeinen Gedankens aucli in eine© System verwendet werden kann, bei dem ein Abbild direkter» ©Me die Entwicklung von x, y-Signalen zur Steuerung eines Öszilloskopen gebildet wird, angewendet werden kann, wie beispielsweise bei einem Bildverstärkersystem. Die, konstante Fokussierebene könnte in einem solchen System verwendet werden, um verschiedene Ebenen eines Subjektes

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auszugeben, in dem von eines geänderten Abstand zwischen Kollimator lind Objekt oder von einea geänderten Badius dtr Präseesion Gebrauch gemacht wird.

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Claims

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. . Patentansprüche:

(ti Vorrichtung zum Abbilden der Volumenverteilung von Radionukliden in einem Untersuchungsobjekt mit einem Strahlendetektor in der Form eines im wesentlichen ebenen strahlenempfindlichen Umsetzers.· des Typs, der einen Ausgang erzeugt, «elcher ebene Lagekoordinaten jedes Strahlenquantums wiedergibt und mit einer Strahlenabschirmung, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenabschirmung zwischen Umsetzer und Objekt eine im wesentlichen einheitliche Strahlenaufnahmerichtung für jeden Elementarbereich des Umsetzers definiert, und daß eine Antriebseinrichtung mit dem Strahlendetektor und der Strahlenabschirmung zusammenwirkt, um die Lage des Strahlendetektors in Bezug auf das Objekt und die Strahlenaufnahmerichtung, die von der Strahlenabschirmung definiert wird, in Bezug auf den Umsetzer in synchroner Weise zu ändern, um eine vorbestimmte, nachgebildete Bewegung jedes Abbildes zu erzeugen, welches auf dem Umsetzer durch Strahlenquanten erzeugt wird, die von Radionukliden in jedem Elementarvolumen des Objektes ausgehen, wobei die vorbestimmte, nachgebildete Bewegung sich in Übereinstimmung mit den Volumenlagekoordinaten jedes der Elementarvolumina derart unterscheidet, daß der Ausgang von dem Strahlendetektor in geeignete Information bezüglich der Verteilung der Radionuklide in eine Ebene des Objektes in beliebigem vorbestimmten Abstand von dem Umsetzer übersetzt werden kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ein- : richtung zur Aufnahme des Ausganges von dem Strahlendetektor, ; um den Ausgang in Übereinstimmung mit der vorbestimmten, nachgebildeten Bewegung in eine nutzbare Abbilddarstellung der

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Verteilung von Radionukliden in einer Ebene des Objektes in ausgewähltes Abstand von dem Umsetzer, zu übertragen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenabschirmung einen Kollimator aus im wesentlichen strahlenundurchlässigen Material enthält, welcher ein PeId von wechselseitigim Abstand angeordneten Öffnungen, die jeweils eine gemeinsame in Bezug auf jien Umsetzer nicht senk-

° definiert,

rechte axiale Orientierung habend daß der Kollimator drehbar in Nachbarschaft des Umsetzers angeordnet ist, daß die Antriebseinrichtung eine Einrichtung enthält, die eine Präzession des Detektors in einemKreis mit vorbestimmtem Radius und eine Rotation des Kollimators synchron erzeugt, so daß die vorbestimmte, nachgebildete Bewegung jedes Abbildes im wesentlich kreisförmig ist, wobei der Mittelpunkt jeder kreisförmigen Bewegung den Ebenen Lagekoordinaten des zugeordneten Elementarvolumens entspricht und der Radius der kreisförmigen Bewegung eine vorbestimmte Funktion des Abstandes zwischen dem zugehörigen Elementandumen und dem Umsetzer sowie der Axialorientierung der Öffnungen und den vorgewählten Radius der kreisförmigen Fräzession ist.

r
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Umsetzungseinrichtung, die den Ausgang des Strahlendetektors aufnimmt, um kontinuierlich die Lage des Detektors zu fühlen und den Ausgang in Übereinstimmung mit einem vorgewählten Wert der vorbestimmten Funktion und der Lage des Detektors in edae fokusierte Abbilddarstellung der Verteilung von Radionukliden* in einer zugehörige Ebene des Objektes umzuwandeln.

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Vorrichtung naoh Anspruch A₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Aohse der Prasessiondta Detektors den Ursprung*eines festgelegten Yolumenkoordinatensys tems bestirnt, wobei die I, Y-Koordinatenebene parallel «u dem Umsetser liegt, daß ier Ausgang dea Strahlendetektors ein erstes Paar von Signalen enthält, daaAn Torseichen und Größe die x, y-Koordinaten des Auf treffena jedea Strahlenquants auf dem Umsetzer in Besvg auf ein rechtwinkliges Koordinatensystem darstellt, welohea in Besug auf den Detektor festgelegt ist, sich aber in einer kreiafttrmlgen Präseasion um den Ursprung des festgelegten Yolumenkoordinatensysterns dreht und daß die TTavandlungs- einrichtung einen Punktionengenerator enthält, der mit dem Detektor suaawenarbeitet, um ein «weites Paar von Signalen «u eraeugen, dal in Toreeiohen und Größe die Kosinus- und Sinusfunktionen der Winkellage des Detektors wiedergibt, eine .Danpfiuigaeinrichtung gur gleichwäeigen DtJipfung jedes der .^: Signale des «weiten Paares in Übereins ti bsi ι ι ig, mi t einew Tor- ■;;■ ■ gewählten Dampfungewert, der den rorgewählten Wert der Torbeatimsiten Funktion darstellt, und eine arithmetische Einrichtung «um arithmetiaohen Kombinieren des ersten Signalpaares und dea ged&mpften «weiten Signalpaares «ir lr«eugung eines dritten Signalpaare«, welches in Vorzeichen und Größe korrigierte X, Y-loordinaten des Auftreffens jedes Strahlenquants in Beeug auf das Yolumenkoordinatensystem derart darstellt, daß die Ton Radionukliden in einem Elementarroluaen der zugeordneten Ebene ausgehende .Strahlung das dritte Signalpaar ürseugt, welches im wesentlichen die X₁ Y-Koordinaten des E3.ementarrolumene unabhängig Ton der Orientierung des Detektors wiedergibt, wShrend Strahlung, die Tön Radionukliden in Elementarrolumina ausgeht, die nicht auf der asugeordneten Ebene liegen, das dritte Signalpaar erzeugt, welches X, !-Koordinaten eines Punktes auf dem kreisförmigen Weg wiedergibt, welcher von der Orientierung des Kollimators abhängt.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungseinrichtung eine Ausgabeeinrichtung enthält, die das dritte Signalpaar aufnimmt, um ein sichtbares Abbild mit einer Anzahl von Elementarzeichen zu.erzeugen, welche jeweils einem einzelnen Strahlenquant entsprechen, daß auf den Umsetzer auftrifft und in einem zugeordneten Koordinatensystem in Übereinstimmung mit den korrigierten, zugeordneten X, Y-Koordinaten angeordnet sind, wobei das Abbild für die zugeordnete Ebene scharf und für alle anderen Ebeen unscharf ist.

7. Vorrichtung zum Abbilden eines Objektes mit einer dreidimensionalen Verteilung von Radionukliden, gekennzeichnet durch einen Strahlendetektor mit einem strahlenempfindlichen Umsetzer mit einer zweidimensionalen Strahlennachweisfähigkeit und einer dem Umsetzer zugeordneten Nachweiseinrichtung zum Erzeugen sichtbarer elementarer Ausgangssignale entsprechend

in Zeit und relativer räumlicher Verteilung der Lage des Auftreffens eines Strahlenquants auf den Umsetzer, durch einen Vielkanalstrahlenkollimator, der drehbar in Nachbarschaft des Umsetzers angeadnet ist, wobei die Achse jedes Kanales des Kollimators im wesentlichen die gleiche nicht t senkrechte Winkelorientierung in Bezug auf den Umsetzer hat, durch eine Antriebseinrichtung, zugeordnet dem Detektor und dem Kollimator zum Bewegen des Detektors in einer kreisförmigen Präzession eines ausgwählten Radius über dem Objekt und zum Rotieren des Kollimators in synchroner- Beziehung zu dem Detektor, wodurch die Ausgangssignale von dem Detektor ein scharfes Abbild der Verteilung von Radionukliden in einer bestimmten Ebene des Objektes liefern, die von der Winkelorientierung und dem ausgewählten Radius abhängt.

8. Vorrichtung zum Abbilden eines Objektes mit einer dreidimen-■ sionalen Verteilung von Radionukliden, gekennzeichnet durch einen Strahlendetektor mit einem strahlenemfpindlichen Umsetzer mit zweidimensionaler Strahlennachweisfähigkeit und einer dem Umsetzer zugeordneten Ausgangseinrichtung zum Erzeugen eines ersten Signalpaares, X und Y, die die Ebenen Lagekoordinaten des Auftreffens eines Strahlenquants auf •dem Umsetzer wiedergeben, durch einen Vielkanalstrahlenkollimator, der drehbar in Nachbarschaft des Umsetzers angeordnet ist, wobei die Achse jedes Kanales des Kollimators eine im wesentlichen gleiche, in Bezug auf den Umsetzer nicht senkrechte Winkelorientierung hat, durch eine Antriebseinrichtung, die dem Detektor und dem Kollimator zugeordnet ist zum Bewegen des Detektors in einer kreisförmigen Präzession eines ausgewählten Radius über dem Objekt und zum Rotieren des Kollimators in synchroner Beziehung zu dem Detektor, und durch eine Abbildausgabeeinrichtung, die das erste Signalpaar aufnimmt in Übereinstimmung mit der Bewegung des Detektors, um ein ausgegebenes Bild des Objektes zu erzeugen, welches in scharfes Abbild der Verteilung von Radionukliden in einer ausgewählten Ebene des Objektes in einem ausgewählten Abstand von dem Umsetzer sowie unscharfe Abbilder der Verteilung von Radionukliden ausserhalb dieser Ebene enthält.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß.die Abbildausgabeeinrichtung eine erste der Antriebseinrichtung zugeordnete Schaltung zur Erzeugung eines zweiten Signalpaa-

ΠΓ- Czn) tarf 0J cos 9 und, res aufweist, die Koorainatenkorrektürfunktionen/ j~R - \Zn)

j. nil "·'/-» /darstellen ------

tan 0J sm Θ, /wobei:

R = der ausgewählte Radius der Präzession 0 = der konstante Winkel zwischen den Achsen der

Kollimatorkanäle und einer normalen zu dem ·

Umsetzer,

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θ = die Zeitvariable zylindrische Koordinate des Detektors, und Zn = Abstand der scharf abzubildenden Ebene von dem Umsetzer ist,

durch eine zweite Schaltung zum arithmetischen Kombinieren der ersten und zweiten Signalpaare zur Erzeugung eines dritten Signalpaares, die korrigierte Lagekoordinaten wiedergeben, die einem mit dem Umsetzer wechselwirkenden Strahlenquant zugeordnet sind, und durch eine Ausgabeeinrichtung zur Aufnahme des dritten Signalpaares zur Erzeugung eines Abbildes, welches eine Anzahl von KLementarzeichen enthält, die jeweils einem einzelnen Strahlenquant entsprechen, daß mit dem Umsetzer wechselwirkt und in Übereinstimmung mit den zugeordneten korrigierten Lagekoordinaten angeordnet ist,

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