DE2722634A1

DE2722634A1 - Szintigraphieaufnahmesystem

Info

Publication number: DE2722634A1
Application number: DE19772722634
Authority: DE
Inventors: Henri Rougeot; Guy Roziere
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1976-05-18
Filing date: 1977-05-18
Publication date: 1977-11-24
Also published as: FR2352346B1; FR2352346A1; GB1562545A; US4101770A

Description

8 München 60

THOMSON - CSP 18. Mai 1977

173, Bd. Haussmann

75008 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen: T 2200

Szintigraphieaufnahmesystem

Die Erfindung betrifft ein Szintigraphieaufnahmesystem.

Ein solches System, das insbesondere in der Medizin zur Beobachtung von Organen des menschlichen ^Körpers benutzt wird, besteht aus einem Zweig, in welchem das Bild des der Wirkung eines instabilen Isotops ausgesetzten Objekts gebildet wird, und aus einer Einrichtung, die sämtliche, das bewußte Bild bildenden Signale verarbeitet. Diese Signale stammen von, gewöhnlich vier, Elementen, die integrierender Bestandteil des Zweiges und so angeordnet sind, daß jeder der Punkte dieses Bildes beobachtet wird, denen jeweils ein Signal

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entspricht.

In diesen Aufnahme -zweigen ist das Bild im allgemeinen mit einem Fehler aufgrund einer räumlichen Ausbeuteungleichmäßigkeit behaftet, da die Energien der Bildpunkte nicht proportional zu den Energien sind, die durch die Objektpunkte in Form von radioaktiven Strahlungen ausgesandt werden. Die Energie der Bildpunkte, von denen die Rede ist, kann im übrigen eine Lichtenergie sein, wenn das bewußte Bild auf einem Lumineszenzschirm unter dem Aufprall von Photoelektronen gebildet wird, die durch eine Photokatode ausgesandt werden, wie in einer Anzahl von bekannten Aufnahme zweigen, und in diesem Fall sind die bewußten Elemente Photovervielfacher, an deren Ausgang elektrische Signale abgenommen werden, die den beobachteten Lichtpunkten entsprechen. Sie kann aber auch aus einer elektrischen Energie bestehen, wenn, ebenfalls gemäß dem Stand der Technik, dieses Bild ein elektronisches Bild ist, das an dem Ausgang eines Elektronenvervielfachers gewonnen wird, der in der Bahn der Photo( lektronen angeordnet ist(vgl. DT-OS 26 59 619.0) In die' Fall ist ebenso wie in dem vorhergehenden Fall das BiI' selten frei von dem Ungleichmäßigkeitsfehler, und zwar aufgrund der verschiedenen Ursachen, wie etwa der Ungleichmäßigkeit der Emission der Photokatode selbst, der Verzerrungen der Bildverstärkerröhren des Zweiges, des Vorhandenseins von optischen Filtern an dem Eingang und an dem Ausgang des Zweiges, usw. Die Verarbeitungseinrichtung hat die Aufgabe, diesen Fehler zu beseitigen. Ihre Aufgabe beschränkt

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sich jedoch nicht auf diese Korrektur. Sie soll daüberhinaus auch die Energie eliminieren, die durch einen Punkt des Objekts emittiert wird,bei welcher es sich nicht um die Energie der radioaktiven Strahlung handelt, die dieser aussendet, wenn er durch die Atome des unstabilen Isotops erreicht wird, und zwar durch Auffangen der Strahlung der benachbarten Punkte und Zerstreuung nach Umwandlung durch den Compton-Effekt. Ein Energiefenster oder -abschnitt von gegebener Breite wird um das Energieniveau herum gewählt, das der charakteristischen Strahlung des benutzten unstabilen Isotops entspricht. Lediglich die Strahlungen, deren Niveau in diesem Fenster liegt, werden als signifikante oder Nutzstrahlungen während der Verarbeitung beibehalten. Die Verarbeitungseinrichtung hat schließlich die Aufgabe, den beobachteten Bildpunkt und den entsprechenden Objektpunkt genau zu lokalisieren. Wenn von Punkten gesprochen wird, handelt es sich selbstverständlich nicht um Punkte im geometrischen Sinn des Wortes, sondern um Zonen mit einem gewissen Flächeninhalt.

In dem Fall der bekannten Schaltungszweige werden diese verschiedenen Aufgaben durch die gleiche Verarbeitungseinrichtung und gleichzeitig erfüllt.

Die Korrektur der räumlichen Ausbeuteungleichmäßigkeit des Bildes muß schnell ausgeführt werden, da die Impulse, die durdide.n Objektpunkt nacheinander ausgesandt werden, in schnellem Rythmus aufeinanderfolgen, während hingegen die Lokalisation des Punktes, um genau zu sein, eine relativ

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lange Zeit verlangt, die viel größer ist als die für die Ungleichmäßigkeitskorrektur zulässige.

Um diese widersprechenden Forderungen in Übereinstimmung zu bringen, wird gemäß dem Stand der Technik die Genauigkeit der Berechnung der Position des Punktes verbessert, indem eine Verstärkerröhre mit großer Verstärkung benutzt wird. Wenn V , V , V und V für jeden Punkt die Signale

A 15 Kj D

der Bildbeobachtungselemente bezeichnen, deren Anzahl mit vier angenommen worden ist und die in den Ecken eines Quadrates angeordnet sind, so ist die Position des beobachteten Punktes durch die Verhältnisse V - V₀ und V_ - V_

A B Ci O

V + V V + V

A ^VB ^VC D

gegeben, die zu den rechtAvir.keligen Koordinaten des Punkts, die auf die x,y-Achsen der Bildebene bezogen sind, proportional sind, während die Summe dieser Signale die Energie des Bildpunktes darstellt. Man sieht an diesen Formeln, daß die erzielte Genauigkeit um so größer sein wird, wenn sonst alles gleich ist, je größer die Signale V , V , V und V_n sind,

A Jj Ci L)

d.h. je größer die Verstärkung des Bildverstärkers ist. Aus diesem Grund werden gewöhnlich mehrere Verstärker in Kaskade benutzt, was an sich einen Nachteil darstellt, weil sich die Eigenfehler von jedem von ihnen addieren. MikrokanalelektronenvervieIfacher können ebenfalls zur Erhöhung der Verstärkung benutzt werden.

Aber diese Erhöhung der Verstärkung, die insbesondere von Nutzen ist, um die Genauigkeit des Lokalisationsvorganges

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2 272263Λ

zu erhöhen, wirkt auf die vorzusehende Fensterbreite zurück. Bei NichtVorhandensein von jeglicher getrennter Kompensation der räumlichen Ausbeuteungleichheiten des Bildes nimmt diese Breite mit der Verstärkung zu und gleichzeitig erhöht sich die Gefahr,daß sich in diesem Fenster die Energie von Streustrahlen findet. Die getrennte Kompensation der Ausbeute, _z. β. durch einen Film mit angepaßter ungleichmäßiger Lichtundurchlässigkeit (vgl. DT-OS 26 23 714.9). der auf den Ausgangsschirm der Endstufe einer Verstärkerkaskade geklebt ist, gestattet diese Schwierigkeit auf Kosten eines weiteren Nachteils zu vermeiden, bei welchem es sich um das Altern der Verstärkerröhren handelt, das dazu führt, daß die am Anfang gültige Korrektur am Ende einer gewissen Betriebszeit nicht mehr richtig eingestellt ist. Vorstehende Darlegungen zeigen, daß man nicht ohne Nachteile die gleichzeitige Korrektur der räumlichen Ausbeuteungleichmäßigkeit und die Lokalisation des beobachteten Punktes verlangen kann, gleichzeitig übrigens, wie oben dargelegt, mit der Trennung der durch einen Punkt direkt ausgesandten Strahlung von der durch denselben Punkt zerstreuten Strahlung .

Das ist der Grund, warum in den Szintigraphieaufnahmesystemen nach der Erfindung diese Operationen, im Gegensatz zum Stand der Technik, einer aus zwei Teilen bestehenden Verarbeitungseinrichtung anvertraut sind und in zwei Zeiten unter Bedingungen ausgeführt werden, die in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen dargelegt werden. Jeder dieser Teile enthält Verzögerungselemente, de-

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ren Verzögerungsfaktoren in beiden Teilen unterschiedlich sind. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines

bekannten Szintigraphieaufnahmezweiges, und

Fig. 2 ein Schaltbild der Verarbeitungs-

einrichtung, die einem solchen Zweig in den Systemen nach der Erfindung zugeordnet ist.

Fig. 1 zeigt schematisch in einer auseinandergezogenen Darstellung die Bestandteile eines Szintigraphieaufnahmezweiges. Fig. 1 zeigt jenseits des Objekts 1, in das Atome eines radioaktiven Stoffes injiziert worden sind, einen Kollimator 2, der aus Rohren aus einem für die von dem Objekt stammende einfallende Strahlung stark absorbierenden Material hergestellt ist und die Aufgabe hat, jedem Punkt des Objekts einen Punkt des Eingangeschirms 3 der Verstärkeranordnuhg entsprechen zu lassen. Diese Rohre sind beispielsweise Bleirohre . Ihr Durchmesser liegt immer wenigstens in der Größenordnung eines Millimeters, was erklärt, daß das durch das Verstärkersystem abgegebene Bild eines Punktes des Objekts eine Zone mit einem gewissen Flächeninhalt ist. Das System 4, das in Fig. 1 als aus einer einzigen Röhre bestehend dargestellt ist, kann aus einer Aufeinanderfolge von mehreren Röhren bestehen, die in Kaskade geschaltet sind, tun die Verstärkung zu erhöhen. Der Eingangsschirm enthält

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einen Szintillator und eine Photokatode, wobei der Szintillator die einfallende Strahlung absorbiert und sie in Photonen des Strahlungsspektrums umwandelt, für das die Photokatode empfindlich ist. Diese beiden Teile sind in Fig. 1 nicht ausführlich dargestellt worden. An dem Ende des Halses 8 des Verstärkers 4 des Systems ist ein Katodolumineszenzschirm 6 angeordnet, auf welchem die im Betrieb durch die Photokatode des Schirms 3 emittierten Elektronen einen Aufprall und eine Leuchtspur erzeugen. Diese Spur wird durch ein System 5 aus vier Photovervielfachern 50 beobachtet, deren Photokatoden, wie etwa die in Fig. 1 mit 51 bezeichnete, ebenso wie der Schirm 6 eben sind, in einer zu der Ebene des Schirms 6 parallelen Ebene liegen und mit ihren Mittelpunkten jeweils in der Ecke eines Quadrats angeordnet sind, das dieselbe Achse X wie das System hat.

Die von diesen Vervielfachern gelieferten Signale sind die vorgenannten Signale V., V_, V. und V_, deren Verarbeitung unter den oben angegebenen Bedingungen durch eine Einrichtung erfolgt, die mit den Ausgängen der Photovervielfacher verbunden ist. Bezüglich weiterer Einzelheiten der bekannten Aufnahmezweige wird verwiesen auf G. ROUX₁ J. C. GAUCHER, A. LANSIART, J. LEQUAIS - Datecteur photo-felectrique analogique de la position des scintillations faiblernent lumineuses; Advances in Elektronics and Electron Physics; Fifth symposium on Photo Electronic Image Devices; Academic Press, 1972, S. 1017, 1029.

Das oben beschriebene Beispiel betrifft einen Aufnahmezweig, , 709847/1166

in welchem das beobachtete Signal ein Lichtsignal ist, das von dem Lumineszenzschirm 6 geliefert wird, und in welchem die Elemente des Beobachtungssystems 5 Photovervielfacher sind. Wie bereits erwähnt, kann gemäß dem Stand der Technik das an dem Ausgang der letzten Verstärkerstufe beobachtete Bild in anderen Versionen auch aus Ausgangssignalen eines röhrenförmigen Mikrokanalelektronenvervielfachers bestehen. In diesem Fall sind die empfangenen Signale beispielsweise Signale von vier leitenden Platten, die wie die Photokatoden der vorgenannten Photovervielfacher angeordnet sind und die Elektronen auffangen, welche aus dem Elektronenvervielfacher austreten, der mit seiner anderen Fläche den einfallenden Photoelektronen ausgesetzt ist. Die Erfindung ist in gleicher Weise in dem einen und in dem anderen Fall anwendbar. Sie befaßt sich damit, diese Signale so zu verarbeiten, daß die weiter oben angegebenen Nachteile vermieden werden, ungeachtet der Art und Weise, in der diese Signale erzeugt werden, und ungeachtet ihrer Anzahl für jeden Punkt. Vorstehend ist als Beispiel der Fall von vier Signalen betrachtet worden. Selbstverständlich kann im Rahmen der Erfindung diese Zahl kleiner oder größer sein. .Die Verarbeitung geht gemäß der Erfindung in der im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebenen Weise vor sich.

In Fig. 2 ist mit der Bezugszahl 10 der Lokalisationsdetektor bezeichnet, von dem weiter oben die Rede gewesen ist, nämlich das System 5 von Fig. 1, an dessen Ausgang nacheinander die Signale jedes Punktes des beobachteten Bildes

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_λ1 272263Λ

entnommen werden. Um einen Anhaltspunkt zu geben, wird , beispielshalber, wie zuvor und ohne daß darunter irgendeine Einschränkung zu verstehen ist, angenommen, daß die Anzahl dieser Signale für jeden Punkt gleich vier ist. Die Signale werden, wie in dem Beispiel von Fig. 1, mit V., V_ß, V und V_n bezeichnet. Zwei von ihnen sind der Bestimmung

vi XJ

der Abszisse vorbehalten, während die beiden anderen der Bestimmung der Ordinate des Punktes in bezug auf zwei x,y-Koordinatenachsen der Ebene des beobachteten Bildes vorbehalten sind. Von diesen Signalen werden die beiden ersten, d.h. die Signale V. und V_ß, einem Rechner 20 zugeführt, der die Aufgabe hat, die x-Koordinate zu bilden, während die beiden anderen, d.h. die Signale V und V_ß einem zweiten Rechner 22 zugeführt werden, der die y-Koordinate bildet. Diese Bildung erfolgt grob bis auf einen Fehler von 2 % bis 5 % in einer relativ kurzen Zeit von beispielsweise 0,5/US.

Diese Signale werden in einen Speicher 40 überführt, der zuvor programmiert worden ist und für jeden Punkt die Fensterposition angibt, die nach den vorstehenden Darlegungen im allgemeinen von einem Punkt zum anderen aufgrund der räumlichen Ausbeuteungleichmäßigkeit unterschiedlich ist. In einem Anwendungsbeispiel entsprechen diese Fenster Energien der einfallenden Strahlung, die zwischen 140 keV + 10 % und 140 keV - 10 % liegen.

Das Signal des beobachteten Punktes wird darüberhinaus einem Amplitudendetektor 30 zugeführt, der an seinem Ausgang über eine Verzögerungsleitung 80, deren Verzögerung gleich der

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vorgenannten Koordinatenbildungszeit ist, mit einem Schwellenwert- oder Fensterdetektor 60 verbundenist. Das Signal kann durch Addition aus den vier Signalen der Photovervielfacher 50 von Fig. 1 gebildet oder direkt in jedem Punkt des Mikrokanalvervielfachers des Aufnahmezweiges entnommen werden, wenn ein solcher Vervielfacher vorhanden ist. Dieser Fall ist in dem Beispiel von Fig. 2 dargestellt, in welcher einem Punkt ein einzelnes Signal ν entspricht. Der Fensterdetektor, der einen oberen und einen unteren Schwellenwert aufweist, vergleicht in einer sehr kurzen Zeit, 50 ns in dem Beispiel, das empfangene Signal mit dem des Speichers 40, mit welchem er über ein Potentiometer 42 verbunden ist.

Der Fensterdetektor 60 nimmt so eine Auswahl vor und eliminiert die Signale, die außerhalb des Fensters liegen, das ihnen entspricht. Die Signale, die nach dieser Erfassung übrigbleiben, d.h. die durch den Fensterdetektor freigegebenen Signale, werden zwei Rechnern 24 und 26 zugeführt (Pfeile 61 und 62), die andererseits mit Verzögerungen von O,55yus (Verzögerungsleitungen 51-54) die vier Signale V., V_, V_c und V empfangen, wobei die Signale V und V durch den Abszissenrechner 24 und die Signale V_n und V_n durch den Ordinatenrechner 26 empfangen werden.

Diese Rechner berechnen auf ein Tausendstel genau die Position des Punktes. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß jeder dieser Punkte einen gewissen Flächeninhalt aufweist, ist diese Position gleich der Position des Schweremitte1-punktes der beobachteten Zone. In diesem Stadium der Erfassung

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verfügt man ohne Nachteil über die lange Zeit, die für eine genaue Berechnung erforderlich ist und im Beispiel 3 .us beträgt.

Die Ausgangssignale der Rechner 24 und 26 werden beispielsweise den beiden Plattensystemen einer Katodenstrahlbildspeicherröhre zugeführt, deren Wehnelt-Zylinder das durch den Detektor 60 freigegebene Signal mit der gewollten Verzögerung (Verzögerungsleitung 55) empfängt, um den Synchronismus zu gewährleisten, d.h. 3,55 ,us in dem Beispiel.

Bezüglich der Korrektur der räumlichen Ausbeuteungleichmäßigkeit, die aufgrund der Informationen vorgenommen wird, welche von den Rechnern 20 und 22 geliefert werden, die eine geringe Genauigkeit haben, ist zu erkennen, daß die begrenzte Genauigkeit dieser Rechner von 2 % bis 5 % eine gute Ausbeutekorrektur nicht verhindert, solange das beobachtete Bild, was im allgemeinen der Fall ist, keine sprunghaften örtlichen Ausbeuteänderungen aufweist.

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Claims

Patentanwälte 173, Bd. Haussmann S / Frankreich Dipl.-lng. Dipl.-lng. Dipl.-Chem. 75008 PARI T 2200 G. Leiser E. Prinz Dr. G. Hauser Unser Zeichen: I Ernsbergerstrasse 19 I 8 München 60 THOMSON - CSP

18. Mai 1977

PATENTANSPRÜCHE;

\J Szintigraphieaufnahmesystem, in welchem das Bild des Objekts, in welchem ein Fluid zirkuliert, das ein unstabiles Isotop enthält, durch die Strahlung, die durch die Punkte des Objekts ausgesandt wird, welche unter der Einwirkung des Isotops stehen, gebildet und durch Elemente beobachtet wird, in denen jeder Punkt des Bildes ein Signal erzeugt, und in welchem eine Einrichtung die durch jeden Punkt erzeugten Signale verarbeitet, um einerseits die Energie der Strahlung zu erfassen, die durch den entsprechenden Punkt des Objekts ausgesandt wird, wenn er durch das Isotop erreicht wird, und um andererseits seine Position zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung aus zwei Teilen besteht, die aus zwei Verzögerungseinrichtungen bestehen, welche den Signalen ungleiche Verzögerungen geben, wobei die erste Einrichtung, die die geringste Verzögerung aufweist,Rechen einrichtungen enthält, die die Position des Punktes grob angenähert berechnen, Korrektureinrichtungen zum Korrigieren der Ausbeuteungleichheiten zwischen den verschiedenen Punkten des Bildes und Auswähleinrichtungen

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INSPECTED

zum Auswählen der Signale, die die Korrektur erfahren haben,

um diejenigen auszuschließen, die nicht zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert liegen, welche sich beiderseits des Energieniveaus der Strahlung befinden, die normalerweise durch die Punkte des Objekts ausgesandt werden, welche durch die Fluidzirkulation erreicht werden, und daß die zweite Einrichtung einen Rechner enthält, der einerseits die Signale mit einer Verzögerung empfängt, die gleich der ist, die den Signalen durch die erste Einrichtung gegeben wird, und andererseits die in der ersten Einrichtung verarbeiteten Signale und im Verlauf einer zweiten Verarbeitung und mit einer Verzögerung, die wesentlich größer als die vorhergehende Verzögerung ist, die genaue Position des Punktes ermittelt, von dem diese Signale ausgegangen sind, und daß die Verarbeitungseinrichtung Einrichtungen enthält zur Entnahme der Signale nach der Verarbeitung.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Signale vier beträgt, daß die Recheneinrichtungen, die die Grobberechnung der Position jedes Punktes des Bildes durchführen, aus zwei Rechnern bestehen, von denen der eine zwei der Signale empfängt und die Abszisse des Punktes des Bildes ermittelt und von denen der andere die beiden anderen Signale empfängt und die Ordinate des Punktes ermittelt, daß die Korrektureinrichtungen, die die Ausbeuteungleichheiten korrigieren, aus einem programmierten Speicher bestehen, dem die vorgenannten Koordinaten zugeführt werden und der dem adressierten Punkt den Wert der Ausbeute entsprechen läßt, der ihm bei NichtVorhandensein

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der Ungleichheit entsprechen würde, und daß die Signalau swähl einrichtungen aus einem Amplitudendetektor bestehen, der die Energie des Signals des Punktes entnimmt und sie über eine erste Verzögerungsleitung, deren Verzögerung gleich der ist, die die Rechner für die Koordinantenermittlungen benötigen, einem Detektor zuführt, der die Energie unter Berücksichtigung der Ausbeutekorrektur mit der eines gegebenen Energiebandes vergleicht, das diejenige Energie einrahmt, welche mit dem benutzten Isotop normalerweise durch die Bildpunkte dargeboten wird, die den durch das Isotop erreichten Objektpunkten entsprechen, und daß die zweite Einrichtung aus vier Verzögerungsleitungen besteht, welche jeweils eines der vier Signale empfangen, und aus einem Rechner aus zwei Teilen, von denen der eine mit dem Ausgang der beiden Leitungen verbunden ist, die die Signale empfangen, welche für die Grobermittlung der Abszisse benutzt werden, und von denen der andere mit dem Ausgang der beiden Leitungen verbunden ist, die die Signale empfangen, welche für die Grobermittlung der Ordinate benutzt werden, wobei die Leitungen einen Verzögerungsgrad aufweisen, der gleich der Summe der Verzögerung der ersten Verzögerungsleitung und der Zeit des Vergleiches ist.

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