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Titel:
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Auflösungs- und Ahbildungsvorrichtung eines Scanners mit stationärem
Detektor.
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Anwendungsgeb iet Die Erfindung betrifft eine Auflösungs- und Abbildungsvorrichtung
eines Scanners, welcher für die Bildewinnung bei nuklearmedizinischen Untersuchungen
in der klinischen Diagnostik angewendet werden kann.
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Zweck: Man verwendet in der Medizin Scanner, um Organe oder Organsysteme
des lebenden Organismus mit Ifilfe radioaktiver Isotone abzzlhilelen und ihre Funktion
bzw. einen Funktionsdefekt als Hilft darzustellen. Weiterhin wirti diese Technik
bei der Erkennung und voroperativen Lokalisation bösartiger Tumore, sowie zur Uberprüfung
der Verteilungsgeschwindigkeit und der Konzentration
von radioaktiv
markierten Stoffen in Arzneimitteln verwendet. Unter Verwendung von radioaktiven
Markierungen kann diese Technik auch in der Botanik zur Spurenanalyse eingesetzt
werden.
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Stand der Technik: Gammastrahlen emittierende Nuklide werden einem
Patienten verabreicht. Je nach Art der markierten Verbindung und je nach Funktionszustand
des zu untersuchenden Crgans, erfolgt in dem Organ und in seiner Umgebung eine unterschiedliche
Anreicherung des radioaktiven Stoffes. Mittels eines Gammadetektors (Kollimator
zu , Szintillationskristall Photomultiplier zu ) und eines entsprechenden Analysators
(Meßkanal) zu (siehe Fig. 1), wird das so entstandene Verteilungsmuster registriert.
Der Kollimator wird im allgemeinen aus Abschirmmaterial (z.B. Blei) hergestellt
und ist mit einer oder mehreren Bohrungen versehen. Dadurch wird die aus dem Objekt
austretende Strahlung so ausgesondert, daß nur diejenige registriert wird, welche
aus einer bestimmten Richtung kommt. Somit wird eine Aussage über die Aktivitätsanreicherung
in einem Punkt erzielt. Um ein Gesamtbild der radioaktiven Verteilung zu bekommen,
wird, wie bei den Scannern Z 1 1 , das Objekt vom Strahlendetektor zeilenweise abgetastet
und entsprechend zeilenweise aufgezeichnet.
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Zur Erfassung von rasch aSTaufenden Veränderungen des radioaktiven
Verteilungsmusters und für ihr sofortiges Abbilden, ohne das Objekt zeilenweise
zu untersuchen, sind die (;amakaieras entwickelt. Tn der Gammakamera von Anger 62
7 zu wird fur die Bildgewinnung ein Kollimator mit zahlreichen Bohrungen (Vielkanalkollimator)
verwendet. Hinter dem Kollimator ist ein großflächiger Szintillationskristall angebracht
(28 cm Durchmesser). Die ausgelösten Szintillationen werden von 19 Photomultipliern
in einer hexagonalen Anordnung ausgewertet. Die große Anzahl der Photomultiplier
ermöglicht es, gleichzeitig Informationen aus 19 Regionen des Objektes zu bekommen.
Mittels eines Analog-Computers werden die einzelnen Signale in X- und Y-Koordinatenimpulse
verwandelt, analysiert und einem Oszillographen zur Erzeugung des Gesamtbildes mitgeteilt.
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Eine Weiterentwicklung der Kamera von Anger ist seine Positronenkamera
/ 6 7. Die in die entgegengesetzten Richtungen auseinander gestrahlten Vernichtungsquanten
werden mittels zweier Detektoren wie bei der Angerkamera in Koinzidenz gemessen.
Auf diese Weise werden eine bessere Auflösung und bei Benutzung von komplizierter
Computertechnik eine dreidimensionale Aufzeichnung erzielt.
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Eine andere Kamerakonstruktion nach Bender und Blau [ 3, 4, 7 ] besteht
aus einer Matrix von Szintillationskristallen, die in 14 Zeilen und 21 Spalten angeordnet
sind. Jeder Szintillationskristall ist diircli in kompliziertes Lichtleitersystem
mit je einen Zeilen und einem Spaltenmultiplier verbunden Die l çul5e aus jedem
Multiplier werden mittels Computer ausgewertet.
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Die Bildgewinnung aus einer Bildverstärkerkamera [ 1 (333), 5 ] erfolgt
mittels eines Vielkanalkollimators und einer Matrix von Szintillationskristallen,
aiaf die eine Photokathode aufgebracht ist.
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Die Szintillatanen erzeugen in der Photokathode Elektronen, die ooon
einem Hochspannungsfeld beschleunigt und auf einem Fluoreszenzschirm abgebildet
werden.
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Bei den sogenannten Funkenkameras [8, 9 ] verursacht die Strahlung
zwischen Kathode und Anode einen lichtstarken Funken. Er wird photographisch registriert.
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K r i t i k des S t a n d e s der e r T e c h n i k : Die Scanner
sind wegen des langwierigen Abtastens des Objektes sehr langsam und zur Erfassung
von schnell ablaufenden Vorgängen nicht geeignet. Wegen der willkürlichen Auswahl
des Zeitpunktes für das
Scannogramm kann außerdem nicht immer die
optimale Verteilung des radioaktiven Stoffes dargestellt werden.
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Die Bildgewinnung und die Auswertung der Daten bei den Gammakameras
wird mit sehr komplizierten Vorrichtungen und aufwändiger Computertechnik realisiert.
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Dieses ist mit hohen erstellungskosten verbunden und beeinträchtigt
somit ihre breitere Anwendung.
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Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Auflösungs-
und Abbildungsvorrichtung eines Scanners zu schaffen, um die Auswertung eines radioaktiven
Musters und ihrer Bildgewinnung schnell und relativ einfach zu bekommen.
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Lösung: Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen dem Szintillationskristall
und dem Photomultiplier eine drehbare Scheibe mit kleinen Bohrungen eingeschoben
wird. Die Bohrungen in der Scheibe werden so angeordnet (siehe Fig. 2), daß der
Lichtkontakt zwischen dem Szintillator und dem Photomultiplier nur durch eine Bohrung
besteht.
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Die Abbildung des radioaktiven Musters wird ebenfalls mittels einer
ähnlichen drehbaren Scheibe mit Bohrungen erzielt. Sie wird zwischen einer Lichtquelle
und einem Bildschirm angeordnet.
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E r z i e l b a r e V o r t e i l e : Die mit der Erfindung erzielten
Vorteile bestehen insbesondere darin, daß unter Verwendung eines einzigen Photomultipliers
und eines gut ausgerüsteten Meßkanals mit einem stationärem Detektor eine Abbildung
des radioaktiven Musters erreicht werden kann.
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Die dafür verwendete Technik ist im Vergleich zu den herkömmlichen
Gammakameras erwartungsgemäß nicht so kompliziert.
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B e s c h r e i b u n g der A u s f ü h r u n g : Ein Kollimator zu
, dessen Größe die Fläche eines Untersuchungsschirmes hat 1 , wird mit zahlreichen
Bohrungen zu versehen (Bild 1, 2, 3). Durch den Kollimator wird die aus verschiedenen
Richtungen kommende Strahlung abgeschirmt. Es wird eine Aussage über die Aktivitätsanreicherung
in einer Richtung erzielt.
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Unmittelbar hinter dem Kollimator wird ein Verband aus nebeneinander
angeordneten und optisch voneinander getrennten Szintillationskristallen zu angebracht.
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Die Ausmaße der einzelnen Szintillationskristalle müssen den Kollisaterbohrungen
entsprechen Anstatt der Szintillationskristalle kann auch ein in Bienenwabenstruktur
ausgeführter, durchsichtiger Behälter verwendet werden, der mit flüssigem Szintillator
gefüllt ist.
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Nach dem Szintillatorverband, in einem Abstand von ca. 5 mm, wird
ein großflächiger Photomultiplier angeordnet zu . Die Arbeitsfläche des Photomultipliers
muß muß die gleiche Form und Größe wie der Untersuchungsschirm 1 besitzen.
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In den Spalt zwischen den Szintillationskristallen und dem Photomultiplier
wird sich eine dünne, gut zentrierte, drehbare Scheibe 6 befinden. Auf der Scheibe
werden Bohrungen in bestimmten Abständen angebracht. Die Anordnung der Bohrungen
und deren Zwischenabstände, sowie die Form des Untersuchungsschirmes 1 sind so ausgewählt
(siehe Fig. 2), daß auf der Arbeitsfläche des Photomultipliers, bei jeder Position
der Scheibe, immer nur ein Bohrloch erscheint. Durch die Bohrung wird immer nur
ein Szintillationskristall aus dem Szintillatorverband zu mit dem Photomultiplier
optisch verbunden. Bei Drehung der Scheibe wird die Bohrung eine Reihe Szintillationskristalle
hintereinander
mit dem Photomultiplier verbinden. Beim Verlassen
des Untersuchungsschirmes erscheint dort die nachste Bohrung, jedoch verbindet sie
die Szintillationskristalle in der beschriebenen Meiste eine Reihe tiefer. So werden
beim Drehen der Scheibe alle Szintillationskristalle aus dem Verband 5 , einer nach
dem anderen, reihenweise zur Auswertung ihrer Szintillationen mit dem Photomultiplier
optisch verbunden.
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Der Photomultiplier wird an einen Analysator (Meßkanal) angeschlossen.
Je größer die Strahlungsintensität aus dem radioaktiven Muster ist, desto höher
wird die Szintillationsausbeute am Kristall sein.
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Dementsprechend wird ein höheres Signal am Photomultiplier und am
Ausgang des Meßkanals entstehen.
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Wichtige Eigenschaften des Photomultipliers und des Meßkanals sollen
eine sehr kleine Totzeit und ein minimales Rauschen sein.
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An den Meßkanal 9 wird eine Lichtquelle ö)io angeschlossen. Zweckmäßig
dafür sind Gasentladungs-Röhren. Lampen mit Ileizdraht sind wegen ihrer Trägheit
beim Aufglühen und Auslöschen nicht geeignet.
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Die Veränderung der Strahlungsintensität zieht eine entsprechende
Veränderung der Ausgangsspannung am Meßkanal mit sich. Diese wird sich in gleicher
Weise auf die Lichtausbeute der Lichtquelle auswirken, d.h. höhere Strahlungsintensität
bewirkt ein helleres Aufleuchten der Lichtquelle.
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Durch geeignete Optik 11 wird das erzeugte Licht parallel gebündelt.
Um eine bildliche Darstellung des radioaktiven Musters zu bekommen, wird eine drehbare
Scheibe zu benutzt. Sie wird zwischen der Optik Q)ii und einem Bildschirm ¼) aufgestellt.
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Die drehbaren Scheiben (6) und 9 werden ähnlich ausgeführt und mit
einer gemeinsamen Achse verbunden.
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Die Lage der Bohrungen muß übereinstimmen.
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Der Bildschirm zu wird mit Leuchtstoff beschichtet, um die Abbildung
der Lichtpunkte zu verlängern, bis der Vorgang durch eine volle Umdrehung der Scheibe7
wiederholt wird. Durch die Drehung der Scheiben und 8 wird das radioaktive Muster
vom Szintillatorverband mit Lichtpunkten reihenweise am Bildschirm dargestellt und
durch das verlängerte Nachleuchten als Gesamtbild aufgezeichnet. Um eine Verbreiterung
des Untersuchungsschirmes zu erreichen, können auf die Drehscheiben zu und zu ,
ohne dieselben zu vergrößern, einige nebeneinander und unabhängig voneinander arbeitende
Vorrichtungen 9 aufgestellt werden (siehe Fig. 2).
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Literatur: 1 Medical Radioisotope Scanning, Vol 1 and 2, Wien IAEA
1964 2 Anger, H.O.; Radioisotope in der Lokalisationsdiagnostik 3 Bender, M.A. und
Blau, M.; The Antofluoroskope, Nucleonics 21, Mo. 1o, 52 (1963) 4 Bender, M.A.;
Recent Advances in Nuclear Medizine, herausgegeben von M.M. Croll und L.W. Brady,
New York; Appelton-Century-Crofts 1 966 5 Terr-Pogossian, M.M. Kastner Radiologie
81, 984 (1963) 6 Anger, H.O.; Gamma-Ray and Positron Scintillation Camera, Nucleonics,
21, 1.56, 1963 7 Hindel, R.; Gilson, A.J.; Multicrystal Scanner is rapid and versatile,
Nucleonics 25.3.52, 1967 8 Pullan, B.R.; Howard, R.; Perry, B.J.; Measuring radionuclide
distribution with crosed-wire spark chambers, Nucleonic 24.7.72, 1966 9 Horwitz,
N.H.; Powsner, R.M.; Powsner, E.R.; Using the spark chamber for sequential imaging,
Nucleonics 25.4.66, 1967
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