DE3433109C2

DE3433109C2 -

Info

Publication number: DE3433109C2
Application number: DE3433109A
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Ing. 2800 Bremen De Doering
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-09-08
Filing date: 1984-09-08
Publication date: 1989-03-09
Also published as: DE3433109A1; US4778997A; NL8502449A

Description

Die Erfindung betrifft eine Ganzkörper-Szintigraphie- Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus der US-PS 40 12 636 bekannt ist, sowie ein Verfahren zum Betreiben dersel ben.

Zur Darstellung der Verteilung von radioaktiven Substanzen in Körpern werden insbesondere in der nuklearmedizinischen Diagnostik für Übersichtsaufnahmen des gesamten Patienten Ganzkörper-Szintigraphie-Einrichtungen verwendet. Dabei wird der kollimierte Meßkopf in der Regel in einer oder mehreren nebeneinanderliegenden Bahnen parallel zur Längsachse des Patienten bewegt. Eine Schwierigkeit besteht bei derartigen Verfahren und Vorrichtungen darin, daß bei Verteilungen hoher Aktivitäten aufgrund von "pile-up′s" und Totzeiteffekten Zählratenfehler auftreten können. Diese "pile-up′s" und Totzeiteffekte bewirken eine fehlerhafte Darstellung der Verteilung radioaktiver Substanzen. Die Fehler sind nicht korrigierbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Einrichtung dahingehend weiterzubilden, daß auch bei wesentlich höheren Aktivitäten, wie sie beispielsweise in der nuklearmedizinischen Therapie üblich sind, eine befriedigende Abbildung der Aktivitätsverteilung erreichbar ist, wobei weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Einrichtung angegeben werden soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe vorrichtungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Das Verfahren nach der Erfindung ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Aus der DE-OS 27 31 629 ist eine Einrichtung mit Kollimator zum Erzeugen tomographischer Schnittbilder bekannt, bei der zur Vergleichmäßigung der Empfindlichkeit eine Blende zwischen Objekt und Kollimator angeordnet sein kann. Die WO-OS 82/00897 zeigt einen Mehr röhren-Kollimator für eine Szintillationskamera, bei dem Empfindlichkeit und Auflösung durch Kollimatoränderung beeinflußbar sind; es geht dabei um den Stellenwechsel zwischen hoher Auflösung und hoher Empfindlichkeit, ohne den Kollimator wechseln zu müssen. Schließ lich ist aus der gattungsbildenden US-PS 40 12 636 eine Blende bekannt, die zur Erzeugung des Ganzkörpermeßfeldes und zum Vermeiden sogenannter "Reißverschlußfehler" bei der Überlappung benachbarter Abbildungsbahnen oder bei Lücken zwischen ihnen verwendet wird, ohne daß hier die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe angesprochen wäre.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Dabei zeigt:

Abb. 1 das Abbildungsprinzip einer ganzkörperfähigen Szintigraphieeinrichtung mit rechteckigem Ganzkörper-Meßfeld für eine Bahn;

Abb. 2 den Verlauf einer Abbildungskurve für eine Ganzkörper-Szintigraphie-Einrich tung;

Abb. 3 den typischen prinzipiellen Zusammenhang zwischen erwarteter Zählrate bzw. Aktivität und tatsächlicher Zählrate bei Szintigraphie-Einrichtungen; und

Abb. 4 ein Ausführungsbeispiel als Ausschnitt eines Kollimators einer Ganzkörper-Szin tigraphie-Einrichtung nach der Erfin dung.

Das Gesichtsfeld 1 einer in einer Ganzkörper-Szintigra phie-Einrichtung verwendbaren Gamma-Kamera hat je nach Hersteller unterschiedliche Form und Größe (z. B. vier eckig, sechseckig und kreisförmig, aber auch andere Formen sind möglich). Das Gesichtfeld 1 der Kamera ist in der Regel kleiner als der Kristall, um Abbildungsfehler im Randbereich zu vermindern. Der Kollimator besteht aus einem abschirmenden Rand und dem kollimierenden Bereich in Form und Größe des Kameragesichtsfeldes 1. Rand und kollimierender Bereich können eine Einheit bilden, in die kollimierende Einsätze je nach Bedarf eingesetzt werden. Der kollimierende Bereich hat meist die Struktur einer Bienenwabe, ohne Deckel und Boden. Die Wände zwischen den leeren Löchern bestehen aus Abschirmmaterial, meist Blei. Näherungsweise kann nur die in der Längsachse der Löcher einfallende Strahlung den Kollimator passieren. Ein rundum strahlendes Objekt wird daher in einer Projektion abgebildet. Die abbildbare Objektgröße ist bei Parallel-Loch-Kollimatoren gleich der Kamera-Gesichtsfeldgröße. Moderne Großfeldkameras haben ein Gesichtsfeld mit einem Inkreisdurchmesser von ca.35-40 cm.

In der Ganzkörper-Szintigraphie wird die darstellbare Objektgröße wegen der relativen linearen Bewegung zwischen Kamera und Objekt auf ein Vielfaches des Kamera- Gesichtsfeldes vergrößert, ca. 65 cm×200 cm, je nach Hersteller. Abb 1 zeigt das Prinzip des Abfahrens einer Meßbahn bei einer herkömmlichen Gamma-Kamera mit Ganzkörper-Zusatzeinrichtung für eine Bahn l×a. Die abbildbare Länge a ist größer als die Fahrstrecke s der Kamera. Das Ganzkörpermeßfeld 2 der Kameras mit Ganz körper-Zusatzeinrichtung entspricht für Ganzkörper- Aufnahmen meist nicht dem gesamten Kameragesichtsfeld 1, sondern ist elektronisch auf ein rechteckiges Fenster 2 mit der Größe b×l eingeschränkt. Bei konstanter Fahrgeschwindigkeit v der Kamera zwischen Start bei x=0 und Fahrtende bei x=s ergibt sich für die Verweildauer t(x, y) aller Objektpunkte mit y=const. der in Abb. 2 dargestellte trapezförmige Verlauf 4 mit der Höhe t₀. Bei homogener Quelle ergibt sich der gleiche trapezförmige Verlauf 4 mit der Höhe z₀ für die Impulszahl z in Abhängigkeit von x.

Unabhängig von der Meßfeldform gilt mit
b = b(y)
t₀(y)=v · b(y).

Wegen der Trapezform 4 für t(x, y) werden der Anfangsbereich 0x b und der Endbereich s x a des abbildbaren Bereichs a · l nicht richtig abgebildet. Um diesen Fehler auszugleichen, wird das Ganzkörpermeßfeld 2 vor und nach einer jeden Kamerafahrt entsprechend der Fahrgeschwindigkeit v bei stehender Kamera zusätzlich elektronisch so auf- bzw. zugefahren, daß sich am Bahnanfang und -ende die zusätzlichen Verweildauern 5 und 6 der Objektpunkte im Ganzkörpermeßfeld 2 ergeben. Die Addition der Verweildauern 4, 5 und 6 ergibt für sämtliche Objektpunkte mit gleicher Ordinate y eine konstante Verweildauer t₀(x, y) im Meßfeld. Bei nicht rechteckigen Meßfeldern müssen für die richtige Abbildung des Objektes weitere Korrekturmaßnahmen ergriffen werden, um ungleiche Verweildauern der Objektpunkte im Ganzkörperfeld auszugleichen. Kann wegen der Beschleunigung am Anfang, bzw. des Bremsens am Ende nicht von einer konstanten Fahrgeschwindigkeit v ausgegangen werden, ändern sich die Kurvenformen 4, 5 und 6. Das Prinzip bleibt jedoch erhalten.

Unabhängig von Form, Lage und Größe des Ganzkörpermeßfeldes 2, das von der Kamera elektronisch aus dem Kameragesichtsfeld ausgeblendet wird, wird das gesamte Kameragesichtsfeld 1 vom Objekt bestrahlt, und die gesamte Strahlung, die mit dem Kristall in Wechselwirkung tritt, muß von der Kamera verarbeitet werden, auch wenn nur ein Teil davon für das Ganzkörperbild verwendet wird.

Es werden noch, in der Regel für Abschnittsaufnahmen in einer Schicht, sogenannte Szintiscanner verwendet. Hierbei wird das Objekt zeilenweise durch eine mit einem Kollimator versehene Sonde in einer Ebene abgetastet.

Aufgrund von "pile-up′s" und Totzeiteffekten treten in beiden Gerätetypen Zählratenfehler auf, die eine fehlerhafte Darstellung der Verteilung radioaktiver Substanzen bewirken. Die Fehler nehmen mit der Zählrate zu. Sie sind nicht korrigierbar.

Abb. 3 zeigt den typischen prinzipiellen Zusammenhang zwischen erwarteter Zählrate z _e, bzw. Aktivität A auf der Abszisse und tatsächlicher Zählrate z _r auf der Ordinate. Dabei stellt die gestrichelte Gerade 7 den idealen Verlauf ohne Zählratenfehler dar: z _r=z _e. Die durchgezogene Kurve 8 gibt das reale Zählratenverhalten einer Szintillationseinrichtung wieder. Die reale Kurve 8 tangiert im unteren Zählratenbereich die ideale Gerade 7. Mit zunehmender Zählrate verringert sich ihre Steigung, bis sie ein Maximum durchläuft, um danach wieder aufzufallen. Mit der senkrechten Schraffur 9 wird der Zählratenfehler markiert. Wie aus Abb. 3 ersichtlich, kann er für große Aktivitäten A, bzw. für große erwartete Zählraten z _e größer als die gemessene Zählrate z _r werden. Die Zählratenfehler werden durch das Ganzkörpermeßfeld nicht beeinflußt.

Beide Gerätetypen (Gamma-Kamera und Scanner) sind so konzipiert, daß sie im unteren Zählratenbereich arbeiten, so daß die Zählratenfehler für die in der Nuklearmedizin üblichen diagnostischen Dosen 10 vernachlässigbar klein bleiben.

Um bei vertretbaren Meßzeiten eine ausreichende statistische Zuverlässigkeit zu erhalten, sollte die Zählrate aber auch nicht beliebig klein sein.

In der nuklearmedizinischen Therapie werden Nuklide in vielfacher Diagnostikdosis verabreicht. Bei Ganzkörper- Aufnahmen dieser Therapiepatienten liegt die erwartete Zählrate im oberen Zählratenbereich der Abb. 3, oder sogar außerhalb des Darstellungsbereiches. Damit entstehen unzulässig hohe Zählratenfehler. Diese sind bezogen auf das Kameragesichtsfeld 1 ortsabhängig. Bei ungleichmäßiger Verteilung des Nuklids im Objekt sind sie auch ortsabhängig bezogen auf das Objekt. Beim Menschen ist das wegen der organspezifischen Verteilung des Nuklids in der Regel der Fall. Die Fehler können nicht korrigiert werden. Quantitative Aussagen über die Nuklidverteilung im Patienten für Therapiekontrolle und Abschätzung der Strahlenbelastung sind daher aus Aufnahmen von Therapiepatienten nicht verläßlich zu gewin nen.

Zur Lösung des Problems, Aufnahmen der Verteilung der radioaktiven Substanz in einem Körper bei hohen Aktivitäten anzufertigen, insbesondere von Therapiepatienten, aus denen genauere quantitative Aussagen als bisher über die Nuklidverteilung gewonnen werden können, wird bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Ganzkörper Szintigraphie-Einrichtung nach der Erfindung die in den Meßkopf einfallende Strahlung durch durch breitere Septen, als für die Kollimierung nötig, voneinander getrennte Löcher soweit vermindert, daß die Zählratenfehler wie bei der Diagnostik tolerabel klein werden. In Abb. 4 sind eine Anzahl derartiger Kollimatorlöcher mit weiten gegenseitigen Abständen wiedergegeben. Der Gesamtquerschnitt der Kollimatorlöcher bestimmt den Anteil der in den Kristall einfallenden Strahlung und damit das Zählratenverhalten der Kamera. Bei homogener Einstrahlung ist der Zusammenhang zwischen dem Gesamtquerschnitt der Kollimatorlöcher und der erwarteten Zählrate näherungsweise linear. Die Zählratenfehler durch "pile-ups" werden dabei dadurch reduziert, daß die üblicherweise möglichst eng beieinander liegenden Löcher des Kollimators herkömmlicher Ganzkörper Szinti graphie-Einrichtungen in geeigneter Weise im Kollimator oder einem Teil davon verteilt werden, also mit größeren als für die Kollimierung notwendigen Abständen. Damit wird erreicht, daß aus stark strahlenden Bereichen ein geringerer Anteil der Strahlung den Kristall pro Zeiteinheit trifft als bei einem herkömmlichen Kollimator. Der unregelmäßige Bereich 16 stellt den bei ungleichmäßiger Verteilung der Aktivität stark strahlenden Bereich des Objektes dar. Die schraffierten Teilflächen bezeichnen den in die Kamera einstrahlenden Anteil. Die Verteilung der Löcher muß so vorgesehen werden, daß sämtliche Objektpunkte gleichmäßig während der Kamerafahrt erfaßt werden. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Löcher in Reihen angeordnet sind, die, wie in Abb. 4 gezeigt, mit der Fahrtrichtung 3 einen Winkel α ungleich 0° bilden.

Wegen der physikalischen und biologischen Halbwertzeiten des Nuklids sinkt die darzustellende Aktivität im Verlauf der Therapie bis in den diagnostischen Bereich ab. Da die Zählrate auch nicht beliebig klein sein darf und um die gesamte Bandbreite zwischen Anfangs- und Endaktivität erfassen zu können, können in Fahrtrichtung 3 je nach der Höhe der darzustellenden Aktivität und je nach benötigtem effektiven Gesamtquerschnitt der Kollimatorlöcher auch mehrere Löcher hintereinander liegen.

Wird der Kollimator aus mehreren Teilen zusammengebaut, müssen die Trennflächen zwischen den einzelnen Teilen so gestaltet sein, daß die Abschirmung gewährleistet ist.

Aufgrund der überdicken Septen ist das elektronische Auf- und Zufahren des Ganzkörper-Meßfeldes an Bahnanfang und -ende nicht sinnvoll; um Fehler aufgrund ungleicher Verweildauern der Objektpunkte im Anfangs- und Endbereich der Meßkopfbewegung zu vermeiden, werden die aus Abb. 1 und 2 ersichtlichen Anfangs- und Endbereiche für den Bildaufbau weggelassen, wobei die Fahrstrecke s der Kamera ausreichend lang gewählt wird.

Claims

1. Ganzkörper-Szintigraphie-Einrichtung mit einem zum Abtasten eines zu untersuchenden Objektes eine lineare Bewegung ausführenden und mit einem Lochkollimator versehenen Meßkopf, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung von höheren als in der medizinischen Diagnostik üblichen Aktivitäten die Löcher des Kollimators einen größeren als für die Kollimation an sich notwendigen gegenseitigen Abstand aufweisen und derart verteilt sind, daß während der Bewegung des Meßkopfes sämtliche Objektpunkte in gleicher Weise erfaßt werden.

2. Verfahren zum Betreiben der Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Abbildungsfehlern Anfangs- und Endbereich der linearen Bewegung des Meßkopfes nicht zum Bildaufbau verwendet werden.