DE2517752C3

DE2517752C3 - Einrichtung zum Bestimmen der Gesamt-Gammastrahlungsaktivitat und/ oder der geometrischen Verteilung der Strahlungsquellen in einem Korper mit vier annähernd kreuzförmig angeordneten Detektoren

Info

Publication number: DE2517752C3
Application number: DE19752517752
Authority: DE
Inventors: Samira M. Dipl.-Phys. Dr. Morsy; Wolfgang Prof. Dipl.-Phys. Dr. Pohlit; Willi Dipl.- Phys. Dr. 6380 Bad Homburg Stahlhofen; Eckhard Dipl.-Phys. Dr. 6000 Frankfurt Werner
Original assignee: GESELLSCHAFT fur STRAHLEN- und UMWELTFORSCHUNG MBH 8000 MUENCHEN
Current assignee: GESELLSCHAFT fur STRAHLEN- und UMWELTFORSCHUNG MBH 8000 MUENCHEN
Priority date: 1975-04-22
Filing date: 1975-04-22
Publication date: 1980-02-28
Also published as: DE2517752A1; GB1538454A; FR2308936A1; DE2517752B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Bestimmen der Gesamt-Gaimnastrahlungsaktivität und/oder der geometrischen Verteilung der Strah- -t» lungsquellen in einem Körper mit vier mit ihren Mittelpunkten in einer Ebene annähernd in der Form eines Kreuzes angeordneten Detektoren, die gemeinsam längs einer senkrecht zu dieser Ebene verlaufenden Achse relativ zu einer Tragevorrichtung für den -r> zu untersuchenden Körper beweglich sind, wobei jeweils zwei Detektoren unter und zwei Detektoren über der Tragevorrichtung unter jeweils gleichen Winkeln zu einer durch die Achse verlaufenden vertikalen Symmetrieebene angeordnet sind. Eine derar- ^r>n tige Einrichtung ist aus »Röntgenpraxis«, Bd. 18, 1965 Nr. 11, Seiten 245 bis 257, bekannt.

Die Kenntnis der örtlichen Verteilung inkorporierter bzw. inhalierter, luftgetragener, radioaktiver Substanzen oder Aerosole im Körper, z. B. im menschli- π chen Lungen-Atemtrakt, ist wichtig für die Bestimmung der Gefährlichkeit der Kontaminationsstoffe, von denen bekannt ist, daß die in den Bronchien abgelagerten Teilchen nach einigen Stunden durch Schleimabsonderungen beseitigt werden, während mi unlösliche Teilchen, die bis i.i die Alveolen eindringen, erst nach einigen Monaten wieder entfernt werden. Untersuchungen hierzu verwenden mit gammastrahlenden Isotopen markierte Aerosole. Demzufolge werden geeignete Nachweissysteme für die b^r> Gamma-Strahlung benötigt, die zwei grundlegenden Anforderungen genügen müssen. Die eine ist die Unempfindlichkeit des Systems gegenüber Veränderungen der Lage der inhalierten Aktivitäten und die andere die Möglichkeit, die gesamte Empfindlichkeit des Systems derart auszulegen, daß den Meßergebnissen (Zählraten) vertraut werden kann, ohne dabei den menschlichen Körper einer unnötigen Strhalendosis auszusetzen.

Es sind verschiedene Anordnungen für die Messung solcher inkorporierter radioaktiver Substanzen bekannt. Es handelt sich hierbei um sog. 2jt- bzw. 4π-Anordnungen mit flüssigen Szintillatoren und Kunststoffkristallen, Anordnungen mit fixierter Geometrie von 1 bis zu 54 NaJ(Tl)-Kristallen und Systeme mit Relativbewegungen zwischen der zu messenden Person und einem bzw. mehreren NaJ(Tl)-Kristallen.

Diese Anordnungen sind z. T. in der Lage, die Gesamtaktivität unabhängig von deren Ort auf der Körperlängsachse zu messen. Abweichungen der inkorporierten Aktivität von der Körperlängsachse in lateraler Richtung jedoch bedingen Meßfehler. So ergeben sich bei der Aktivitätsmessung einer punktförmigen Quelle in der Körpermitte bzw. an der Körperoberfläche Differenzen von etwa einem Faktor 2 und mehr. Diese Fehler sind bekannt. Deshalb sind verschiedene Versuche unternommen worden, in einer ersten Messung die Lage der Radioaktivität im Körper zu bestimmen und dann in einer zweiten Messung deren Aktivität zu ermitteln. Dieses Verfahren eignet sich wiederum nur für annähernd punktförmige Aktivitätsverteilungen im Körper. Zur Messung gleichmäßig im Körper verteilter radioaktiver Substanzen versagen sie, so daß versucht wurde, zuerst die für die Absorption der Gamma-Strahlung im Körper maßgebende Körperdicke zu bestimmen und danach das Ergebnis der Aktivitätsmessung entsprechend zu korrigieren, was schließlich wieder zu Fehlern und komplizierten Berechnungen führt.

Die Verwendung von rechteckigen Kollimatoren, deren Längsseiten zu dem zu untersuchenden Körper parallel angeordnet sind, ist ebenfalls bei Ganzkörperzählern als vorteilhaft bekannt (»International Journal of Applied Radiation.and Isotopes«, Bd. 15, 1964, Nr. 7, Seiten 391 bis 396).

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nunmehr darin, eine Einrichtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß die Aktivitäten in dem untersuchten Körper unabhängig von ihrer Lage in dem erfaßten Körperquerschniti erfaßt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Detektoren von Kollimatorgehäusen umgeben sind, deren jedes eine zur Tragevorrichtung hin gerichtete rechteckige öffnung aufweist, und daß die Detektoren und die ihnen zugeordneten Kollimatorgehäuse jeweils relativ zueinander derart angeordnet sind, daß die jeweils auf einer Seite der vertikalen Symmetrieebene liegenden Detektor-Kollimator-Anordnungen die auf derselben Seite der Symmetrieebene liegenden Strahlungsquellen stärker erfassen als die auf der anderen Seite derselben liegenden Strahlungsquellen.

fiine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Detektoren innerhalb der Kollimator-Gehäuse in ihrem Abstand zur Tragevorrichtung verstellbar sind.

Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung bestehen darin, daß durch die zusätzliche Einführung eines besonderen Kollimatorsystems die unterschiedliche Ansprechempfindlichkeit von Punktquellen in lateraler Richtung auf weniger als 25% Abweichung von der Köiperlängsachse

vermindert und mittels einer speziellen Auslegung der Kollimatorform außerdem die Aktivität in einzelnen Organen des Körpers, z. B. der Lunge bei inhalierten radioaktiven Aerosolen, mit feststehender Detektoranordnung gemessen werden kann. Sie gewährleistet, daß die äußeren Teile des Körpers gegenüber der Körpermitte z. T. abgeschirmt weiaen, wodurch die Bestimmung der Gesamtaktivität radioaktiver Substanzen im Körper des Menschen, bei deren Zerfall Gamma-Strahlung emittiert wird, unabhängig von deren Lage und Verteilung im Körper ermöglicht wird.

Die Erfindung wird im folgenden mittels eines Ausführungsbeispiels anhand der Fig. 1 bis 5 und der Tabellen I und II näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Detektoranordnung. Auf einem symbolisch dargestellten Bett 1 ist ein Körper 2 (im vorliegenden Fall handelt es sich um ein Phantom) aufgelegt, dessen Körperlängsachse 3 senkrecht zur Zeichenebene steht. Vier Detektorsysteme 4 sind alle von gleicher Bauart und stehen in andreaskreuzförmiger Stellung um die Körperlängsachse 3 in einer Ebene. LoIe 5 auf Detektoreintrittsflächen 6 von Detektoren 7 führen durch die Körperlängsachse 3, wobei für jeweils zwei gegenüberliegende Detektorsysteme ein gemeinsames Lot 5 vorliegt. Die Lote 5 schiießen einen Winkel Θ gegenüber dem kürzeren D archmesser 8 des Körpers 2 ein. Eine Hauptachse 9 und der kürzere Durchmesser 8 bilden die Achsen eines ellipsoidalen Querschnitts des Körpers 2.

Bei den Detektoren 7 handelt es sich um NaJ(Tl)-Szintillatoren, die über nicht näher dargestellte Einrichtungen 10 in Richtung der Lote 5 bewegbar sind. Sie sind in Kollimatorgehäusen 11 aus Blei untergebracht. Alle vier Kollimatorgehäuse 11 weisen eine zum Körper 2 hin gerichtete vordere Kollimatoröffnung 12 auf, die einen rechteckigen Querschnitt oder einen quadratischen Querschnitt aufweist. Die Kollimatoröffnung 12 ist in Fig. 2 näher dargestellt. Hier ist auch die Stellung der Strahlereintrittsfläche 6 der Detektoren 7 gegenüber der Kollimatoröffnung 12 sichtbar. Eingetragen sind außerdem die Exzentrizitäten g und A, auf die im Zusammenhang mit der Fig. 1 näher eingegangen wird.

Die Dicke rf der Wandung des Kollimatorgehäuses

11 bzw. die Dicke e im Bereich der Kollimatoröffnung

12 beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 4 cm. Die vordere Ebene 13 jedes Kollimatorgehäuses 11 besitzt einen Abstand α von 19 cm zu eine» parallelen Ebene 14 bzw. 14' durch die Körperlängsachse 3. Die Mittellote 15 auf die Strahleneintrittsflächen 6 der Detektoren 7 besitzen einen Abstand / zu den Loten 5 von ebenfalls 4 cm. Die Mittellote 15 führen an der Körperlängsachse 3 vorbei. Die Exzentrizität g und h (siehe auch Fig 2) der Mittellote 15 gegenüber der Kollimatoröl'fnung 12 beträgt für g 6,35 cm und h 7,85 cm. Weiterhin ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Winkel Θ = 25 Grad. Der Abstand c von Petektoreintrittsfläche 6 zu der Körperlängsachse 3, gekennzeichnet durch die Pfeile, ist variabel. Ebenfalls variabel ist die Stellung des Detektors 7 bzw. r^sen Strahle intritisfläche 6 in Kollimatorgehäusti lV Dieser variable Abstand ist gekennzeichnet durch 6 und hat eine maximale Größe von 20 cm. Die Längsseiten 16 (siehe Fig. 2) der Kollimatoröffnung 12 verlaufen parallel zur Körperlängsachse 3.

Bei Verwendung von 12,5 cm X 12,5 cm NaJ(Tl)-

Zylinderszintillatoren ist eine spezielle Organ- oder eine Ganzkörperaktivitätsmessung möglich. Die Systemparameter können von Fall zu Fall berechnet werden. Die Uneinheitlichkeit im Ansprechvermögen in der lateralen Richtung der menschlichen Körper 2, die für die Hauptunsicherheit bei den Aktivitätsmessungen verantwortlich ist, wird durch die Anwendung des Kollimatorsystems gemäß der Fig. 1 und 2, gekoppelt mit den Detektoren 7, vermindert. Die Einheitlichkeit im Ansprechvermögen in der longitudinalen Richtung des menschlichen Körpers 2 wird durch die Anwendung von konventioneller Abtastgeometrie (scanning-Geometrie) erreicht. Für spezielle Organaktivitätsmessungen werden die kollimierten Detektoren unter fester Geometrie und für Ganzkörperaktiviiätsmessungen das ganze System" unter Abtast-Geometrie verwendet. Die Angleichung des Ansprechvermögens an die verschiedenen Gamma-Strahlungsenergien wird durch Abstandsänderung der Detektoren 7 relativ zu den festen Kollimatoren bzw. Kollimatoröffnungen 12 erreicht. Verlangte Detektorstellungen für ± 20% Variation im Ansprechvermögen für spezielle Organ- und Ganzkörperaktivitätsmessungen für drei Gamma-Energien sind in den Tabellen I und II wiedergegeben. Die Energien sind im MeV, die Detektorstellung mit dem Abstand c in cm und dip Nachweisgrenzen in nCi angegeben.

Gemessene und berechnete Ansprechvermögen unter fester Geometrie für eine 137 Cs-Punktquelle. welche an speziellen Stellen in der Fig. 3 für ein Phantom lokalisiert sind, repräsentieren das spezielle Organ. Das Phantom (Körper 2 nach Fig. 1) ist z. B. ein Lungen-Wasser-Phantom mit einem ellipsoidalen Querschnitt. Das Phantom 2 bildet einen Repräsentativkörper mit einer Länge des elliptischen Zylinders von 24 cm. Die Hauptachse 9 des Querschnitts beträgt 16,5 cm und die Nebenachse bzw. kürzere Achse 8 einen Wert von 12,5 cm.

Die Fig. 3 zeigt für die 12,5 cm x 12,5 cm NaJ(Tl)-Detektoranordnung gemäß Fig. 1, mit den Kollimatorgehäusen 11 ihr berechnetes und gemessenes Lateral-Ansprechvermögen für eine 137 Cs-Punktquelle mit 0,662 MeV Gamma-Strahlenemission an speziellen Stellen des Phantoms 2. Die Detektorempfindlichkeit beträgt 0,622 X 10"² registrierte Impulse pro emittiertem Gammaquant; die an den Meßpunkten angegebenen Werte sind auf 1 (Wert auf der Körperlängsachse) normiert. Allerdings ist nur V₄ des ellipsoidalen Querschnittes des Körpers 2 bzw. Phantoms dargestellt mit seinen beiden Achsen 8 und 9. In den anderen Vierteln ergeben sich aus Symmetriegründen die entsprechenden Werte. Der Abstand c der Detektoren beträgt 45 cm.

Die Fig. 4 zeigt die longitudinale Ansprechwahrscheinlichkeit A der Anordnung gemäß der Fig. 1 entlang der Körperlängsachse 3. Genauer ist das Ansprechvermögen in der Lateralrichtung R des Phantoms 2 aufgetragen, und zwar für drei Positionen x, y und ζ der Punktquellen (siehe auch Fig. 3), wenn die Anordnung in Abtastgeometrie verwendet wird. Die Abweichung der gemessenen Aktivität wird bestimmt durch die höhere Abweichung des longitudinalen oder lateralen Ansprechvermögens. Für die in der Fig. 4 benutzte Geometrie wird die Abweichung der ermittelten Aktivität im Falle der Ganzkörperzählung zu ±27% ermittelt (die Abweichung des Longitudinalansprechvermögens ist höher), wenn eine Abtast-Länge von 180 cm benutzt wird. Im Falle

von 200 cm Abtast-Länge ist die Abweichung von der ermittelten Aktivität ±22%, die Abweichung des Lateralansprechvermögens ist + 22% und die in longitudinaler Richtung —13%). Andererseits wird die Nachweisempfindlichkeit der Einrichtung und damit ihre Nachweisgrenzen bei kleiner Abtast-Länge erhöht. Es wurde gefunden, daß die Nachweisempfindlichkeit und damit die Nachweisgrenzen der Einrichtung nur um einen Faktor von —0,5 reduziert werden, im Vergleich zu einer Einrichtung ohne Kollimatoren, während die Abweichung von der ermittelten Aktivität weit stärker erhöht wird.

In Fig. 4 ist das relative Ansprechvermögens A gegenüber der Quellenstellung R aufgetragen und zwar für eine Abtast-Länge von 200 cm (gestrichelt) und 180 cm (ausgezogen). Die Detektordistanz c beträgt 35 cm, die Energie der Quellen beträgt 0,7 MeV und die Detektorempfindlichkeit beträgt bei der Quellenstellung χ und einer Abtast-Länge von 180cm = 0,211 X 10~² registrierte Impulse pro emittiertem Gammaquant und bei 200 cm Abtast-Länge 0,191 X 10"².

Die Arbeitsbedingungen für das System können speziell zu dem zu untersuchenden Problem gewählt werden. Bei Untersuchungen, bei denen die Genauigkeit der ermittelten Aktivität von höchster Bedeutung ist im Vergleich zu den Nachweisgrenzen (Studium der Isotopentechnik im menschlichen Körper), können große Entfernungen der Detektoren vom Körper 2 und größere Abtast-Längen benutzt werden. Im Fall, daß eine hohe Nachweisempfindlichkeit von wichtigster Bedeutung ist und die Abweichung der bestimmten Aktivität von untergeordneter Rolle, können kleine Abtast-Längen und geringe Abstände c der Detektoren vom Körper bzw. dessen Oberfläche benutzt werden. In Fig. 5 ist das Lateral- und Longitudinalansprechvermögen A für die drei Quellenstellungen x, y und ζ bei einem Abstand c von 32 cm aufgetragen. Es wird wiederum eine Energie von 0,7 MeV benutzt und die Detektorempfindlichkeit besitzt bei der Quellenstellung χ den Wert von 0,256 X 10~² registrierte Impulse pro emittiertem Gammaquant. Die Abweichung der ermittelten Aktivität beträgt ± 28%.

Die Kollimatorgehäuse 11 bzw. das Bett 1 sind in einer nicht näher dargestellten Anordnung befestigt. Diese Anordnung gewährleistet auch, daß das Bett zwischen den kreuzförmig angeordneten Kollimatorgehäusen 11 in Richtung der Körperlängsachse 3 bewegt werden kann.

Tabelle I

Energie Detektor-Höhe Nachweisgrenzen

. (MeV) c (cm) (nCi)

0.4
0.7
1.1

48 45 40

16
17
10

Tabelle II

Energie
(MeV)

Detektor-Höhe
c (cm)

Nachweisgrenzen (nCi)

0.4
0.7
1.1

40 35 30

57
55
26

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Bestimmen der Gesamt-Gammastrahlungsaktivität und/oder der geomefrischen Verteilung der Strahlungsquellen in einem Körper mit vier mit ihren Mittelpunkten in einer Ebene annähernd in der Form eines Kreuzes angeordneten Detektoren, die gemeinsam längs einer senkrecht zu dieser Ebene verlaufenden Achse relativ zu einer Tragevorrichtung für den zu untersuchenden Körper beweglich sind, wobei jeweils zwei Detektoren unter und zwei Detektoren über der Tragevorrichtung unter jeweils gleichen Winkeln zu einer durch die Achse verlaufen- ^! den vertikalen Symmetrieebene angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (7) von Kollimatorgehäusen (11) umgeben sind, deren jedes eine zur Tragevorrichtung (1) hin gerichtete rechteckige Öffnung (12) aufweist, und daß die Detektoren (7) und die ihnen zugeordneten Kollimatorgehäuse (11) jeweils relativ zueinander derart angeordnet sind, daß die jeweils auf einer Seite der vertikalen Symmetrieebene (8) liegenden Detektor-Kollimator-Anordnungen die auf derselben Seite der Symmetrieebene liegenden Strahlungsquellen stärker erfassen als die auf der anderen Seite derselben liegenden Strahlungsquellen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- J« kennzeichnet, daß die Detektoren (7) innerhalb der Kollimator-Gehäuse (11) in ihrem Abstand zur Tragevorrichtung (1) verstellbar sind.