DE3039135C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Lokalisierung eines Bereiches im Körper eines Patienten, dem eine radioaktiv gekennzeichnete Verbindung zugeführt wurde, die sowohl einzelne, energiereiche Photonen als auch energiereiche Photonenpaare, deren Gesamtenergie in einem Energievall liegt, in dem keine einzelnen energiereichen Photonen ausgesandt werden, aussendet, mit einem Photonen-Detektor und einem ersten mit diesem verbundenen Fenster-Diskriminator, durch den erste Ausgangsimpulse erzeugbar sind, wenn die nachgewiesene Photonenenergie innerhalb eines ersten Energiebereiches liegt, sowie mit einer Zähler- und Rechnereinrichtung zum Zählen der ersten Ausgangsimpulse und zum Berechnen von Werten aufgrund der gezählten ersten Ausgangsimpulse.

Die Gefahr der Bildung von Bluttropfen (Thromben) nach gewissen chirurgischen Eingriffen erfordert in vielen Fällen eine genaue Überwachung des Patienten, damit frühzeitig eine diesbezügliche Diagnose gestellt werden kann. Von besonderem Interesse sind Thrombosen in den tiefliegenden Venen der Beine, da diese im Unterschied zu Thrombosen in den höher liegenden Venen gefährlich sind, da sie bei einer Vergrößerung den Blutkreislauf im Bein unterbinden, sich gegebenenfalls loslösen und durch den Blutkreislauf in die Lungen gelangen und dort lebensgefährdende Zustände hervorrufen können. Es ist deshalb von Bedeutung, so frühzeitig wie möglich therapeutische Maßnahmen zu ergreifen.

Röntgenaufnahmen unter Verwendung von Kontrastmitteln dienen dazu, das Auftreten und die Lage von Thrombosen zu erkennen. Dieses Vorgehen ist jedoch nachteilig, da es zeitaufwendig und kostspielig ist und auch weil es für den Patienten gefährlich und schmerzhaft sein kann. Auch kann nicht vollständig ausgeschlossen werden, daß eine Untersuchung mittels Phlebographie selbst eine Thrombosenbildung verursachen kann.

Ein Gerät der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 27 01 060 bekannt und dient zur Feststellung von Thrombosen mittels des ¹²⁵J-Fibrinogentests. Dieser Test wird zum Feststellen von Venenthrombosen in den Beinen häufig verwendet. Der Grundgedanke dieses Tests besteht darin, daß mit ¹²⁵J markiertes Fibrinogen (Faserstoff des Blutes) injiziert wird, das bei Koagulation als Fibrinogenfaser in der Thrombose eingelagert wird. Dadurch zeigt der Bereich, in dem sich die Thrombose befindet, eine höhere Strahlungsaktivität, die mit einem Photonen-Detektor erfaßt werden kann, der für die Zerfallsstrahlung des ¹²⁵J-markierten Fibrinogens empfindlich ist, wie z. B. ein Szintillationsdetektor. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß es keine Unterscheidung zwischen Thrombosen in höher liegenden und tiefliegenden Venen erlaubt, d. h. es kann nur die Lage der Thrombose längs der Körperoberfläche und nicht ihre Tiefenlage festgestellt werden.

Im Vergleich zur Phlebographie ergibt der ¹²⁵J-Fibrinogentest etwa 20% falscher, positiver Befunde bei der Untersuchung von Thrombosen in den Beinen. Dieser Unterschied dürfte hauptsächlich auf in den höher liegenden Venen vorhandene Thrombosen zurückzuführen sein.

Aus der US-PS 40 16 418 ist eine Vorrichtung zum Bestimmen der Stärke einer radioaktiven Quelle, wie z. B. ¹²⁵J, bekannt. Die Ausgangssignale von einem Photonen-Detektor werden zwei Fenster-Diskriminatoren zugeführt, deren Fensterweite so eingestellt ist, daß der eine Fenster-Diskriminator nur dann einen Ausgangsimpuls erzeugt, wenn von dem Photonen-Detektor ein einzelnes innerhalb eines vorgegebenen Energiebereiches liegendes Photon erfaßt wird, während der andere Fenster-Diskriminator nur dann einen Ausgangsimpuls abgibt, wenn von dem Photonen-Detektor ein Photonenpaar erfaßt wird, dessen Gesamtenergie innerhalb eines vorbestimmten Energiebereiches liegt. Aus der Zählrate für die einzelnen Photonen und derjenigen für die Photonenpaare läßt sich die Stärke der radioaktiven Quelle bestimmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß es möglich ist, anzugeben, wie tief der zu lokalisierende Bereich im Patientenkörper liegt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Photonen-Detektor mit einem zweiten Fenster-Diskriminator verbunden ist, durch den, wenn die nachgewiesene Photonenenergie innerhalb eines zweiten, um den Wert der Durchschnittsenergie der energiereichen Photonenpaare zentrierten und von dem ersten Energiebereich verschiedenen Energiebereiches liegt, zweite Ausgangsimpulse erzeugbar sind, welche von der Zähler- und Rechnereinrichtung gezählt werden, daß der Photonen-Detektor so ausgelegt ist, daß der erste Energiebereich um den Durchschnittswert der Energie der einzelnen energiereichen Photonen zentriert ist, und daß die Zähler- und Rechnereinrichtung so ausgelegt ist, daß der Abstand d des Bereiches im Körper des Patienten vom Photonen-Detektor nach der Gleichung

d = k₁ × 1n (k₂ + N _t /N _c )

bestimmt wird, mit

N _t = Anzahl der insgesamt gezählten PhotonenN _c = Anzahl der gezählten Photonenpaare undk₁, k₂= Konstanten.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im Rahmen der Erfindung wird eine besondere Eigenschaft beim Zerfall des ¹²⁵J ausgenützt. Dieses Isotop geht durch Elektroneneinfang in das instabile Isotop ¹²⁵Te über, wobei durchschnittliche 0,74 K-Röntgenstrahlen pro Zerfall ausgesandt werden. Beim Übergang von diesem instabilen Zustand in einen stabilen Zustand durch innere Konversion werden durchschnittlich 0,67 K-Röntgenstrahlen pro Zerfall ausgesendet.

Ein kleinerer Teil (7%) des Übergangs in den stabilen Zustand erfolgt durch γ-Emission. Die Energie der Röntgenstrahlen variiert von 27 keV bis 31 keV mit einem gewichteten Durchschnittswert von 28 keV.

In etwa der Hälfte der Zerfälle wird ein Photon sowohl beim Elektroneneinfang als auch bei der Aberregung ausgesandt. Die Durchschnittszahl solcher Ereignisse je Zerfall ist durch das Produkt

0,74 · (0,67 + 0,07)

etwa gleich 0,54 gegeben. Dabei werden zwei Röntgenstrahlphotonen oder ein Röntgenstrahlphoton und ein γ-Photon annähernd gleichzeitig ohne irgendeine Richtungskorrelation ausgesandt.

Die Wahrscheinlichkeit der Erfassung von den beiden koinzidenten Photonen ist u. a. von der Größe des verwendeten Photonen-Detektors, dem Abstand zwischen dem Photonen-Detektor und dem Bereich, der das radioaktive Isotop enthält und der Abschwächung im dazwischenliegenden Material abhängig. Eine in der Form gleichartige Abhängigkeit gilt für die Wahrscheinlichkeit der totalen Erfassung von sowohl koinzidenten als auch nicht-koinzidenten Photonen. Es kann gezeigt werden, daß der Quotient zwischen der erfaßten Anzahl, N _c , koinzidenter Photonen und der Anzahl, N _t , insgesamt erfaßter Photonen, besonders mit Rücksicht darauf, daß die ausgesandte Strahlung im Falle des ¹²⁵J relativ monochromatisch ist, durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:

worin

K _a eine Konstante, Ωder Raumwinkel, unter welchem der Photonen-Detektor von einer Punktquelle der Strahlung aus gesehen wird, µder effektive Schwächungskoeffizient des dazwischenliegenden Materials ist, welcher material- und energieabhängig ist, dder Abstand zwischen der Strahlungsquelle und dem Photonen-Detektor, und εder Wirkungsgrad des Photonen-Detektors ist.

In obiger Gleichung gilt N _t = N _n + 2 N _c , worin N _n die Anzahl erfaßter, nicht koinzidenter Photonen ist.

Für praktische Messungen ist eine experimentelle Bestimmung des Zusammenhanges zwischen dem Abstand d und dem Quotienten N _c /N _t erforderlich. Es zeigt sich dann, daß der Abstand d durch einen Ausdruck der Form:

d = k₁ · ln (k₂ + N _t /N _c )

beschrieben werden kann, wobei k₁ und k₂ Konstanten sind.

Die bei dem Zerfallsschema für das Isotop ¹²⁵J ausgenützte Eigenschaft besteht im Vorhandensein von im wesentlichen koinzident ausgesandten Photonen bei einem gewissen Anteil der Zerfälle. Diese koinzidenten Photonen sind gesondert erfaßbar, d. h. haben eine Gesamtenergie, die in einem Energieintervall liegt, in dem keine einzelnen Photonen ausgesandt werden. Andere radioaktive Isotope als ¹²⁵J können selbstverständlich diese Eigenschaft besitzen, ¹²⁵J ist jedoch das gegenwärtig bevorzugte Isotop.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 die Energieverteilung der von einer ¹²⁵J-Quelle ausgesandten Photonen,

Fig. 2 experimentell erhaltene Zusammenhänge zwischen der Tiefe einer Strahlungsquelle in Wasser und dem Quotienten N _c /N _t ,

Fig. 3 ein Blockschema einer Ausführungsform des erfindungsmäßigen Geräts, und

Fig. 4 einige der Pufferkreise, die in der Ausführungsform des Geräts gemäß Fig. 3 enthalten sind.

Das Diagramm in Fig. 1 zeigt die Energieverteilung von von der ¹²⁵J-Strahlungsquelle ausgesandten Photonen, die mittels eines thalliumaktivierten Natriumjodiddetektors erfaßt worden sind. Ein solcher Szintillationsdetektor kann beispielsweise einen Szintillationskristall mit einem Durchmesser von 124 mm und einer Dicke von 1,5 mm aufweisen und mit einem Messingkollimator versehen sein, dessen Länge 50 mm, Blendendurchmesser 40 mm und Dicke 5 mm sein kann. Die Verteilungskurve besitzt ein Maximum bei etwa 28 keV, welches von einzelnen, erfaßten Photonen herrührt, und ein weiteres Maximum bei etwa 56 keV, welches von paarweise koinzident erfaßten Photonen herstammt, die vom Photonen-Detektor als ein einziges Photon mit einer Energie im Bereich von etwa 56 keV registriert werden.

Wie bereits erwähnt, ist eine experimentelle Bestimmung des Zusammenhanges zwischen einerseits dem Verhältnis zwischen der Anzahl (N _c ) erfaßter Photonen mit Energie um 56 keV und der gesamten Anzahl (N _t ) erfaßter Photonen und andererseits dem Abstand zwischen dem Photonen-Detektor und der Strahlungsquelle vorzuziehen. Beispiele dieses Zusammenhanges sind in Fig. 2 gezeigt, die veranschaulicht, wie sich der Quotient N _c /N _t mit dem Abstand zwischen einem Photonen-Detektor und einer punktförmigen (Kurve a) oder linienförmigen (Kurven b und c) Strahlungsquelle ändert, die in Wasser untergetaucht ist, dessen Schwächungskoeffizient im wesentlichen mit dem der Weichteile des menschlichen Körpers übereinstimmt.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform des erfindungsmäßigen Geräts umfaßt zwei Photonen-Detektoren 1 und 2, die mit Photoelektronenvervielfachern kombinierte Szintillationsdetektoren der oben erwähnten Art sein können, welche in bekannter Weise für jedes erfaßte Photon oder erfaßtes Paar koinzidenter Photonen einen Ausgangsimpuls mit einer Amplitude ergeben, die im wesentlichen proportional zur Energie des Photons bzw. des Paares koinzidenter Photonen ist. Die Ausgangsimpulse jedes Photonen-Detektors 1, 2 werden von Verstärkern 3, 4 verstärkt und dann Diskriminatoren 5, 6 zugeführt, die aus je zwei Fenster-Diskriminatoren 5 a und 5 b bzw. 6 a und 6 b bestehen können. Wenn das Gerät zum Registrieren von Anlagerungen einer mit ¹²⁵J markierten Verbindung benutzt werden soll, sind die Fenster-Diskriminatoren 5 a und 6 a so eingestellt, daß sie auf Photonen mit einer Energie in einem Intervall (sog. Fenster) um den Wert 28 keV ansprechen, während der entsprechende Wert für die Fenster-Diskriminatoren 5 b und 6 b etwa 56 keV beträgt. Von den Fenster-Diskriminatoren 5 a, 6 a, 5 b und 6 b abgegebene Ausgangsimpulse, deren Anzahl mit der Anzahl Registrierungen in dem betreffenden Fenster übereinstimmt, werden entsprechenden Pufferkreisen in einer Puffer- und Schnittstelleneinheit 7 zugeführt, zu und von welcher Informationsübertragungen von bzw. zu einem Mikrocomputer 8 stattfinden können.

Die Puffer- und Schnittstelleneinheit 7 kann für jeden Fenster-Diskriminatorausgang einen Pufferkreis aufweisen, wie der in Fig. 4 dargestellte. Dieser Kreis umfaßt genauer genommen zwei Binärzähler 10, 11, die die an dem betreffenden Fenster-Diskriminatorausgang auftretenden Ausgangsimpulse zählen, wobei ein Steuersignal vom Computer 8 festlegt, ob die Zählung aufwärts oder abwärts vorgenommen werden soll. Die Zähler 10, 11 sind einerseits an zwei Ausgänge 12, 13 vom Computer 8 und andererseits an zwei Eingänge 14, 15 zum Computer über je eine Verriegelungsschaltung 16, 17 geschaltet. Die Ausgabe des Inhalts der Zähler 10, 11 an die Verriegelungsschaltungen 16, 17 und von diesen an die Eingänge 14, 15 des Computers 8 wird mittels eines Leseimpulses vom Computer 8 bewirkt, wobei dieser Impuls einem Multivibratorkreis 18 mit zwei monostabilen Multivibratoren zugeführt wird, wodurch zunächst der Inhalt der Zähler 10, 11 auf die Verriegelungsschaltungen 16, 17 übergeführt und sodann die Zähler 10, 11 auf Null zurückgesetzt werden.

Die Verwendung des oben beschriebenen Geräts bei der Lokalisierung von Venenthrombosen in einem Bein ist im folgenden beschrieben. Als Vorbereitung wird ¹²⁵J-markiertes Fibrinogen dem Patienten injiziert. Die Photonen-Detektoren 1 und 2 werden danach beispielsweise über dem Herzen angebracht, woraufhin die Fenster-Diskriminatoren in bezug auf den Mittelpunkt der jeweiligen Fenster auf maximale Empfindlichkeit in jedem Kanal eingestellt werden. Zur Normierung der später gemessenen Werte wird danach eine Messung über dem Herzen ausgeführt, was einen Bezugswert für die Aktivität ergibt. Danach soll die Thrombose längs des Beines lokalisiert werden, was von Hand, mechanisch oder elektrisch unter Steuerung vom Computer 8 her erfolgen kann. Beim Aufsuchen der Lage der Thrombose von Hand wird beispielsweise der Photonen-Detektor 1 längs des Beines geführt und die Aktivität entlang dem Bein gemessen. Das Maximum einer auf diese Weise erhaltenen Aktivitätskurve gibt die Lage einer Venenthrombose an. Mechanisch kann ein Aufsuchen der Thrombosenlage durch Befestigung eines Photonen-Detektors z. B. an einer Führungsspindel vorgenommen werden, welche vom Computer gesteuert dazu gebracht wird, den Photonen-Detektor über die Länge des Beines hinwegzuführen, wobei die Aktivität in derselben Weise wie bei dem Aufsuchen von Hand gemessen wird. Die Lage der Thrombose längs des Beines kann auch rein elektrisch festgestellt werden, indem mehrere Photonen-Detektoren längs des Beines angebracht werden, wobei die von den verschiedenen Photonen-Detektoren gemessenen Aktivitäten vom Computer benutzt werden, um festzustellen, an welcher Stelle des Beines die Thrombose vorliegt.

Nach Lokalisierung der Thrombose wird der Photonen-Detektor 1 über der Thrombose angebracht, während der Photonen-Detektor 2 an der entsprechenden Stelle am anderen Bein zur Erfassung der Umgebungsstrahlung angebracht wird, was beim Aufsuchen der Thrombose längs des Beines nicht notwendig ist. Danach wird mit der Messung begonnen, die nach einer vorbestimmten Zeit oder nachdem eine vorbestimmte Anzahl koinzidenter Photonen gezählt oder die Tiefenlage der Thrombose mit einer vorbestimmten Genauigkeit festgelegt worden ist, unterbrochen wird. Auch Kombinationen dieser Bedingungen lassen sich zum Bestimmen der Meßdauer benutzen.

Bei Messungen während einer vorbestimmten Zeit werden die in den Zählern 10, 11 und den entsprechenden Zählern gezählten Impulszahlen periodisch, z. B. in Intervallen von 100 ms, zum Computer 8 über die Verriegelungsschaltungen 16, 17 und die Eingänge 14, 15 übergeführt. Bei Eingabe einer vorbestimmten Anzahl Photonen kann eine zweckmäßige Zahl in den Zählern 10, 11 über die Ausgänge 12, 13 des Computers 8 eingestellt werden, wonach die Zähler 10, 11 mittels eines Steuersignals vom Computer 8 so betätigt werden, daß sie bei Empfang von Impulsen vom betreffenden Photonen-Detektor abwärts zählen.

Die oben beschriebenen und in Fig. 4 dargestellten Pufferkreise sind dann notwendig, wenn z. B. ein Computer verwendet wird, dessen Programm in BASIC geschrieben ist. Falls das Programm stattdessen in Assembler geschrieben ist, kann der Computer so schnell betrieben werden, daß sich Pufferkreise erübrigen.

In einer Abänderung des in Fig. 3 dargestellten Geräts können somit die Pufferkreise in der Einheit 7 wegfallen.

Wie bereits erwähnt, kann das beschriebene Gerät in einer Ausführungsform mehrere Detektoren besitzen, die längs des betreffenden Beins angebracht werden. Der Mikrocomputer beginnt in diesem Falle seine Untersuchung zunächst mit dem Einlesen über die Puffer- und Schnittstelleneinheit von denjenigen Zählimpulsen, die von dem jeweiligen Photonen- Detektor kommen. Danach stellt der Mikrocomputer fest, unter welchem Photonen-Detektor sich eine etwaige Thrombose befindet und führt sodann eine genauere Erfassung von Daten aus und berechnet daraufhin die Tiefe der Thrombose. Befindet sich die Thrombose zwischen zwei Photonen-Detektoren, wird eine Messung mit beiden Photonen-Detektoren vorgenommen und danach wird die tatsächliche Lage und der tatsächliche Abstand der Thrombose von der Haut berechnet.

Claims (4)

1. Gerät zur Lokalisierung eines Bereiches im Körper eines Patienten, dem eine radioaktiv gekennzeichnete Verbindung zugeführt wurde, die sowohl einzelne, energiereiche Photonen als auch energiereiche Photonenpaare, deren Gesamtenergie in einem Energieintervall liegt, in dem keine einzelnen energiereichen Photonen ausgesandt werden, aussendet, mit einem Photonen-Detektor und einem ersten mit diesem verbundenen Fenster-Diskriminator, durch den erste Ausgangsimpulse erzeugbar sind, wenn die nachgewiesene Photonenenergie innerhalb eines ersten Energiebereiches liegt, sowie mit einer Zähler- und Rechnereinrichtung zum Zählen der ersten Ausgangsimpulse und zum Berechnen von Werten aufgrund der gezählten ersten Ausgangsimpulse, dadurch gekennzeichnet, daß der Photonen-Detektor (1; 2) mit einem zweiten Fenster-Diskriminator (5 b; 6 b) verbunden ist, durch den, wenn die nachgewiesene Photonenenergie innerhalb eines zweiten, um den Wert der Durchschnittsenergie der energiereichen Photonenpaare zentrierten und von dem ersten Energiebereich verschiedenen Energiebereiches liegt, zweite Ausgangsimpulse erzeugbar sind, welche von der Zähler- und Rechnereinrichtung (7, 8) gezählt werden, daß der Photonen-Detektor (1; 2) so ausgelegt ist, daß der erste Energiebereich um den Durchschnittswert der Energie der einzelnen energiereichen Photonen zentriert ist, und daß die Zähler- und Rechnereinrichtung (7, 8) so ausgelegt ist, daß der Abstand d des Bereiches im Körper des Patienten vom Photonen-Detektor (1; 2) nach der Gleichung d = k₁ × 1n (k₂ + N _t /N _c )bestimmt wird, mitN _t = Anzahl der insgesamt gezählten PhotonenN _c = Anzahl der gezählten Photonenpaare undk₁, k₂= Konstanten.

2. Gerät nach Anspruch 1, bei dem zur radioaktiven Kennzeichnung ¹²⁵J verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Energiebereich um etwa 28 keV und der zweite Energiebereich um etwa 56 keV zentriert ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Photonen-Detektoren (1, 2) vorgesehen sind, von denen mit einem aus dem Untersuchungsbereich abgestrahlte Photonen und mit dem anderen aus einem Bezugsbereich abgestrahlte Photonen, durch die eine Umgebungsstrahlung festlegbar ist, meßbar sind.

4. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere an verschiedenen Bereichen des Körpers des Patienten anzuordnende Photonen-Detektoren vorgesehen sind, die jeweils mit einem ersten und einem zweiten Fenster-Diskriminator verbunden sind, deren erste und zweite Ausgangssignale von der Zähler- und Rechnereinrichtung (7, 8) gezählt werden, und daß durch die Zähler- und Rechnereinrichtung (7, 8) der Photonen-Detektor, der die höchste Gesamtzählrate aufweist, zum Zählen der in dem ersten und dem zweiten Energiebereich liegenden Photonenereignisse auswählbar ist.