DE2856887C2 - Strahlungs-Abtastgerät mit einer ein Untersuchungsobjekt umgebenden Anordnung von Strahlungsdetektoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strahlungs-Abtastgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Derartige Abtastgeräte finden insbesondere in der Nuklear-Medizin Anwendung. Die vorliegende Erfindung behandelt ein Abbildungsgerät, das die Radioaktivität eines menschlichen Organes mit hoher Empfindlichkeit zu quantifizieren und räumlich festzustellen gestattet, wobei es sich bei dem Organ beispielsweise um das Gehirn eines Patienten handelt, dem ein Stoff mit radioaktivem Bestandteil eingegeben wurde.

Aus der Zeitschrift »Radiology«, Band 96,1970, Seiten 563 bis 570 ist ein Abtastgerät der im Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruchs vorausgesetzten Art bekannt.

Gegenüber diesem bekannten Gerät liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Abtastgerät der im Oberbegriff vorausgesetzten Art mechanisch so auszubilden, daß eine präzise Abtastbewegung der Detektor-Kollimator-Einheiten auch in radialer Richtung erfolgt und daß die radialen Abtastbewegungen unter sich und mit den tangentiaien Abtastbewegungen streng synchron erfolgen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebene Ausbildung gelöst.

Anhand eines in den Fig. der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispieles sei die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 und la die allgemeine Anordnung,

Fig. 2 das Schema eines Abtastgerätes,

F i g. 2a, b und c einen Patienten in räumlicher Zuordnung zu dem Abtastgerät,

Fig.. 3, 3a und 3b eine Detektor-Anordnung mit einem stark fokussierenden Kollimator, s

F i g. 4 die schematische Anordnung von stark fokussierenden Kollimatoren sowie deren relative Bewegung,

Fig. 4a und 4b das Schema eines Abtastmusters der siark fokussierenden Kollimatoren,

Fig. 5 ein spezielles Abtastmuster,

Fig.5a ur.i 5b besonders repräsentative Teile des Abtastmusters gemäß Fig. 5,

F i g. 6 eine schematische allgemeine Anordnung des Ausführungsbeispiels eines Abtastgerätes,

Fig. 7a bis 7f und 8a bis 8e verschiedene Teilansichten des Ausführungsbeispiels.

In Fig. 1 ist eine Patientenliege 21 dargestellt, die mit nicht dargestellten Steuerungen zum Anheben und Absenken versehen ist Weiterhin dienen Steuerungen der Bewegung einer Kopfstütze 23 in und aus einer OfT-nung 25 in einem Portalgerüst 24. Innerhalb des Portalgerüstes 24 sind in einer noch zu beschreibenden Weise eine Gruppe von Strahlungsdetektoren angeordnet, die stark fokussierte Kollimatoren aufweisen, durch die elektrische Signale erhalten werden. Die elektrischen Signale werden durch einen Universal-Computer verarbeitet, so daß eine Darstellung eines Querschnittes des Hirnes eines mit einem radioaktiven Stoff behandelten Patienten auf einer Konsole 29 ermöglicht wird. Diese Darstellung weist eine Quantifizierung und räumliche Auflösung mit hoher Empfindlichkeit auf. Die Patientenliege 21 ist in der Öffnung 25 des Portalgerüstes 24 hin und her bewegbar, um Abtastungen mehrerer Querschnitte zu ermöglichen. In Fig. 1 ist außerdem noch eine Netzspannungsverteilung 22, ein Datenanschluß mit Computer 27, eine Armatur 26 und ein Portal 28 dargestellt.

In Fig. 2 ist eine Anordnung von Strahlungsdetektoren schematisch dargestellt. Jeder der mit I bis XII bezeichneten Detektoren in Fig. 2 ist von einer Art, wie sie in den F i g. 3 und 3a näher dargestellt ist. Mit BP und BA sind der Brennpunkt bzw. die Brennachse eines der Detektoren bezeichnet. Jeder Detektor besitzt einen stark fokussierenden Bleikollimator 30, einen Szintillationskristall 32, einen Lichtleiter 34 und eine Photomultiplier-Röhre 36. Eine derartige Anordnung weist zwölf Detektoren auf, denen Kollimatoren aus einer Antimon-Blei-Legierung zugeordnet sind, deren jeder ein Feld von 22 x 26 konischen Löchern mit rechteckformigem Querschnitt aufweist. Diese Löcher besitzen typischerweise einen Querschnitt von 8,12 x 4,06 mm an der Koliimatorfläche, die an den Szintillationskristall 32 angrenzt und ungefähr 60% dieser Größe auf der gegenüberliegenden Fläche. Alle Löcher sind konvergierend, so daß deren Achsen sich in einem SS Brennpunkt schneiden, der 15,24 cm von dem Kollimator entfernt ist. Die die Löcher trennenden Wände sind an der Kristallfläche ungefähr 0,254 mm dick. Eine typische Auflösung des Kollimators 30 beträgt 7,62 mm in der Ebene des Querschnitts und 12,7 mm senkrecht dazu.

Der Szintillationskristall 32 ist iypischerweise ein durch Thallium aktivierter Natriumjodidkristall, der in einem rechteckformigen Aluminiumgehäuse angeordnet ist und unter einem Fenster von Glas abgedichtet ist, welches für ultra-violette Strahlung durchlässig ist. Die Bodenwand des Aluminiumgehäuses ist dünn, vorzugsweise dünner als 0,5 mm, um die Absorption und Streuung der auftreffenden üamma-Strahlen auf ein Minimum zu reduzieren.

Es ist erforderlich, daß der Kollimator in einem einzigen Brennpunkt stark fokussiert, das heißt daß alle Löcher in dem Kollimator im Brennpunkt konvergieren, so daß der Kollimator für die Strahlungssammlung einen testen Winkel von ungefähr 0,05 bis 1 Raumwinkel, vorzugsweise ungefähr 0,4 Raumwinkel, aufweist

In einer Konfiguration, wie sie schematisch in Fig. 2 dargestellt ist, und bei der 12 fokussierte Kollimatoren benutzt werden, liegt der Winkel »A« möglichst nahe bei 30° (360 4· 12), das heißt dieser Winkel beträgt ungefähr 24° und der Winkel »B« in den F i g. 2b und 3a beträgt ungefähr 38,5°. Wenn eine andere Anzahl als 12 Kollimatoren benutzt wird, z. B. 4, 8, 10, so wird der WinkeJ »A« (± 6°) durch Aufteilung von 360° auf die Anzahl von Kollimatoren erhalten. Im vorliegenden Fall beträgt die Brennweite der Kollimatoren (15,24 cm) etwas mehr als die Hälfte des Durchmessers des Abtastfeldes, das den abzutastenden Teil des Patientenkörpers umgibt.

Die im dargestellten Beispiel vorliegende Anzahl von 12 Kollimatoren ergibt eine hohe Empfindlichkeit und Auflösung in einer kurzen Zeitperiode von beispielsweise 2 Minuten pro Schicht. Der Bereich für die Anzahl von Kollimatoren liegt zwischen 6 und 24 bei einer geraden Anzahl von Kollimatoren. Bei einer geraden Anzahl von Kollimatoren können diese in Paaren angeordnet werden, wobei jeder Kollimator die Hälfte des Querschnittes des Organes abtastet, wodurch Dämpfungs- und Streuungseinflüsse vermindert werden. Bei einer ungeraden Anzahl von Kollimatoren tastet jeder Kollimator den gesamten Querschnitt des Organes ab.

Gemäß Fig. 2 sind die Detektoren I bis XII in dem Portalgerüst 24 mechanisch gelagert und miteinander verbunden, wie dies noch näher beschrieben wird, um eine Brennpunktabtastung eines Querschnitts »SF« zu liefern. Der Querschnitt »SF« liegt senkrecht zu der KopfVZehen-Achse des Patienten, was in Fig. 2a dargestellt ist. Bei den in Fig. 2 beispielhaft dargestellten Abständen kann die Stellung der Detektoren I bis XII als Ausgangsstellung (oder Endstellung) einer Brennpunktabtastung angesehen werden. Die abwechselnden Paare von gegenüberliegenden Detektoren I—VII, III— IX, V-XI sind in der sogenannten voll eingeschobenen Stellung gezeigt. Die anderen abwechselnden Paare von gegenüberliegenden Detektoren II—VIII, IV-X und VI—XII sind in der sogenannten voll herausgeschobenen Position dargestellt. Beim Beginn SS jeder Abtastung bewegt sich jeder Detektor I—XII in einer geraden Linie tangential zu dem Abtastfeld »SF« in dergleichen Rotationsrichtung (entweder eine Winkelbewegung um die Kopf-/Zehen-Achse Y des Patienten im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn). Die Tangentialbewegung jedes Detektors ist gleichgroß. Sie erfolgt über zwei benachbarte Quadranten des Abtastfeldes. Bei der Vervollständigung einer jeden Tangentialbiwegung bewegen sich die voll eingeschobenen Detektoren I, III, V, VII, IX und XI von der Achse Y um ein vorbestimmtes Stück senkrecht zu der Tangentialbewegung und die voii herausgeschobenen Detektoren ii, IV und so weiter bewegen sich in Richtung auf die Achse Y um das gleiche Stück. Die Richtung der Tangentialbewegung aller Detektoren wird sodann umgekehrt. Diese koordinierte Bewegung der Detektoren wird wiederholt, bis der Brennpunkt jedes Detektors wenigstens eine Hälfte des Bereichs des Abtastfeldes und vorzugsweise mehr

als eine Hälfte, wie nachstehend beschrieben, abtastet, zu welchem Zeitpunkt die Abtastung am Ende FS vervollständigt ist und die anfänglich voll eingeschobenen Detektoren sich in der voll ausgeschobenen Stellung befinden und umgekehrt. Es ist festzuhalten, daß der s durch den Brennpunkt eines jeden Detektors abgetastete Bereich um einen Winkelsektor die Brennpunktabtastung anderer Detektoren überlappt. Im Falle von zwölf Detektoren gibt es eine 30°-Sektoren-Überlappung von benachbarten Detektoren und jeder abgetastete Punkt in dem Abtastfeld wird durch den Brennpunkt von wenigstens sechs Detektoren abgetastet, was nachstehend noch beschrieben wird. In den F i g. 2b und 2c sind der Detektor D, die radioaktiven Quellen Q und die Schicht S angedeutet. is

Zur weiteren Erläuterung zeigt Fig. 4 schematisch die Detektoren I bis XII in ihren Halbweg-Stellungen für die Eichung. In der Halbweg-Stellung gemäß F i g. 4 befinden sich alle Detektoren I bis XII in der gleichen Entfernung von der Achse Y und — wie dies insbesondere für den Detektor I veranschaulicht ist — befindet sich der Brennpunkt FP/ in der Hälfte des Abtastfeldes. Wenn die Abtastung vervollständigt wird, so bewegt sich der Detektor I heraus und vorbei infolge der Tangential- und Radialbewegung in die Stellung I, FS_t, in der die Brennpunktabtastung hinsichtlich des Detektors I vervollständigt ist, (volle Abtastung I). Gleichzeitig erfahren die Detektoren ΙΠ, V, VII, IX und XI die gleiche relative Bewegung. Die Relativbewegung der Detektoren mit gerader Bezugsziffer ist durch den Detektor Π veranschaulicht. Wenn die Abtastung vervollständigt wird, so bewegt sich der Detektor II in die Stellung II', FS_n, in der die Brennpunktabtastung hinsichtlich des Detektors II vervollständigt ist (volle Abtastung II). Fig. 4a veranschaulicht schematisch die Brennpunktabstastung durch jeden der sechs nach außen bewegten Detektoren I, III usw. Die dargestellte Abtastung wird für den entsprechenden Detektor entlang des entsprechenden angezeigten Radiaiwinkels, das heißt on, tun, — axu ausgeführt. Eine gleiche Darstellung ist in F i g. 4b für die sechs nach innen verschobenen Detektoren II... ΧΠ dargestellt. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, wird jeder Punkt in dem Querschnitt SF durch wenigstens die Hälfte der Gesamtanzahl von Detektoren abgetastet. Im vorliegenden Beispiel bedeutet dies, daß die Brennpunktabtastung durch wenigstens sechs Detektoren erfolgt. Aufgrund der Überlappungen wird der Zentralbereich durch bis zu zwölf Detektoren abgetastet. Diese Überlappung, die durch alle zwölf Detektoren in dem Ausführungsbei- so spiel erzielt wird, gestattet eine passende Normierung der Detektoren. F i g. 5 zeigt eine Brennpunktabtastung für einen nach außen verschobenen Detektor, z. B. für den Detektor I, wobei für eine Abtastung in zwölf Zeilen 1 bis 12 die typischen Dimensionen folgende SS Werte aufweisen: Die Länge der Abtastzeile beträgt 21,02 cm bei einem Abstand von 9,52 mm und bei 128 Auflösungselementen pro Zeile. Gemäß Fig. 5 wird beispielsweise ein Punkt durch Brennpunkte der sechs Detektoren I, II, III, IV und Vl abgetastet Fig. 5a beruht auf F i g. 5 und zeigt die Detektoren, die zwei beliebig gewählte Punkte in dem Abtastfeld durch sechs Detektoren abtasten. Fig. 5b beruht ebenfalls auf Fig. 5 und zeigt den Zentralbereich der Abtastung, in dem eine Abtastung durch bis zu zwölf Detektoren auftritt. Die Zahlen in Fig. 5b zeigen die Anzahl der Detektoren, die den angezeigten Bereich abtasten. Die gleiche Information für irgendeinen Punkt in dem Abtastfeld kann routinegemäß durch Gitter dieses Typs in Beziehung zu der Stellung der Detektoren ermittelt werden.

Im Verlauf einer zuvor beschriebenen Quer-Brennpunktabtastung empfängt jeder Detektor kontinuierlich die ausgesandte Strahlung, z. B. Gamma-Photonen, die unter dem Kollimator-Winkel auftreten, wobei diese Strahlung durch den zugeordneten Szintillationskristall und die Photomultiplier-Röhre jedes Detektors in Zählstände umgewandelt wird. Die durch die entsprechende Photomultiplier-Röhre erzeugten elektrischen Signale können in herkömmlicher Weise verstärkt und durch eine Impuls-Amplituden-Diskriminiertechnik festgestellt werden. Sie können sodann der räumlichen Ausrichtung des Abtastfeldes zugeordnet werden und in Form digitaler Zahlen entsprechend den Zählständen und der Detektorstellung in den Speicher eines Universal-Computers übertragen werden. Die so gebildete gespeicherte Information wird — stellt man die Verwendung stark fokussierter Kollimatoren in Rechnung — schnell rekonstruiert, um eine Quantifizierung und räumliche Zuordnung mit hoher Empfindlichkeit hinsichtlich der Radioaktivität in dem Querschnitt zu bilden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die fokussierenden Kollimatoren jeweils die Zählstände von jedem Abtastpunkt aus aufsummieren, wobei durch eine Einwärts- und Auswärts-Brennpunktab tastung sowie eine tangentiale Abtastung die Kombination der Kollimatoren im wesentlichen 360 ° um jeden Punkt in der Querabtastung abdeckt. Die so gesammelten Zählstände sind vorherrschend Zählstände, die von den Brennpunkten der Kollimatoren herrühren, aber ebenfalls einige damit vermischte Zählstände von Punkten außerhalb des Brennpunktes umfassen.

Gemäß Fig. 6 und der vorangegangenen Beschreibung ist jede Brennpunkt-Abtastzeile jedes Detektors I bis XII gleichmäßig in 128 diskrete Auflösungselemente unterteilt, deren Anordnung in dem Abtastfeld routinemäßig von einem noch weiter zu beschreibenden Antriebsmechanismus 20 die Elemente einer Abtastzeile hindurch bewegt wird, und gleichmäßig die Auflösungselemente abtastet, so sammelt ein Akkumulator 810 Zählstände der Detektor-Photomultiplier für die Zeit der Detektorbewegung durch jedes Auflösungselement. Ein Rechner 84C bestimmt daraus die darzustellende Strahlungsverteilung.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden zwölf Abtastzeilen pro Detektor mit 128 Auflösungselementen pro Zeile benutzt Die Szintillations-Zählstandsdaten aller Detektoren, die zwölf Abtastzeilen pro Detektor mit 128 Auflösungselementen umfassen, werden in aufeinanderfolgenden Speicherplätzen gespeichert, wobei die Abtastzeilendaten für jedes Paar von gegenüberliegenden Detektoren in aufeinanderfolgenden Speicherplätzen in einer Weise gespeichert ist, die die Verschiebung der gegenüberliegenden Detektoren in der gleichen Richtung erscheinen läßt. Hierdurch wird die entgegengesetzte Verschiebung von gegenüberliegenden Detektoren kompensiert. Jede Abtastzeile wird durch den Computer unter Programmsteuerung verarbeitet, um die gespeicherte Information in der zuvor beschriebenen Weise zu behandeln. Da jeder gegenüberliegende Detektor zwölf Zeilen abtastet, aber zwei dieser Zeilen überlappen, wird in der zuvor erwähnten Weise ein gemischtes 22 x 128 Feld erzeugt, wobei ein solches Feld für jedes Detektorpaar vorliegt. Die gemischten Felder werden sodann in einem 128 X 128 Feld summiert, das die Winkelausrichtung von 30°

jedes Feldes in Rechnung stellt. Das Ergebnis wird gespeichert und steht zur Verfugung, um eine Bilddarstellung zu erzeugen.

In den Fig. 7a bis 7f sowie 8a bis 8e ist eine Einrichtung für die Bildung der 360 ° Brennpunktabtastung dar- s gestellt. Fig. 7a zeigt eine Gesamtansicht eines Portalgerüstes 24, in welchem eine vertikale Grundplatte 60 aus einem geeigneten gerippten Aluminium-Guß von 1,9 cm Dicke befestigt ist. Auf der Rückseite der Grundplatte 60 ist eine rotierbar gelagerte Scheibe 260 be- ίο festigt, an der ein geschlitzter Arm 250 befestigt ist, der in Fig. 8c näher dargestellt ist und der sich mit einem Nocken 240 in Eingriff befindet, der sich in einem tangentialen Schlitz 245 entsprechend der Bewegung eines Antriebsblockes 220 bewegt, wie dies näher aus F i g. 7a hervorgeht. Direkt unterhalb des tangentialen Schlitzes 245 befindet sich ein kürzerer tangentialer Schlitz 90, wobei identische tangentiale Schlitze 90 auf dem gleichen Radius in einem Winkelabstand von 30° angeordnet sind. Abwechselnd angeordnete Spuranordnungen 59 sind von den benachbarten Schlitzen 90 radial nach innen angeordnet, und abwechselnd angeordnete Spuranordnungen 79 sind von den benachbarten Schlitzen 90 radial nach außen angeordnet. Gemäß Fig. 8d sind Kanalstützen 50 an den Spuranordnungen 59 befestigt und tragen die Detektoranordnungen I, III, V, VII, IX und XI, die bei 52 an Ort und Stelle gehalten werden. Kanalstützen 70 sind an den Spuranordnungen 79 befestigt und tragen die Detektoranordnungen II, IV, VI, X und XII, die bei 72 an Ort und Stelle gehalten werden. Im Betrieb treibt ein erster Schrittmotor 200 über eine Gewindewelle 210 und den Arm 250 der Scheibe 260 die Spuranordnungen 59 und 79 in der gleichen Tangentialrichtung über eine Entfernung entsprechend einer Abtastzeile gemäß Fig. 8e an. Bei Vervollständigung einer Abtastzeile bewegt ein auf der Rückseite der Grundplatte 60 angeordnete Schrittmotor 118 über einen Riemenantrieb 119 und eine mit einem Außengewinde versehene Antriebswelle 112 eine einzige Spuranordnung 79 (in F i g. 7a ist dies die Spuranordnung des Detektors X) in eine Richtung quer zu dem tangentialen Schlitz 90 an, um eine Schrittverschiebung entsprechend dem gewünschten Abstand zwischen zwei Abtastzeilen zu erzielen. Wenn die Schrittbewegung nach innen erfolgt, so treibt das Kegel-Zahnrad 110 des Detektors X die sich damit in Eingriff befindlichen rotierbaren Kegel-Zahnräder 100 an, um die betroffenen Spuranordnungen 59 um die gleiche Größe der Schrittbewegung nach außen zu bewegen. Somit führen abwechselnde Detektoren eine Abtastbewegung nach innen aus, während benachbarte Detektoren eine Abtastbewegung nach außen ausfuhren. In Fig. 7a ist eine Ansicht der Abtasteinrichtungen dargestellt, wobei die zwölf Detektoren I bis XII sich in der Halbweg-Kalibrierstellung gemäß Fig. 4 befinden. Die Detektoren I bis ΧΠ besitzen Kollimatoren 30, wobei der Winkel »A« so nah wie möglich an 360 °412 = 30 °, z. B. bei 24°, liegt, um einen minimalen Abstand zwischen benachbarten Szintillationskristallen 32 zu gestatten, die in F i g. 7a leicht kegelförmig bei 33 dargestellt sind, um eine optimal dichte Packung zu ermöglichen. Abwechselnde Detektoren I, ΠΙ, V,... XI mit ihren zugeordneten Kollimatoren 30, Szintillationskristallen 32, Lichtleitern 34 und Photomultipliem 26 sind in der zuvor erwähnten Weise auf Kanalstützen 50 bei 52 montiert. Die Kanalstützen 50 sind fest auf Schlitten 54 montiert, was bei 56 in Fig. 7b dargestellt ist. Die Schlitten 54 sind Teil einer Spuranordnung 59, die in Fig. 7d dargestellt ist und Schienen 58 aufweist, die auf einem Gestell 61 befestigt sind. Gemäß den Fig. 7b und 7d sind die Schlitten 54 entlang der Schienen 58 während der Abtastoperation in der nachstehend beschriebenen Weise verschiebbar. Die Schienen 65 sind über Stützen 67 fest mit der Hauptplatte 60 verbunden, wobei sie senkrecht und zentral zu einem benachbarten Schlitz 90 ausgerichtet sind.

Die anderen abwechselnd angeordneten Detektoren II, IV ... XII mit ihren zugeordneten Kollimatoren 30, Szintillationskristallen 32, Lichtleitern 34 und Photomultipliem 36 sind auf Kanalstützen 70 in der zuvor erwähnten Weise gelagert. Die Kanalstützen 70 sind fest auf Schlitten 74 gelagert. Die Schlitten 74 bilden einen Teil der Spuranordnung 79 gemäß Fig. 7e, die auf einem Gestell 81 montierte Schienen 78 aufweist. Gemäß den F i g. 7c und 7e sind die Schlitten 74 entlang der Schienen während der Abtastoperation in der nachstehend beschriebenen Weise verschiebbar. Das Gestell 81 ist auf einem Schlitten 83 befestigt, der entlang Schienen 85 parallel zu einem tangentialen Schlitz 90 während der Abtastoperation in der nachstehend beschriebenen Weise verschiebbar ist. Die Schienen 85 ruhen auf Stützen 87 und sind senkrecht zu einem benachbarten Schlitz 90 ausgerichtet. Die Schienen 85 und 65 sind auf Gestellen angeordnet, welche eine gleiche Entfernung von dem Schlitz 90 aufweisen. Die Spuranordnung 59 und 79, soweit sie bislang beschrieben wurden, sind zueinander identisch, jedoch abwechselnd auf entgegengesetzten Seiten ihrer benachbarten tangentialen Schlitze 90 auf der Grundplatte 60 angeordnet. Die Spuranordnungen 59 besitzen nach außen gerichtete geschlitzte Arme 92, die mit den Schlitten 54 verbunden sind und in die ein Nocken 93 eingreift, der mit einem Block 91 in seinem zugeordneten Schlitz 90 verschoben wird.

Die Spuranordnungen 79 besitzen nach innen gerichtete geschlitzte Arme 94, die mit den Schlitten 74 verbunden sind und in die ein Nocken 95 des Blockes 96 eingreift, der in seinem zugeordneten Schlitz 90 verschoben wird. Die Bewegung der geschlitzten Arme 92 und 94 durch die Nocken 93 und 95 führt zu einer tangentialen Abtastbewegung der Detektoren I bis XII. Die abwechselnde Einwärts- und Auswärtsabtastbewegung der Detektoren I bis XII wird von den Kegel-Zahnrädern 100 abgeleitet, die an den Spuranordnungen 59 angreifen. Die Kegel-Zahnräder 100 werden hierbei ihrerseits dprch die Kegel-Zahnräder 110 angetrieben, die sich gemäß Fig. 7f mit den Spuranordnungen 79 im Eingriff befinden.

Gemäß Fig. 7f ist die Spuranordnung 79 für den Detektor X mit seinem Kegel-Zahnrad 110 über eine Antriebswelle 112, einen Antriebsriemen 114 und eine Kegelradwelle 116 verbunden. Die Antriebswelle 112 wird durch den Schrittmotor 118 angetrieben, wobei in Abhängigkeit von der Antriebsrichtung des Schrittmotors 118 die Spuranordnung 79 für den Detektor X nach innen oder nach außen geschoben wird. Hierdurch wird das Kegelrad 110 gedreht, welches das einzige direkt angetriebene Zahnrad darstellt. Die benachbarten Kegelräder 100 werden durch das Kegelrad 110 in entgegengesetzter Richtung angetrieben, wobei die mit dem Kegelrad 100 verbundene mit einem Außengewinde versehene Antriebswelle 120 die Spuranordnung 59 nach außen bewegt, wenn die Spuranordnung 79 nach innen bewegt wird und umgekehrt Infolgedessen bewegen sich alle Spuranordnungen 79 nach innen, während sich die Spuranordnungen 59 nach außen

bewegen und umgekehrt.

In Fig. 8a ist die Anordnung gemäß Fig. 7a bei entfernten Detektoren und Kanalträgern dargestellt. Fig. 8b zeigt eine seitliche Schnittansicht von Fig. 8a und Fig. 8c zeigt eine Rückansicht von Fig. 8a. In Fig. 8a befinden sich die Spuranordnungen 59 in der vollen Außenstellung und die Spuranordnungen 79 befinden sich in der vollen Innenstellung. Diese Stellungen stellen den Beginn einer Abtastung dar. Die Fig. 8a bis 8c veranschaulichen Zustände, in denen die Spuranordnungen Innen- und Außenstellungen einnehmen. Die tatsächliche Halbweg-Abtaststellung ist in Fig. 8e dargestellt. Gemäß Fig. 8a treibt beim Beginn einer Abtastoperation der Schrittmotor 200 auf der Grundplatte 60 die mit Außengewinde versehene Antriebswelle 210 an, die eine Verschiebung des Antriebsblocks 220 in der angezeigten Richtung hervorruft. Der Antriebsblock 220 ist mit einem Nocken 240 verbunden, der durch einen tangentialen Schlitz 245 in der Platte 60 hindurchgreift. Gemäß den Fig. 8b und 8c ist der geschlitzte Arm 250 an der Scheibe 260 vorgesehen, die ihrerseits in Lagern 280 auf der Rückseite der Platte 60 rotierbar gelagert ist. Die Scheibe 260 besitzt einen Schlitz 301 direkt unterhalb des geschlitzten Armes 250 und Schlitze 302 bis 312 in 30°-Winkelabständen. Jeder dieser Schlitze 301 bis 312 nimmt einen Nocken 93 in einem der Schlitze 90 auf, der auch in den Arm 92 einer Spuranordnung 59 eingreift, bzw. er nimmt einen Nocken 95 auf, der sich mit dem Arm 94 einer Spuranordnung 79 im Eingriff befindet. Betrachtet man somit die Stellung der Spuranordnungen 59 und 79 in Fig. ■ a beim Beginn einer Abtastung, wobei die Detektorstellungen denjenigen in Fig. 8d entsprechen und der Schrittmotor 200 eingeschaltet ist, um die Antriebswelle 210 anzutreiben, so bewegt sich der Antriebsblock 220 tangential in dem Schlitz 245 um eine Entfernung von 28,5 cm nach links, die durch die Bezugsziffer 400 in Fig. 8c dargestellt ist. Diese Bewegungsdistanz für den Antriebsblock 220 und den Nocken 240 ist dergestalt, daß sich die Nocken 93 und 95 in den tangentiellen Schlitzen 90 zum gleichen Zeitpunkt im Gegenuhrzeigersinn um die Tangentialentfernung bewegen, die einer Abtastzeile gemäß Fig. S und Fig. 8d gleich ist. Eine vorbestimmte Anzahl von Bewegungsschritten bildet ein Abtastungs-Aufiösungselement, das in der zuvor beschriebenen Weise typischerweise 1/128 der Abtastzeilenlänge 300 entspricht. Wenn die tangential Schlittenbewegung der Schlitten 54 und 74 entlang der Schienen 58 und 78 um die Abtastzeilenlänge 300 vervollständigt worden ist, so wird ein Signal beispielsweise von einem Universal-Computer oder anderweitig geliefert, das den Schrittmotor 118 betätigt, der sich über den Riemen 11*»' mit der Antriebswelle 112 im Eingriff befindet und über die Welle 116 das Kegelrad 110 über die Antriebskupplung 121 antreibt. Die Arme 94 besitzen ein Spiel und reichen unter die Schienen 78, die aus Fig. 7e ersichtlich sind. Die vorstehend beschriebene Verbindung ist so angeordnet, daß eine Anzahl von Schritten des Schrittmotors 118 über die Antriebswelle 112 eine Bewegung des Schlittens 83 der aufgezeigten Spuranordnung 79 nach außen und eine Bewegung des Schlittens 74 um eine Entfernung hervorruft, die dem gewünschten Abtastzeilenabstand 450 in Fig. 8d entspricht. Gleichzeitig rotiert das dem Kegelzahnrad 100 benachbarte Kegelzahnrad 110 gemäß F i g. 7f in entgegengesetzter Richtung, während die anderen Kegelzahnräder 110 für die Detektoren II, IV usw. in der gleichen Richtung und wie das von dem Schrittmotor.

118 angetriebene Kegelzahnrad 110 für den Detektor X rotieren. Wenn demzufolge der Schlitten 74 für einen Detektor X (II, IV, VI usw.) um einen Abtastzeiienabstand 450 nach außen sich bewegt, so bewegen sich die Schlitten 54 für die Detektoren I, III,... XI um einen Abtastzeilenabstand 450 nach innen, was in F i g. 7f für den Schlitten des Detektors XI ersichtlich ist. Die Rotation des Kegelzahnrades 100 in entgegengesetzter Richtung gegenüber dem Kegelzahnrad 110 ruft eine Bewegung der Antriebswelle 120 hervor, um den Schlitten 63 zu bewegen und somit den Schlitten 54 nach innen und den Schlitten 74 nach außen anzutreiben. Zu diesem Zeitpunkt veranlaßt ein Signal an den Schrittmotor 200 die Antriebswelle 120 zu einer Rotation in einer Rich-

IS tung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, wodurch eine Tangentialbewegung des Blockes 220 und der Nocken 93 und 95 wie zuvor, jedoch in der entgegengesetzten Uhrzeigerrichtung, auftritt. Eine zweite Abtastzeile wird für alle Detektoren I bis XII gebildet und der Schrittmotor 118 für die Einwärts- und Auswärtsbewegung der Detektoren wird erneut aktiviert und letztere in der zuvor beschriebenen Weise wiederholt. Dieser Betriebszyklus wird fortgesetzt, bis eine volle Abtastung vervollständigt ist.

In der zuvor beschriebenen Einrichtung wird die Abtastzeilenrichtung als eine Bewegung einer Spuranordnung erläutert, die tangential zu dem Abtastbereich im Zentrum der Einrichtung erfolgt. Das Antriebsmittel für die Abtastzeilenbewegung ist ein einziger Schrittmotor, der eine Schraube antreibt, welche ihrerseits einen Antriebsblock tangential entlang einer Gruppe von Schienen bewegt. Der Antriebsblock ist durch einen Nocken mit einem geschlitzten Arm verbunden, der an einer rotierbaren Scheibe befestigt ist. Die Scheibe ist mit der Grundplatte durch ein großes Kugellager verbunden, wodurch die Scheibe rotieren kann, wenn sie durch den Antriebsblock angetrieben wird. Jede der Spuranordnungen ist über Verbindungsblöcke, die Nocken an jedem Ende aufweisen, mit Schlitzen in der Scheibe verbunden. Diese Verbindungsblöcke wandeln die Rotationsbewegung der Scheibe in eine lineare Bewegung der Spuranordnung um. Da alle Verbindungsblöcke auf dem gleichen Radius der Grundplatte angeordnet sind, ist die Bewegung aller Spuranordnungen synchronisiert und die Geschwindigkeit und der Ort der Spuranordnungen sind proportional zu der Geschwindigkeit und dem Ort des Antriebsblockes. Die Einwärts-ZAuswärtsbewegung ist die Radialbewegung einer Spuranordnung im

so Hinblick auf den kreisförmigen Abtastbereich. Wenn eine Abtastzeilenbewegung vervollständigt worden ist, das heißt, wenn sich die Schlitten auf den Spuranordnungen von einer Extremstellung zu der gegenüberliegenden Extremstellung bewegt haben, so treibt ein zweiter Schrittmotor als Einwärts-ZAuswärts-Antriebsmittel eine Schraube an, die eine äußere Spuranordnung um einige Einheitsabschnitte von dem Zentrum des Abtastbereiches hinwegbewegt Die Schraube, die diese eine äußere Spuranordnung bewegt, ist über einen Antriebsriemen mit einer Welle verbunden. Auf dem Ende dieser Welle ist in Richtung des Zentrums ein Kegelrad gelagert, das in der Zeichnung durch ein 30 °- Kegelzahnrad dargestellt ist. Dieses Kegelzahnrad treibt elf andere 30°-Kegelzahnräder, die einen volles ständigen Kreis bilden. Die zwei Kegelzahnräder auf jeder Seite des antreibenden Kegelzahnrades rotieren in entgegengesetzter Richtung gegenüber dem Antriebs-Kegelzahnrad. Alle anderen Kegelzahnräder außer dem

angetriebenen Kegelzahnrad sind mit Antriebsschrauben verbunden, die damit verbundene innere Spuranordnungen antreiben. Die Spuranordnungen, die von dem Kegelzahnrad, der Welle, dem Antriebsriemen und durch die Wellenkombination angetrieben s werden, sind äußere Spuranordnungen. In diesem Fall sind sechs dieser Anordnungen jeweils abwechselnd rund um den Abtastbereich angeordnet. Wenn das Einwärts-/Auswärts-Antriebsmittel die am äußersten links liegende äußere Spuranordnung zu einer Auswärtsbewegung um eine Entfernungseinheit veranlaßt, so veranlaßt die Kegelzahnradanordnung alle inneren Spuranordnungen zu einer Einwärtsbewegung um eine Abstandseinheit und zur gleichen Zeit zu einer Auswärtsbewegung der anderen fünf äußeren Spuranord- is nungen ebenfalls um eine Abstandseinheit. Um diese Einwärts- und Auswärtsbewegung der Spuranordnungen zu gestatten und dabei die richtige Verbindung zwischen dem Verbindungsblock und den Schlitten aufrecht zu erhalten, ist ein geschlitzter Arm fest mit jedem Schlitten verbunden. Der Nocken am einen Ende des Verbindungsblocks überträgt die Tangentialbewegung auf die Schlitten. Da alle Bewegungen der Spuranordnungen mechanisch miteinander verbunden und durch nur ein Antriebsmittel für jede Richtung gesteuert sind, gibt es keinen möglichen Fehler in dem elektronischen Signal bzw. keinen Komponentenfehler, der irgendeinen der durch die Spuranordnungen gelagerten und bewegten Detektoren veranlassen könnte, mit einem anderen Detektor zu kollidieren. Die eindeutige Bewegung in der Einwärts-/Auswärtsrichtung der äußeren sich nach außen bewegenden Spuranordnungen während der Einwärtsbewegung der inneren Spuranordnungen gestattet eine höchstmögliche Packungsdichte der Detektoren. Als noch wesentlicher ist anzusehen, daß hierdurch die kürzestmögliche Brennweitenentfernung für die Kollimatoren der Detektoren erzielt wird und daß der Winkelabstand von ungefähr 30° zwischen den Kollimatoren während der Abtastoperation konstant bleibt.

Die besonderen Vorteile der beschriebenen Abbildungseinrichtung liegen in der Fähigkeit, aufgrund der besonders hohen erzielten Empfindlichkeit eine Diagnose von pathologischen Veränderungen zu gestatten, und Bilder zu erzielen, die genau den Ort und die Form der Abnormitäten zeigen. Ferner können Bilder in passender Weise wieder aufgesucht werden, und es kann eine Vielzahl von transaxialen Schichten in einfacher Weise erhalten werden, wobei jede Aufnahme zwei bis fünf Minuten erfordert. Ferner kann eine hohe Auf- so lösung des Objekts vor dem Hintergrund mit ausgezeichneten funktionellen Einzelheiten erhalten werden, was auf die Verwendung der stark fokussierten Kollimatoren zurückzuführen ist.

Die mechanische Verwirklichung ist dergestalt, daß das gesamte Gerät auf einem Platz von 5 X 5 m unterzubringen ist. Das Abtastmuster mit der Verwendung von stark fokussierten Kollimatoren gestattet die Verwendung von Kollimatoren mit sehr kurzer Brennweite, das heißt die Brennweite braucht nur ungefähr den halben Durchmesser des gesamten Abtastfeldes zu betragen. Darüber hinaus gestattet die kontinuierliche und im wesentlichen konstante enge Nachbarschaft der stark fokussierten Kollimatoren während der Abtastoperation eine optimale Sammlung der von dem Patienten es ausgesandten Strahlung, z. B. liegt nicht mshr als ungefähr 15% des Abtastfeldes außerhalb der von der Kollimator-Anordnung eingeschlossenen Winkel. Dieser Platz wird benötigt, um eine geeignete Bleiabschirmung fur die Szintillationskristalle vorzusehen.

Hierzu IS Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Strahlungs-Abtastgerät mit einer ein Untersuchungsobjekt umgebenden Anordnung von auf dieses gerichteten, mit stark fokussierenden Kollimatoren versehenen Strahlungsdetektoren, die in einer Gruppe um eine zu einem Träger senkrechte Achse symmetrisch angeordnet und durch eine Gruppe von tangentialen und symmetrischen Führungsgliedem geführt sind, mit einer Grundplatte für die Führungsglieder und mit auf dem Träger befestigten Antriebsvorrichtungen zum Bewirken einer tangentialen Abtastbewegung der einzelnen Detektor-Kollimator-Einheiten und mit einer Verarbeitungseinrichtung, die aus den Detektorsignalen eine Darstellung der Verteilung der Strahlung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsglieder und Antriebsvorrichtungen aufweisen: erste zu einem zur Achse konzentrischen Kreis tangentiale und symmetrische Führungsschlitze (90) in der Grundplatte (60);

   einen zweiten Führungsschlitz (245) in der Grundplatte (60), der parallel zu einem der ersten tangentialen Führungsschlitze (90) und weiter von der Achse entfernt verläuft;

   eine drehbare Scheibe (260), die auf einer Seite der Grundplatte (60) um die senkrechte Achse drehbar gelagert ist, und die eine Gruppe von in gleichen gegenseitigen Winkelabständen angeordneten, sich quer zu den ersten Führungsschlitzen erstreckenden dritten Schlitzen (301 bis 312) aufweist, von denen jeder einen der ersten tangentialen Führungsschlitze (90) überlappt, und die ferner einen geschlitzten Arm (250) aufweist, der auf einen der dritten Schlitze (301 bis 312) ausgerichtet ist, den zweiten Führungsschlitz (245) überlappt und über einen Nocken (240) mit diesem gekoppelt ist;
   eine Gruppe von in gleichen gegenseitigen Winkelabständen angeordneten, radial ausgerichteten Führungseinrichtung (65, 85), die auf der Grundplatte (60) auf der der Scheibe (260) gegenüberliegenden Seite montiert sind und sich jeweils in einer Richtung senkrecht zu einem der ersten tangentialen Führungsschlitze (90) erstrecken, wobei abwechselnd Führungseinrichtungen (65) gegenüber den tangentialen Führungsschlitzen radial nach innen und die verbleibenden Führungseinrichtungen (85) gegenüber den tangentialen Führungsschlitzen radial nach außen angeordnet sind; eine Gruppe von Spurgliedern (58, 78), die quer zu den Führungseinrichtungen (65,85) angeordnet und auf diesen verschiebbar gelagert sind;
   eine Gruppe von auf den Spurgliedern (58,78) gelagerten Trägern (54,74) fürje eine der Detektor-Kollimator-Einheiten (I bis XII), wobei erste Träger (54) auf den radial nach innen gerichteten Führungseinrichtungen (65) gelagert sind, welche sich nach außen erstreckende geschlitzte Arme (92) parallel zu der Führungseinrichtung (65) aufweisen und einen entsprechenden ersten tangentialen Führungsschlitz (90) überlappen, und wobei zweite Träger (74) auf den radial nach außen gerichteten Führungseinrichtungen (85) gelagert sind, welche sich nach innen erstreckende geschlitzte Arme (94) parallel zu der Führungseinrichtung (85) aufweisen und einen entsprechenden ersten tangentialen Führungsschlitz (90) überlappen;

   einen gleitend in jedem ersten tangentialen Führungsschlitz (90) gelagerten Antriebsblock (91,96), der in einen überlappenden geschlitzten Arm (92, 94) eines Trägers (54, 74) an einem Ende und in einen überlappenden dritten Schlitz (301 bis 312) der Scheibe (260) am anderen Ende eingreift, wobei ein primärer Bewegungs-Antriebsblock (220) in dem zweiten Führungsschlitz (245) gleitend gelagert ist und über einen Nocken (240) mit dem geschlitzten Arm (250) gekoppelt ist;
   eine erste Antriebseinrichtung (200), die mit dem primären Bewegungs-Antriebsblock (220) sich so im Eingriff befindet, daß sie eine Bewegung des primären Bewegungs-Antriebsblockes (220) in dem zweiten Führungsschlitz (245) um eine vorbestimmte Strecke hervorruft, die Scheibe (260) dreht und den Trägern (54, 74) eine vorbestimmte tangential Bewegung erteilt;

   eine Gruppe von einander benachbarten, sich im Eingriff miteinander befindenden, entgegengesetzt rotierenden Kegel-Zahnrädern (100,110), die radial nach innen von den ersten tangentialen Führungsschlitzen (90) und den Spurgliedern (58, 78) aus angeordnet sind, wobei jedes Kegel-Zahnrad sich mit einem radial benachbarten Spurglied (58, 78) über eine mit Außengewinde versehene Antriebswelle (112, 120) im Eingriff befindet und dadurch den Spurgliedern (58,78) abwechselnd eine radiale Einwärts- und Auswärtsbewegung erteilt; und
   eine zweite Antriebseinrichtung (118) im Eingriff mit nur einer der mit Außengewinde versehenen Antriebswellen (112), die dadurch eines der Kegelräder (110) antreibt.