DE2225616C2 - Verfahren zur Abstands- und Schichtdickenmessung mit Hilfe von gamma-Strahlern - Google Patents

Description

(Ey = 0,76 MeV)J⁸⁶Zn(E,, = 1,11 MeV) demonstriert, mit zunehmender Schichtdicke s (s 0, 10 und 20 cm) des Absorbers (Wasser) beobachtet werden (F i g. 1).

Bekanntlich nimmt die Wahrscheinlichkeit für die Streuung eines y-Quantes in einem Compton-Prozeß, in dem, je nach Streuwinkel, ein Teil der Energie an den Stoßpartner abgegegben wird, mit der im Absorber zurückgelegten Wegstrecke zu. Somit vermindert sich mit wachsender Schichtdicke für ein von der Strahlungsquelle P emittiertes y-Quant die Wahrscheinlichkeit, ungestreut den im Abstand.? plazierten Detektor/) zu erreichen.

Analysiert man nun die bei verschiedenen Schichtdicken aufgenommenen y-Spektren hinsichtlich des gestreuten (N_r) und ungestreuten {N_p) Anteils von y-Quanten (Fig. 2), so läßt sich zwischen ί und beispielsweise dem Quotienten N_p/N_c (—- Q) fü^ die verschiedenen Radionuklide eine sehr enge Korrelation nachweisen (F i g. 3). Diese kann nun, sofern Eichung und eigentliche Messung unter identischen Bedingungen erfolgen, zur Bestimmung der gesuchten Schichtdicke ausgenutzt werden.

Aus einem Vergleich der verschiedenen Radionuklide geht hervor, daß bei ein und demselben Absorber das Nuklid mit der niedrigsten y-Energie die ausgeprägteste Abhängigkeit aufweist (F i g. 4). Dies aber bedeutet für eine praktische Anwendung, daß bei einer Bestimmung von s die höchste Genauigkeit mit Radionukliden niederer y-Energie zu erzielen ist. Diese hängt wiederum von der statistischen Genauigkeit ab, mit der die Spektrumsanteile N_p und N_e letztlich registriert werden. Sie Icann somit aus den erhaltenen Meßdaten direkt berechnet werden.

Eine Gegenüberstellung der verschiedenen Absorber dagegen zeigt, daß bei ein und demselben Radionuklid (⁸⁵Sr) der Absorber mit der höchsten Dichte (Glas) die ausgeprägteste Korrelation aufweist (F i g. 5).

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet somit, die zwischen einer Strahlungsquelle P (y-Strahler), deren Intensität nicht bekannt zu sein braucht, und einem Detektor/) (z.B.: NaJ(Tl)-Szintillator) bestehende Entfernung d ohne direkten Kontakt mit einer Eindetektoranlage zu messen. Ist der Zwischenraum zwischen P und D von einem beliebigen Absorber von der Schichtdicke s erfüllt, so kann im 1. Falle (s = d) die Schichtdicke s und damit die vorliegende Entfernung«/ direkt ermittelt werden. Im 2. Falle (d—s — konst.; s d) wird bei bekanntem Abstand d—s zunächst die Schichtdicke 5 erhalten, woraus d wiederum folgt.

Die Vorzüge des beschriebenen Verfahrens liegen vor allem darin, daß:

die Messungen mit den in der Nuklearmedizin ' üblichen Nukliden (⁵¹Cr, "⁸Au, ¹³¹J, u. a.) durchgeführt werden können, Besonderheiten des Zerfallsschemas daher nicht vorausgesetzt werden:

2. zwischen der gesuchten Schichtdicke λ bzw. Entfernung d und der eigentlichen Meßgröße (ζ. Β.: Q j eine eindeutige, sehr ausgeprägte Relation besteht, wobei die Genauigkeit der Messung vor allem durch den bei der Aktivitätszählung auftretenden statistischen Fehler, der stets angebbar ist, bestimmt wird;

3. die Messungen mit einer '--onventionellen Eindetektoranlage, die mit zwr Impulshöhenanalysatoren ausgestattet ist, vorgenommen werden kann. Die Schwellwerte der Diskriminatoren sind hierbei so eingestellt (F i g. 2), daß gestreute neben ! ngestreuten Quanten simultan gezählt werden können. An Stelle einer Dualkanalanlage kann auch ein entsprechend programmierter Vielkanalimpulshöhenanalysator verwendet werden, der zweckmäßigerweise durch Bildung geeigneter Untergruppen beide Anteile zu unterscheiden gestattet. Spezielle Kollimatoren werden bei den Messungen nicht benötigt. Die Bestimmung von s bzw. d kann auch mit einer konventionellen Einkanalanlage erfolgen, sofern N_p und N_e nacheinander gemessen werden.

Das beschriebene Verfahren ist streng suf punktförmige Strahlungsquellen in einem beliebigen Medium anwendbar. Unter Verwendung geeigneter Kollimatoren (einfacher Parallelloch-Kollimator) kann auch die Tiefenlage radioaktiv markierter Schichten bestimmt werden. Bei räumlich ausgedehnten .Strahlungsquellen dagegen kann aus den Meßdaten lediglich eine durchschnittliche Größe für die vorliegende Tiefenlage erhalten werden, die, bei nicht allzu großer Ausdehnung des Meßobjektes in i'-D-Richtung, näherungsweise der Schwerpunktslage des radioaktiv markierten Bereiches entspricht. Homogenität der Aklivitätsspeicherung wird hierbei vorausgesetzt. Eine tomographische Darstellung des Meßobjektes ist mit dem an£££ebenen Verfahren nicht möglich. Dagegen können recht genaue Angaben über die durch das betreffende Organ insgesamt aufgenommene AKt^;vität erhalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

tretenden Sirahlenabscrption durch zwischenliegende Patentansprüche: Gewebeschichten unbekannt ist. Da d.e Zahlgeometnc bei der einzelnen Messung ebenfalls nicht zugänglich

1. Verfahren zur Abstands- und Schichtdicken- ist, kann eine Bestimmung der durch das betreffende messung mit Hilfe von y-Strahlern durch Ermitt- 5 Organ insgesamt aufgenommenen Aktivität nicht lung der von den emittierten y-Quanten der Strah- oder nur in grober Näherung durchgeführt werden, lungsquelle bis zum Detektor zurückgelegten Weg- Bei Organanomalien sind sowoh hinsichtlich der strecke in einem beliebigen Medium, wie z. B. Luft, Aktivitätsverteilung als auch bezüglich der Urganlage Wasser, Sand, Glas, Stahl usw., dadurch eindeutige Informationen nicht mehr zu erhalten, msge ken η zeich net, daß die bei einem be- ίο besondere dann, wenn der Fokalbereich des verwenliebigen Medium im y-Spektrum auftretende deten Kollimators mehr oder weniger außerhalb der charakteristische Veränderung der Spektrums- zu messenden radioaktiv markierten Schicht liegt,
anteile hinsichtlich des ungestreuten Anteils N_v Zur Durchführung von Aktivitatsverteilungs-Mes- bzw. des gestreuten Anteils N_c der y-Quanten als sungen sind bisher insbesondere zwei Verfahren Funktion des Abstandesd bzw. der Schichtdicke s 15 bekannt:

aufgenommen wird. j Bestimmung der Tiefenlage von Organen unter

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Anwendung stark fokussierender Kollimatoren: zeichnet, daß zur Bestimmung des Abstandes d ₂ Ermittlung der Organlage unter Verwendung von bzw. der Schichtdicke s der Quotient N_p/N_c bzw. ' Radionukliden mit speziellen Zerfallseigenschaften NrINp als Variable zugrunde gelegt wird. 20 (y-y-Kaskadenübergänge).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Abstandest ad 1. Kollimatoren mit eng begrenztem Fokal bzw. der Schichtdicke λ· eine zu den Spektrums- bereich sind grundsätzlich dazu geeignet, die in einem anteilen N_p bzw. N_c bestehende beliebige mathema- beliebigen Medium auftretende dreidimensionale Akti tische Funktion zugrunde gelegt wird (z. B.: as vitätsverteilung zu erfassen. Die Methode wird in ihrer Np-Nc - f[s,d];N_e-N_p ==■■ f[s,d]; N_P/[N_P\ N_e] praktischen Anwendung jedoch dadurch eingeschränkt, - f[s, </]; Nd[Np+ Nc₁ ---- f[s, </]). daß unter diesen Bedingungen die Zählausbeute stark

4. Verfahren nach Anspruch \, dad; rch gekenn- abnimmt. Umgekehrt weisen Kollimatoren mit einer zeichnet, daß zur Bestimmung des Abstandest/ höheren Zählausbeute in der Regel eine geringere bzw. der Schichtdicke s eine zu den, ve t der Dis- 30 Auflösung auf (S. P. T s i a 1 a s and G. J. H i η e : kriminatoreinstellung bzw. Untergruppenaufteilung »Collimator characteristics for radioisotope scanning«, abhängigen, den Spektrumsanteilen N_p und N_c Journal of Nuclear Medicine 11, S. 100 bis 106, 1970 proportionalen Größen aN_p bzw. bN_e bestehende [USA]).

beliebige mathematische Funktion zugrunde gelegt ad. 2 Die Bestimmung der dreidimensionalen Akti-

wird (z. B.: aN„lbN_c -= f[s,d]\ bNc/aN_p = f[s,d]; 35 vitätsverteilung unter Ausnutzung von /-/-Kaskaden

aNp-bNc^- f[s,d\; bN_e~aN_p - f[s,d]; aN_pj setzt eine mit speziellen Kollimatoren ausgerüstete

[aNp + bNc] ---- f[s, </]; bN_cl[aN_p + bN_e] = f[s,d]), Mehrdetektoranlage voraus. Im Hinblick auf den

wobei α und b beliebige rationale Zahlen sind. relativ apparativen Aufwand sowie insbesondere wegen

des für eine Einzelbestimmung noch erheblichen Zeit-40 bedarfs konnte auch diese Methode in der praktischen

Anwendung eine größere Bedeutung bisher nicht

erlangen (H. A. K ü η k e 1 und E. U. von Weizsäcker: »Zwei neue Möglichkeiten zur In-Vivo-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abstands- Messung gammastrahlender Nuklide«, Vortrag auf der

und Schichtdickenmessung mit Hilfe von y-Strahlern 45 7. Jahrestagung der Gesellschaft für Nuklearmedizin,

durch Ermittlung der von den emittierten y-Quanten Zürich, 1969; G. S. Freedman: »Tomography

der Strahlungsquelle bis zum Detektor zurückgelegten with a gamma camera«, Journal of Nuclear Medicine

Wegstrecke in einem beliebigen Medium, wie z. B. 11, S. 602, 1970 [USA]).

Luft, Wasser, Sand, Stahl usw. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Es soll hierbei die Tiefenlage radioaktiv markierter 50 eine für den Abstand Detektor (D) — ■ Strahlungs-Bereiche in dem betreffenden Medium bestimmt wer- quelle (P) repräsentative und eindeutige Meßgröße den, wobei die Kenntnis der Intensität der Strahlungs- zu erhalten und eine Tiefenlokalisation mit begrenztem quelle nicht vorausgesetzt wird. aparativem Aufwand (Eindetektoranlage) mit den in Solche Messungen können z, B. auch an nicht oder der Nuklearmedizin gebräuchlichen Radionukliden nur schwer zugänglichen Objekten durchgeführt 55 (z. B.: ⁶¹Cr, ¹⁹⁸Au usw.) rasch und möglichst genau werden und sind von besonderem Interesse auf dem durchzuführen.

Gebiet der Nuklearmedizin zur Tiefenlokalisation Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geradioaktiv markierter Organe bzw. Tumöre. löst, daß die bei einem beliebigen Medium im y-Spek-Die Tiefenlokalisation von aktivitätsspeichernden trum auftretende charakteristische Veränderung der Organen und Tumoren vermag, in Verbindung mit 60 Spektrumsanteile hinsichtlich des ungestreuten An-Kenntnissen des anatomischen Aufbaus, dem Nuklear- teils N_p bzw. des gestreuten Anteils N_c der y-Quanten mediziner wichtige diagnostische Hinweise zu ver- als Funktion des Abstandes d bzw. der Schichtdicke s mitteln. Solche Messungen werden dadurch notwendig, aufgenommen wird.

daß die konventionelle szintigraphische Darstellung Die Abhängigkeit der Spektrumsanteile N_p bzw. N_e von Organen und Tumoren in ihrer Aussage Ein- 65 vom Abstand d bzw. Schichtdicke s konnte unter Abschrankungen unterliegt. So repräsentieren die hierbei nutzung der Besonderheiten der y-Spektren von erhaltenen Meßdaten lediglich eine zweidimensionale Radionukliden nachgewiesen werden, wie sie, an Hand Aktivitätsverteilung, wobei der Umfang der auf- von drei Beispielen (⁸⁵Sr (E_Y = 0,51 MeV); ⁹⁵Nb