DE2252824A1

DE2252824A1 - Verfahren und geraet zum nachweis und zur messung von radioaktivitaet im menschlichen koerper

Info

Publication number: DE2252824A1
Application number: DE2252824A
Authority: DE
Inventors: Yves Petit-Clerc
Original assignee: Universite de Sherbrooke
Current assignee: Universite de Sherbrooke
Priority date: 1971-10-29
Filing date: 1972-10-27
Publication date: 1973-05-03
Also published as: GB1389672A; US3808440A; CA961989A; FR2159064A5

Description

Patentanwälte Dr. Ing. Walter Abitz Dr. Dieter F. Morf Dr. Hans-A. Brauns München 86, PiMHiMuMtr.21

27. Oktober I972 Sheru 5-D

UNIVERSITE DE SiIERBROOKE Sherbrooke, Quebec, Kanada

Verfahren und Gerät zum Nachweis und zur Messung von Radioaktivität im menschlichen Körper

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zum Nachweis und zur Messung von Radioaktivität im menschlichen Körper.

Viele Diagnosen in der Nuklearmedizin beruhen darauf, daß dem Patienten radioaktive Tracer-Markierungssubstanzen einverleibt werden, welche energiereiche Photonen (beispielsweise Gammastrahlen) emittieren, und auf der nachfolgenden Messung der Radioisotopenverteilung innerhalb des Organismus. Beispielsweise kann bei einer grösseren Vaskularisxerung ein Zerebraltumor bei einem Patienten festgestellt und genau lokalisiert werden, was durch Messen der Zählrate der von den verschiedenen

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Bereichen des Kopfes emittierten Photonen von aussen geschieht.

Es sind im Handel bereits viele Vorrichtungen bekannt, die eine Abbildung der Radioaktivitätsverteilung formen. Eines der Probleme jedoch, die mit diesen bekannten Detektorsystemen und aus diesen erhaltenen Datendarstellungen ist die Schwierigkeit der Betrachtung von Radioaktivitätsquellen, die durch darüberliegende Radioaktivität sbereiche verdeckt sind. Die meisten der bisher verwendeten Methoden zum Nachweis und zur Messung von Radioisotopenverteilungen im menschlichen Körper beruhen auf der Messung der mittleren Radioaktivität über eine grosse Tiefe. Hierdurch wird der Kontrast weitgehend herabgesetzt und kann das Potential eines grundsätzlich leistungsfähigen Verfahrens der medizinischen Forschung und Untersuchung verringert werden.

Die meisten gewöhnlich verwendeten Nachweisgerate bzw. Detektoren zur Abtastung sind vom Kollimatorfokussirtyp, beispielsweise wie von G.V. Hine in einem Aufsatz mit dem Titel "Instrumentation in Nuclear Medicine", erschienen in der Academic Press, 1967, beschrieben. Die Positronenabtastung wird auch wegen der inhärenten Fokussiereigenschaf ten von Koinzidenzmessungen verwendet. Obwohl diese Verfahren wirksam zum Erzielen eines sehr kleinen Nachweisbereiches in der Brennebene ergeben, leiden sie jedoch alle an übermässiger Nachweisempfänglichkeit ausserhalb der Fokussierebene. In der Tat erstreckt sich, wenn ein 50 %iges Nachweisprofil als angemessen betrachtet wird, wie im Falle einiger Detektoren von sehr guter Kollimation, eine 12 % Isoresponse-Kurve, beispielsweise weit vom Eokussierbereich. Das zwischen den 12 %- und 50 % Flächen eingeschlossene Volumen ist derart, daß eine viel höhere Zählrate aus diesem Volumen als aus dem interessierenden Volumen erhalten wird, das

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gewöhnlich als innerhalb der 50 %-Fläche liegend betrachtet wirde Wenn der interessierende Bereich tief innerhalb der Gewebe ist, ist das Ansprechen auf eine Punktquelle geringer als an der Oberfläche und reduziert immer noch das Verhältnis der Zählung von dem gewünschten Bereich auf das umgebende Volumen.

An den vorerwähnten Nachweissystemen wurden viele Verbesserungen vorgenommen. Diese Verbesserungen haben eine genauere Darstellung der Radioaktivitätsverteilung ermöglicht. Die Nebenwirkungen, wie die Compton-Diffusion in den Geweben, die Absorption indan Geweben, das Hindurchtreten von Gammastrahlen durch die Kollimatorwände, sind jedoch zahlreich und wirken sich dahingehend aus, daß die Messung immer noch sehr ungenau ist*

Es besteht daher offensichtlich einBedarf für einen Detektor, der im Idealfall empfindlich für ein gegebenes Volumen ist, nicht notwendigerweise sehr klein ist, jedoch eine scharfe Grenze und eine sehr schwache Reaktion im umgebenden Bereich hat. Kleine Verletzungen von einer relativ geringen differentiellen Absorption können durch ein solches Gerät leichter festgestellt werden und die Messung absoluter örtlicher Aktivitäten könnte durchgeführt werden*

Praktisch hängt das Erzielen einer sehr¹ zufriedenstellenden Messung von der Empfindlichkeit und der Auflösung des Detektors ab. Die Empfindlichkeit des Detektors ist sein Vermögen, sehr kleine Veränderungen der Aktivität von einer Stelle zur anderen anzuzeigen. Obwohl der Zeitfaktor, d.h. die Schnelligkeit, mit welcher eine Information erhalten wird, natürlich einen Teil des Empfindlichkeitskorizepts darstellt, ist die Zählrate

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allein nicht eine absolute Angabe über die Empfindlichkeit. Eine hohe Zählrate kann sehr wenig Information enthalten und es wik'de beispielsweise ein Detektor, der für die Gesamtaktivität des Gehirns empfindlich ist, zur Messung der Aktivitätsverteilung ungeeignet sein. Ferner ist eine angemessene spektrale Auflösung ein Hauptfaktor bei der Messung von Aktivitätsverteilungen. Es wurde festgestellt, daß die Spezifikationen verschiedener bekannter Vorrichtungen hinsichtlich dieses Faktors zu einer grossen Verwirrung führen. Bestimmte Arten von Detektoren, beispielsweise im Falle des Szintillationsdetektors, eine ausgezeichnete Auflösung in der Brennebene, jedoch erweitert sich das Nachweisprofil stark in der Tiefe auf jeder. Seite der Brennebene, so daß eine höhere Zählrate ausserhalb der Brennebene erhalten wird. Diese Vorrichtungen müssen mit Sorgfalt betrachtet werden, da sie das Auffinden heisser und kalter Punkte erhöhter oder verringerter Radioaktivität nicht gewährleisten. Eine Spezifikation der Auflösung in einer Ebene für Punktquellen ergibt sehr wenig Aufklärung über die Charakteristik eines Detektors.

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Nachweisgerätes, bei dem die vorgenannten Nachteile überwunden sind und das durch seine erhöhte Tiefenauflösung und hohe Empfindlichkeit gekennzeichnet ist.

Ferner gehört es zur Aufgabe der Erfindung, ein Gerät und ein Verfahren zum Nachweis und zur Messung von Radioaktivitätsverteilungen im menschlichen Körper anzugeben, um eine genaue Messung einer örtlichen Aktivität selbst beim Vorhandensein einer gleichmässigen radioaktiven Verteilung um das zu untersuchende Objekt

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herum erzielen zu können.

Weiter gehört es zur Aufgabe der Erfindung, die Genauigkeit der Diagnosen für verschiedene physiologischen Bedingungen bei einem Patienten zu verbessern.

Die Erfindung ist daher auf ein Verfahren zur Messung einer radioisotopen Verteilung im menschlichen Körper gerichtet, bei dem auf entgegengesetzten Seiten eines ausgewählten Bereiches des menschi.ichen Körpers eine
Anzahl Gammastrahlendetektoren angeordnet wird, um
mindestens zwei Nachweiskanäle zu bilden, ein erster
Kanal so angeordnet wird, daß er sich durch die Mitte des ausgewählten Bereiches erstreckt, und ein zweite:*? Kanal so, daß er sich exzentrisch zu dieser Mitte erstreckt, der ausgewählte Bereich in der Weise abgetastet wird, daß eine gleichzeitige relative Drehbewegung zwischen den Detektoren und dem ausgewählten Bereich erzeugt wird, die durch die Detektoren für 33den Kanal empfangenen Zählstöße aufgezeichnet werden und die Zählstöße des ersten Kanals von den Zählstößen des zweiten Kanals subtrahiert werden, um dadurch eine Nettozählung für
den ausgewählten Bereich zu erhalten.

Ferner ist die Erfindung auf ein verbessertes tomographisches Nachweisgerät gerichtet, das aus einer Reihe von Detektoren besteht, die so angeordnet sind, daß
sie zwei Nachweiskanäle bilden, von denen der eine
mit Bezug auf die Drehachse geringfügig versetzt ist, während der andere Kanal die erwähnte Achse enthält,
wobei eine Halterung als Träger für die Detektoren
vorgesehen ist, die dazu dient, eine relative Drehbewegung zwischen den Detektoren und dem ausgewählten Bereich' zur Aufzeichnung und zum Subtrahieren der

fr
Zählstöße herbeizuführen.

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Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden näheren Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und zwar zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung von zwei Nachweiskanälen unter Verwendung von drei Detektoren um ein interessierendes Objekt herum;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der beiden Nachweiskanäle bei Verwendung von vier Detektoren;

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Meßwerterfassungssystems, das mit dem Abtaster nach Fig. 2 verwendet wird;

Fig. U eine graphische Darstellung eines Vergleichs der berechneten Ansprechwerte und der experimentellen Werte für Kristalle mit einer'Nachweisoberfläche von 26 m χ 25 mm (1 " χ 1 ") und mit gegenüberliegenden Kristallen in einem Abstand von 50 cm (20 ") voneinander;

Fig. 5A ein typisches Nachweisprofil eines Detektors von guter Kollimation für geringe Energie;

Fig. 5B ein berechnetes Detektorprofil eines erfindungsgemässen umlaufenden Nachweisgerätes;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der relativen Zählrate je Radiuseinheit für gleichmässige Verteilung und

Fig. 7 eine Draufsicht einer Abtasteinrichtung gemäß der Erfindung.

Vor der Beschreibung der Erfindung soll ein typisches

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Nachweis- und Meßsystem beschrieben werden. Eine" Positronen emittierende Substanz, beispielsweise As 74, welche die Neigung tat, sich in bestimmten Tumorarten anzureichern, wird dem Patienten einverleibt. Nachdem sich die radioaktive Substanz in dem zu untersuchenden Gewebe angereichert hat, entsteht durch das emittierte Positron eine Strahlung, welche als Anzeige für die Lage, die Gestalt und anderer Merkmale des Gewebes dienen kann. Wenn sich ein Elektron mit einem Positron vereinigt, wird das Positron vernichtet und emittiert zwei Gammaphotonen (von 511 - keV). Der Nachweis beruht auf der Kenntnis der Lage der beiden Photonen zum Zeitpunkt der Messung, aus welcher die Weglänge beider Gammateilchen abgeleitet werden kann und bei Annahme einer beliebigen Brennebene die Position der Vernichtung ebenfalls abgeleitet wird»

Fig. 1 gibt eine schematische Darstellung der Erfindung, welche in der Verwendung von zwei Nachweiskanälen A und B besteht, welche ein zu untersuchendes Objekt 0 durchqueren, in das eine Positronen emittierende Substanz injiziert worden und nun angereichert ist. Dieses Objekt 0 kann ein Gehirngewebe sein. Zur Bildung der Kanäle A und B werden mindestens drei Detektoren verwendet, die mit 10, 12 und 14 bezeichnet sind. Die Detektoren können an einer Halterung befestigt sein, welche um deren geometrische Mitte C drehbar ist, die sich in· der Mitte des Nachweiskanals A befindet,, Der Kanal B ist mit Bezug auf diese Mitte C etwas versetzt. Wenn die gesamte Detektoranordnung um ihre geometrische Mitte gedreht wird, ist die Wahrscheinlichkeit der Zählung von Ereignissen während einer vollständigen Umdrehung, die von der Mitte weit entfernt sind, nahezu die gleiche für die Kanäle A oder B. Der Kanal A nimmt jedoch nur

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die Strahlung in der Nähe der Mitte auf. Zur Erläuterung sei angenommen, daß in Fig. 1 eine Punktquelle Q durch die Detektoren 12 und 14 festgestellt wird. Es kann nur der Kanal A die Zählung des Mittelbereichs, in welchem sich der Punkt Q befindet, registrieren. Da jedoch die Detektoren 10, 12, IU umlaufen, wird eine Punktquelle bei S sowohl durch die Detektoren 10, 12 als auclt durch die Detektoren 12, 14 festgestellt. Wenn die Differenz zwischen A und B genommen wird, wird nur eine Nettozählung aus dem Mittelbereich erhalten. Die Zählrate muß ausreichen, um eine angemessene Statistik zu erhalten. Mit anderen Worten, die Gesamtzahl der akkumulierten Zählungen muß ausreichend groß sein, damit die zwischen den beiden Werten erhaltene Differenz wesentlich ist (grosser als die statistischen Schwankungen der Kanäle A und B), Die Drehgeschwindigkeit der Anordnung ist praktisch unwesentlich, so lange eine vollständige Anzahl von Umdrehungen (d.h. für eine kleine Zahl) stattfindet. Wenn die Zahl der Umdrehungen beträchtlich ist ( beispielsweise 20 und mehr ) braucht dieses Erfordernis nicht mehr zu sein.

Gemäß Fig. 2 und 3 besteht ein weiteres Verfahren zum Erzielen einer optimalen Empfindlichkeit in der Verwendung einer oder mehrerer Gruppen von vier Detektoren 16, 18, 20, 22, die mit Koinzidenzschaltungen 24, 26, 28, 30 in der Weise verbunden sind, daß vier Nachweisstrahlen erhalten werden:

16 arbeitet in Koinzidenz mit 22

18 arbeitet in Koinzidenz mit 20 " ^{Kanal A}

16 arbeitet in Koinzidenz mit 18 j

20 arbeitet in Koinzidenz mit 22 I Kanal B

Die Zählstöße werden addiert, um den Kanal A und den Ka-

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nal B zu bilden, C ist die geometrische Mitte der Detektoranordnung, Auch hier ist, wenn die Gesamtanordnung um ihre geometrische Mitte gedreht wird, die Wahrscheinlichkeit der Zählung von Ereignissen während einer vollständigen Umdrehung, die weit von der Mitte abliegen, für die Kanäle A und B nahezu die gleiche. Der Kanal A nimmt nur Strahlung in der Nähe der Mitte auf. Wie sich aus Fig, 2 ergibt, kann die Punktquelle Q nur von den Detektoren 16 und 22, 18 und 20" (Kanal A) ermittelt werden. Die Punktquelle S wirdwährend der Drehung sowohl durch die Detektoren 16 - 18 oder 18 - 20 als auch durch 16 - 22 oder 20 - 22 festgestellt.

Die Detektoren brauchen nicht auf einer drehbaren Halterung angeordnet zusein, wenn die Messung an indifferenten Objekten von kleinen Abmessungen ausgeführt wird. In solchen Fällen können diese Objekte auf einem drehbaren Tisch angeordnet sein und ähnliche Ergebnisse erhalten werden. Für ärztliche Zwecke wird jedoch gewöhnlich ein drehbarer Ring hergestellt, auf welchem es vorteilhaft ist, viele Gruppen von Detektoren anzuordnen, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Eine typische Schaltungsanordnung zum Erzielen der Sübstraktion von Zählungen zwischen den beiden Kanälen A und B in Fig, 2 ist allgemein in Fig. 3 dargestellt.

Eine andere Möglichkeit zur Durchführung des erfindungs· gemässen Verfahrens besteht darin, den-Kanal A durch Koinzidenz unter Verwendung einer Positronen emittierenden Isotope zu erhalten und den Kanal B durch die Verwandung eines Kollimatordetektors zu erhalten, der nur einzelne Gammateilchen mißt und einen Nachweiskanal hat, der kegelförmig ist.

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Die Leistungen des vorliegenden Verfahrens werden durch die Verwendung von Positronenstrahlen optimiert. Dieses Verfahren ist jedoch nicht auf die Verwendung dieser Isotopen beschränkt. Beispielsweise kann der Kanal A dadurch gebildet werden, daß ein ausreichend langer Bleikollimator von zylindrischer, quadratischer oder rechteckiger Form verwendet wird. Beim Koinzider.znachweis ist die Empfindlichkeit maximal, wenn sie in der Drehungsmitte erzielt wird (wo maximale Information erhalten werden soll). Im Falle des Nachweises im Kanal B Übertreibt dieses letztere Merkmal einen Fehler, der verkleinert oder verhindert warden muß»

Wie erwähnt, besteht die Messung der Nettoempfindlichkeit (net response) in der Berechnung der Empfindlichkeit der Kanäle A und B, worauf B von A subtrahiert wird. Es ist jedoch nicht möglich, die Nettoempfindlichkeit aus einem rein analytischen Ausdruck zu berechnen, so daß die Berechnungen mit Il^lfe eines PDP-9 Computers oder irgendeines anderen ähnlichen Rechners durchgeführt wird.

Beispiel

Fig, U gibt ein Beispiel des gemessenen Ansprechens einer Punktquelle unter Verwendung der folgenden Parameter: L s 50 cm (20 "), D= 25 mm (1 "), wobei L der Abstand zwischen gegenüberliegenden Kristallen ist und D der Flächeninhalt der Kristalle.

Eine experimentelle Nachprüfung wird vorgenommen, wie durch Kreise und "X" dargestellt. Zum ERzielen der experimentellen Werte wurden zur Vereinfachung feste

22 ■ ' .;■■■-Detektoren verwendet und eine 10 ^uCi Na-Quelle wurde

mit 10 U/Min gedreht. Die Grosse der radioaktiven Quelle

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betrug 2 mm im Durchmesser und die geometrischen Parameter waren die gleichen wie für die theoretische Kurve. Ein Vergleich des Nachweisprofils, das mit dem Drehdeläctor und einem fokussierenden Kollimator erhalten wurde, ist in Fig. 5 gezeigt. Die beträchtliche Verbesserung des effektiven Nachweisvolumens, die mit dem Drehdetektor (Fig. 5A) erzielt wird, ist offensichtlich.

Die Kurve A-B in Fig. H definiert das Nachweisprofil in einer Ebene. Das Ansprechen ausserhalb dieser Ebene wird durch die Dicke der Detektoren bestimmt und fällt ausserhalb dieser Dicke infolge des Koinzidenznachweises auf Null ab. Das Ansprechen nimmt linear auf den Höchstwert in der Mitte der Detektoren zu. Die Auflösung kann durch die Verwendung kleinerer Detektoren noch weiter erhöht werden.

Die Empfindlichkeit muß jedoch ausreichend hoch geτ halten werden und 25 mm χ 25 mm (1 " χ 1 ") ist der kleinste praktische Querschnitt für jeden Detektor,

Der negative Teil der Kurve ist vernachlässigbar, wenn eine Punktquelle betrachtet wirdi-In praktischen Situationen ist dies jedoch nicht einwandfrei. Die Kurve A allein scheint eine ausreichende Auflösung zu geben, da ein Punktquellenansprechen betrachtet wird. Es entspricht der üblichen Tomographie, da die Information von einem gegebenen Punkt kontinuierlich aufgezeichnet wird, während die Information von anderen Quellen durch die Drehung der Detektoren ausgebreitet wird. Im Falle einer gleifchmässigen Verteilung ist die ausserhalb des interessierenden Bereiches erhaltene Zählrate viel gröser, als mit der Hochkontrast-Mehrebenenabtastung vereinbar ist.

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Die Kurve A-B zeigt einen wichtigen Deffekt bei einer höheren Zählrate aus dem Kanal B im Abstand von 2 cm von der Drehachse, Dies kann (siehe Fig. 6) aurch die Verwendung von Korrekturkanälen eliminiert werden, die dem Kanal B ähnlich sind, jedoch unterschiedliche geometrische Parameter haben. Die in Fig. 7 gezeigte Korrekturanordnung stellt eine von vielen möglichen Lösungen unter Verwendung von drei zusätzlichen Kanälen B₁, B₀, B-j mit den folgenden Eigenschaften dar:

1) Kanal B₁:

Detektoren: 1,7 cm in der Drehungsebene mal 2,54 cm. Mitte des Kanals: 1,85 cm von der Drehungsmitte. Zählstöße bewertet mit einem Faktor 1/2 und zum Kanal A addiert.

2) Kanal B₃:

Detektoren: 2,5U cm auf der Drehungsebene mal 2,54 cm Mitte des Kanals: bei 2,57 cm vcn der Drehungsmitte. Zählstöße bewertet mit einem Faktor 1/4 und vom Kanal A subtrahiert.

3) Kanal B₃:

Detektoren: 1,7 cm in der Drehungsebene mal 2,54 cm. Mitte des Kanals: bei 3,07 cm von der Drehungsmitte. Zählstöße bewertet mit einem Faktor 1/12 und zum Kanal A addiert.

Dies soll nur als Beispiel einer theoretischen Lösung betrachtet werden. Es ist möglich, das Profil mit den gleichen Detektoren zu korrigieren, die zur Bildung der

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Hauptkanäle A und B verwendet werden. Zur· Erhöhung der Empfindlichkeit müssen viele Gruppen von vier Detektoren auf einem Ring angeordnet verwendet werden« Um die Korrektlirkanäle zu erhalten, ist es möglich, bestehende Betektoren in einem richtigen Abstand von der Brehungsmitte zu verwenden» indem einfach eine Koinzidenzschaltung zwischen ihnen addiert wird* Die Bewertung der Zählrate kann entweder durch Teilerschaltungen oder dadurch geschehen, daß die geeignete Anzahl von Koinzidenzkanälen zur Korrektur mit Bezug auf die Zahl der Hauptkanäle gewählt wird.

Kie erwähnt, ergibt das Ansprechen auf eine Punkt- . quelle nur eine partielle Anzeige der Leistung einer Abtastvorrichtung* In der Praxis sind, wenn es sich ■ um eine Sehirnabtastung handelt,. Tumore von einer mehr oder weniger gleiehmässigen Verteilung der Aktivität umgeben. Bie Aktivität ausserhalb des interessierenden Volumens ergibt in manchen Fällen die Gesamtzahl der Zählstoße aus dem Kanal B und einen ^: grossen Teil dar Zählstoße des Kanals A. Bie statistischen Schwankungen, von A und B müssen kleiner als die in dem· interessierenden ¥olumen gemessene Se~samtaktivität sein. Wenn die relative Standard-Abweichung der Gesamtzahl von Zählstößen zur Mettozahl der Zählstöße aus einem Tumor, der das Nachweisvolumen ein— nimmt, besser als 25 % ist, ist es wahrscheinlich, daß er leicht entdeckt wird. ,

Mie erwähnt, müssen bei einem praktisch ausgeführten Gerät mehr als zwei Paare von Detektoren verwendet werden, um die statistischen Schwankungen'zu verringern. Beispielsweise können' 32 Detektoren" axzf einem Ring mit einem Durchmesser 'von 50 cm (20 ^4l) "angeordnet wer-- -den. Für einen 3 juCi Positronenstrahler ist eine gute

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Schätzung der durchschnittlichen Anreicherung der im Gehirn verteilten Radioaktivität 0,1 yUCi/ccm. Wenn jeder Detektor 25 mm χ 25 mm (1 " χ 1 ") in eirem Abstand von 25 cm (10 ") von der Drehachse ist, betragt

der Kaumwinkel für den Nachweis - Sterad und der

Bruchteil der Strahlung in der rechten Richtung 0,16 fr 4Tt. Das Nachweisvolumen beträgt etwa 3 ecm, was bedeutet, daß etwa 11 100 Zerfall vorgänge je Sekunde 111 Paare von Gammastrahlen in der Richtung der Detektoren erzeugen.

Wenn for 511 keV Photonen der gleiche lineare Absorptionskoeffizient von 0,095 cm~ für Gehirngewebe wie for Wasser angenommen wird und eine Gesamtdicke von 14 cm, kann der Verlust durch Absorption berechnet werden, wenn eine Quelle in der Mitte des Gehirns angenommen wird. Wir erhalten eine 5 2 %ige Absorption für jedes der beiden durch die Vernichtung eines Positrons erzeugen Photonen· Da beide koinzident nachgewiesen werden müssen, erreichen

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nur (52 %) oder 27 % die beiden Detektoren gleichzeitig» Dieser Verlust ist konstant, selbst wenn die Quelle sich an der Oberfläche des Gehirns befindet, da die Gesamtbahn der beiden Photonen konstant ist. Wir erhalten etwa 36 Zählstöße je Sekunde, was bedeutet, daß mehr als 3 Sekunden für jeden Punkt notwendig sind. Die Empfindlichkeit kann durch die Verwendung vieler Ringe von je 32 Detektoren noch weiter erhöht werden. Wenn vier Ringe verwendet wer* den j werden sieben anstatt vier Abtastpunkte bestipjat, wenn Koinzidenznachweis zwischen gegenüberliegenden^-Patejctpren von zwei benachbarten Ringen erzielt·.iwircL Dies'',verkürz trdie Zeit zur Durchführung einer vollständigen'. Abtastung in einer Ebene auf weniger als 5 Minuten.

Durch das beschriebene Verfahren wird ein wichtiger Vorteil erzielt. Selbst beim Fehlen von Diskriminatoren

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hat die Comptonf-Streuung eine geringe Wirkung auf die Auflösung. Bekanntlich verringert eine schnelle Koinzidenz zwischen einem Detektorpaar den Nachweis gestreuter Photonen um einen grossen Betrag. Die Wahrscheinlichkeit, daß eines der beiden Zerstrahlungsphotonen zu einem der Detektoren um den Ring herum gestreut wird, ist gering. Ferner ist diese Wahrichein·* lichkeit für den Kanal A oder B die gleiche. Da die Messung auf der Subtraktion von B von A beruht, kann die restliche Wirkung der Compton-Streuung praktisch ausgeschaltet werden. ,

Dieser Vorteil kann die Verwendung von weniger wirksamen bleibeladenen Piastikphosphoren rechtfertigen, da Gesamtabsorption im Szintillator und Energiediskrimination nicht erforderlich sind. Bei Piastikphosphoren können Zufallskoinzidenzen um einen grossen Faktor verringert werden, was eine hohe Zählgeschwindigkeitskapazitäi; für das Gerät ergibt.

Es gibt zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für das beschriebene Verfahren, da es die Abtastung eines Schnittes eines Organs, beispielsweise des Gehirns oder der Schilddrüse ermöglicht. Kleine Tumore können wegen einer beträchtlichen Zunahme in der wirksamen Auflösung gegenüber anderen Verfahren leichter festgestellt werden, Es können absolute örtliche Aktivitäten im Gegensatz zu einer durchschnittlichen Aktivität über einen langen Zylinder bei der Messung nach anderen Verfahren gemessen "werden. Die Haupteigenschaften des erfindungsgemässen Verfahrens wurden experimentell überprüft und befinden sich in ausgezeichneter Übereinstimmung mit der berechneten Auflösung und Empfindlichkeit.

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Die Erfindung ist daher in ihrer Interpretation nicht auf die vorangehende Beschreibung beschränkt.

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Claims

1, Verfahren zur Messung der radioisoiropen Verteilung im menschlichen Körper, dadurch gekennzeichnet:., daß auf entgegengesetzten Seiten eines ausgewählten
Bereichs des menschlichen Körpers eine Anzahl Gammastrahlendetektoren angeordnet wird, um mindestens
einen ersten und einen zweiten HaehweisJoanal zu
bilden, der erste Kanal so vorgesehen wird., daß
er sich durch die Mitte des ausgewählten Bereiches erstreckt, und der zweite Kanal In der Welse, daß
er sich exzentrisch zu dieser Mitte erstreckt, der erwähnte ausgewählte Bereich in der Weise abgetastet wird, daß eine gleichzeitige relative Drehbewegung zwischen den Detektoren und dem ausgewählten Bereich erzeugt wird, die durch die Detektoren für
jeden Kanal empfangenenZählstcBe aufgezeichnet werden und die Zählstöße des ersten Kanals von den Zählstößen des zweiten Kanals abgezogen werden, um dadurch eine Nettozahlung für den ausgewählten BeasLeh herbeizuführen.

2» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachweiskanäle dadurch erhalten werden, daß ein Koinzidenznachweis vorgesehen und eine Positronen emittierende Isotope verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch- 2, dadurch gekennzeichnet,

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daß der erste und der zweite Nachweiskanal dadurch erhalten wird, daß ein erstes und ein zweites Paar gleichachsig einander gegenüberliegender Detektoren verwendet wird, die mit Koinzidenzschaltungen verbunden sind, wobei die Achsen dieser Paare parallel sind, das erste und das zweite Detektorpaar zwei exzentrisch verlaufende zweite Nachweiskanäle bilden, ein erster Detektor des ersten Paares mit einem gegenüberliegenden Detektor des zweiten Paares einen ersten ff ach weiskanal bestimmen, und ein zweiter Detektor des ersten Paares mit dem anderen Detektor des zweiten Paares einen weiteren ersten Nachweiskanal bestimmen.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgewählte Bereich des menschlichen Körpers feststehend ist und die Detektoren um diesen herumgedreht werden*

5, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Nachweiskanal durch Koinzidenzdetektoren unter Verwendung einer Positronen emittierenden Isotope gebildet wird, während der zweite Nachweiskanal durch die Verwendung eines Kollimationsdetektors erhalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Nachweiskanäl durch die Verwendung eines relativ langen Bleikollimationsdetektors gebildet wird, während der zweite Nachweiskanal durch die Verwendung eines Kollimationsdetektors gebildet wird.

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7β Verfahren nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß um die erwähnte Mitte herum Korrekturkanäle angeordnet werden, die mit Bezug auf diese Mitte exzentrisch liegen uifd eine höhere Zählung aus dem zweiten Nachweiskanal als aus dem ersten Nachweis eliminieren.

( 8.jTpmographiegerät zur Messung der Radioaktivität in ^ einem ausgewählten Bereich des menschlichen Körpers, der mit einer ausgewählten Radioisotope injiziert worden ist, gekennzeichnet durch eine Anzahl Gammastrahlendetektoren, eine Halterung als Träger für die Detektoren in einer bestimmten Anordnung, von welchen Detektoren mindestens ein Paar gleichachsig gegenüberliegend zur Bildung eines ersten Nachweiskanals angeordnet ist, der sich durch die Mitte der erwähnten Detektoranordnung erstreckt, der .eine Detektor des erwähnten Paares mit einem dritten.Detektor einen zweiten Nachweiskanal bestimmt, der sich exzentrisch zu der erwähnten Mitte erstreckt, eine Einrichtung zur Abtastung des ausgewählten Bereiches j indem eine gleichzeitige relative Drehbewegung zwischen den Detektoren und dem ausgewählten Bereicherzeugt wird, eine Einrichtung zur Aufzeichnung der Zählraten, die aus den Nachweiskanälen aufgenommen werden, und eine Einrichtung zur Messung der Differenz zwischen der Zahl der Zählraten des ersten Nachweiskanals aus den Zählraten des zweiten Nachweiskanals.

9. Tomographiegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Detektoren Koinzidenzdetektoren sind und die injizierte Radioisotope eine Positronen emittierende Isotope ist.

10. Tomographiegerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren durch mindestens ein erstes und ein zweites Paar gleichachsig gegenüberliegender Detektoren gebildet werden, die auf der erwähnten Halterung angebracht sind, welche Paare mit ihren Achsen parallel sind und Nachweiskanäle bilden, die mit Bezug auf die erwähnte Mitte des ausgeWthlten Bereichs exzentrisch verlaufen, ein erster Detektor des ersten Paares mit einem gegenüberliegenden Detektor des zweiten Paares den erwähnten ersten Nachweiskanal bestimmt, der sich durch die erwähnte Mitte erstreckt, ein zweiter Detektor des ersten Paares mit dem anderen Detektor des zweiten Paares den erwähnten zweiten Nachweiskanal bestimmt, der sich durch die Mitte des ausgewählten Bereiches erstreckt.

11· Tomographiegerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung für den Drehantrieb der Halterung um die erwähnte Mitte herum.

12. Tomographiegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Anzahl von Detektoren Korrekturdetektoren umfaßt, die auf der Halterung angeordnet sind und dazu dienen, eine höhere Zählrate aus dem zweiten Nachweiskanal als aus dem ersten Nachweiskanal zu eliminieren.

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13. Tomographiegerät aach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren mit einer Koinzidenzschaltung verbunden sind.

14. Tomographiegerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kanal durch Koinzidenz einer Positronen emittierenden Isotope erhalten wird, während der zweite Kanal durch die Verwendung eines Kollimationsdetektors gebildet wird.

15, Tomographiegerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kanal und der zweite Kanal durch die Verwendung von Bleikollimationsdetektoren erhalten wird.

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