DE4233365A1 - Herzphantom für die Single-Photon-Emission-Computed-Tomographie - Google Patents

Herzphantom für die Single-Photon-Emission-Computed-Tomographie

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Description

Nach § 42 (5) der Strahlenschutzverordnung sind alle, bei der Anwendung von radioaktiven Stoffen und ionisierenden Strahlen zur Untersuchung oder Behandlung am Menschen verwendeten Geräte, Einrichtungen und Anlagen regelmäßig betriebsintern zur Qualitätssicherung zu überwachen. Die Qualitätskontrolle in der Emission-Computer-Tomographie ist in den USA durch die NEMA (National Electrical Manufaktures Association) Normen festgelegt. DIN-Normen sind in Vorbereitung (DIN-6855, Teil 4).
Die Erfindung betrifft ein Herzphantom, welches speziell für die Myocard­ szintigraphie in der Single-Photon-Emission-Computed-Tomography (SPECT) entwickelt wurde.
Bilder aus dem Körperinneren spielen in der medizinischen Diagnostik wegen des hohen Informationsgehaltes eine sehr große Rolle. Bei der nuklearmedizinischen Untersuchung werden Pharmaka verabreicht, die mit radioaktiven Nukliden markiert sind. Mit einer Gammakamera wird die Radionuklidverteilung festgestellt, welche als Überlagerung vieler Schichten gesehen werden kann. Für viele medizinische Diagnosen ist aber die überlagerungsfreie Abbildung einer gewünschten Schicht (Tomographie) nötig.
Bei den zur Schichterzeugung nötigen Aufnahmen rotiert die Gammakamera um das Objekt und registriert die aus den Patienten emittierte Strahlung. Die so gemessenen Profile erlauben die Rekonstruktion der gewünschten Schichten. Diese Art der Bildgebung wird als Emissions-Computer- Tomographen bezeichnet. Ihre prinzipiellen physikalischen Schwierigkeiten liegen darin, daß eine unbekannte Quelle (Radionuklidverteilung) in einem Medium mit unbekannten Schwächungseigenschaften aus Projektionen rekonstruiert werden soll.
Die Abbildungstreue eines Emissions-Computer-Tomographen (ECT) muß überprüft werden können. Der direkte Vergleich klinischer Bilder mit dem Original (Körperinnere) ist unmöglich. Deshalb muß ein Phantom zur Verfügung stehen, dessen Abbildung mit seinen bekannten geometrischen Größen verglichen werden kann.
Es gibt Herzphantome, welche in Verbindung mit Streuphantomen entwickelt wurden und für die Qualitätskontrolle in der Single-Photon-Emission- Computed-Tomography verwendet werden. Mit diesen Herzphantomen wird ebenfalls versucht Perfusionsausfälle (Defekte) zu simulieren (diskon­ tinuierlich). Dabei ist es allerdings nötig, den Streukörper sowie das Herzphantom zur Veränderung der Aufnahmebedingungen zu öffnen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Herzphantom zur Kontrolle der Gammakamera, der Software sowie der eigentlichen Myocarduntersuchung in der Single-Photon-Emission-Computed-Tomography dahingehend zu verbessern, daß aussagekräftige, realitätsnahe Parameter geschaffen werden (auch kleinste Defekte werden variabel simuliert) und die Handhabung des gesamten Phantomaufbaus (Defektvolumenänderung, Befüllen/Entleeren des Streukörpers und des Herzphantoms, Injektion des Radionuklids) entscheidend vereinfacht wird.
Dieses Problem wird bei einem Herzphantom nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil aufgeführten Merkmale gelöst.
Streukörper
Der Streukörper sowie das Herzphantom wurden aus Plexiglas hergestellt. Plexiglas eignet sich sehr gut als Material, da es für 140 keV (Tc-99m) einem dem Wasser ähnlichen Absorptionskoeffizienten besitzt (µPlexi = 0,12 cm-1; µWasser = 0,15 cm-1) und außerdem zur Kontrolle durchsichtig ist.
Wie schon der Name verrät, dient der Streukörper vorwiegend zur Simulierung der Streu- und Absorptionsverhältnisse im Körper. Bei den Messungen wird der Streukörper mit Styroporchips (zur Lungensimulation) und aktivem Wasser gefüllt (Untergrundstrahlung). Er muß deshalb absolut dicht sein um Kontaminationen zu vermeiden.
Bei der Herstellung wurde ein Plexiglasrohr (⌀ 30 cm) verwendet, welches durch Erhitzen oval geformt wurde, um eine patientenähnliche Kontur zu erzeugen.
Vorder- und Hinterwand (ebenfalls aus Plexiglas) wurden, nachdem die entsprechenden Gewinde und Öffnungen gesetzt waren, in das ovale Rohr eingeklebt.
Eine Besonderheit, welche die Handhabung des Phantoms entscheidend erleichtert, ist das Öffnen und Schließen des Streukörpers durch eine Plexiglasschraube mit 17 cm Durchmesser (statt einem Deckel mit unzähligen Kunststoffschrauben, welche sehr leicht abreißen).
Wie bereits erwähnt, besteht der Streukörper aus einem ovalen Rohr (⌀ 30 cm) mit einer Länge von 30 cm und somit einem Füllungsvolumen von 21,2 Liter.
Ein- und Auslaßstutzen (E, A) sowie ein Ventil zum Betrieb der Dynamik (D) befinden sich an der Hinterwand des Streukörpers (siehe Zeichnung 1). Die Entlüftung, welche gleichzeitig einen Überlaufschutz darstellt (EÜ1), und weitere zwei Ventile (M1, M2) zur Defektregulierung, sind an der Oberseite des Streukörpers angebracht.
Sämtliche Ventile sind nur durch das Einstecken einer Spritze durchlässig und somit nach dem Abziehen der Spritze sofort wieder verschlossen. Durch die Verwendung dieser speziellen Ventile sowie dem Einsatz von O-Ringen zum Abdichten aller Öffnungen wird das Kontaminationsrisiko drastisch herabgesetzt und somit einem maximalem Strahlenschutz Rechnung getragen.
Der Streukörper sowie die Versorgungseinheit befinden sich auf einem fahrbaren Tisch (Zeichnung 2).
Vor dem Befüllen mit Wasser wird das Phantom auf dem Untersuchungstisch positioniert, so daß untersuchungsähnliche Zustände gewährleistet sind. Nach der Befüllung kann sofort mit den Aufnahmen begonnen werden.
Myocardphantom
Das Myocardphantom besteht aus einem linken Ventrikel (Zeichnung 3) und einem austauschbaren Einsatz (Zeichnung 4), welcher die linke Herzkammer darstellt.
Der koaxial angeordnete Plexiglas-Membraneinsatz (KPM) dient zur Simulierung variabler Defekte.
Der linke Ventrikel sowie der Einsatz wurden aus einem massiven Plexiglasblock gedreht. Die Membrane des KPM-Einsatzes bestehen aus Gummi und lassen sich durch Wasser oder Luft bis zu einem bestimmten Grenzvolumen aufdehnen.
Die Größe und der Umfang des Myocardphantoms entspricht den durch­ schnittlichen Maßen des menschlichen Myocardmuskels. Zusätzlich wurde bei der Fertigung durch konisches Drehen eine organähnliche Kontur erreicht. Für die Membrane beim KPM-Einsatz wurden entsprechende Bohrungen an der Klappenebene sowie zur Mitte hin gesetzt, um später jede Ebene beurteilen zu können.
Um das Myocardphantom zu befüllen, sind im Herzdeckel zwei Ventile vorhanden (gleiche Funktionsweise wie beschrieben), welche gleichzeitig eine Entlüftung gewährleisten. Sämtliche Öffnungen sind auch hier, wie beim Streukörper, mit O-Ringen versehen.
Nach dem Befüllen des Myocardphantoms mit Wasser und dem Einspritzen der Aktivität, wird das Myocardphantom in den Streukörper implantiert.
Im Streukörper befindet sich hierfür ein Stativ, welches sich in alle Raumrichtungen bewegen läßt und somit individuelle Einstellungen des Myocards ermöglicht (Zeichnung 5).
Nachdem das Myocardphantom entsprechend der Fragestellung positioniert wurde, werden die nach außen führenden Verbindungen für die Membrane angeschlossen. Somit ist eine Veränderung des Defektvolumens ohne erneutes öffnen des Phantoms möglich.
Nach dem Schließen und Befüllen des Streukörpers kann mit den Messungen begonnen werden.
Durch eine Dynamik, die am Stativ befestigt wird (Zeichnung 5), besteht die Möglichkeit das Myocardphantom pneumatisch um die Längsachse bis zu 3 cm vor- und zurück zu bewegen. Damit wird näherungsweise die Herzkontraktion simuliert. Eine Erhöhung der Herzfrequenz ist durch schnelleres Pumpen zu erreichen.
Durch die eingebaute Herzdynamik sind somit reale Untersuchungs­ bedingungen geschaffen, wodurch die Ergebnisse der Phantomaufnahmen direkt auf die Myocardszintigraphie übertragbar sind.
Versorgungseinheit
Die Versorgungseinheit besteht aus einem 25 Liter Vorratsbehälter für die Umgebungsaktivität, einer Umwälzvorrichtung, verschiedenen Anschlüssen zum Entleeren und Befüllen des Streukörpers sowie einer leistungsfähigen Pumpe. Alle Komponenten der Versorgungseinheit befinden sich zusammen mit dem Streukörper auf einem fahrbaren Tisch, um den Transport zum Einsatzort (Gammakamera) zu erleichtern (Zeichnung 2). Jede Verbindung zwischen Pumpe, Versorgungseinheit und Streukörper wird durch Kunststoffschläuche hergestellt. Die Pumpe übernimmt die Funktionen Mischen und Befüllen. Je nach Funktion müssen die Absperrhähne entsprechend geöffnet oder geschlossen werden. Das Entleeren erfolgt ohne Pumpe durch das Eigengewicht des Wassers. Eine Skizze zu diesen Funktionen zeigt Zeichnung 6.
Durchführung von Aufnahmen
Bevor mit einer Messung begonnen werden kann, muß man die einzelnen Komponenten auf ihre Funktion (Dichtheit) überprüfen und sicherstellen, daß sich genügend Wasser im Vorratsbehälter befindet.
Danach wird zuerst das Myocardphantom mit Wasser befüllt und anschließend die mit Tinte markierte "Herzaktivität" (ca. 18 MBq) hinzugegeben. Um eine homogene Verteilung zu erreichen wird das Phantom noch 5-10 min auf den Rüttler gestellt.
In dieser Zeit wird durch die entsprechende Zuleitung (EÜ2) die "Umgebungsaktivität" (75 MBq-555 MBq je nach Lungeneinsatz) in den Vorratsbehälter gegeben und anschließend für ca. 2 min der Mischvorgang gestartet. Sind die Aktivitäten homogen verteilt, kann das Myocardphantom in den Streukörper eingesetzt, die entsprechenden Zuleitungen angekoppelt und der Streukörper verschlossen werden (O-Ring vorher mit Vaseline einfetten).
Der gesamte Phantomaufbau wird auf der Patientenliege positioniert und anschließend gefüllt, wozu die entsprechende Zuleitung (E) geöffnet werden muß. Nun besteht die Möglichkeit nach Erreichen des maximalen Füllvolumens die Pumpe weiterlaufen zu lassen und durch EÜ1 einen Technetium-Wasser-Kreislauf vom Streukörper über den Vorratsbehälter zu erzeugen. Falls dies nicht erwünscht ist, kann man durch Schließen des Absperrhahns E den Kreislauf unter brechen und die Pumpe ausschalten. Damit ist der Phantomaufbau zur Messung vorbereitet.
Zum Entleeren wird der Absperrhahn A geöffnet, wodurch das Technetium- Wasser-Gemisch durch das Eigengewicht des Wassers in den Vorratsbehälter zurückfließt.
Zeichnung 1
(Streukörper)
 1 Plexiglasschraube
 2 Plexiglasmutter
 3 ovales Streukörperrohr
 4 Stativbefestigung
 5 universell einsetzbare Ventile
 6 Ventile zur Defektregulierung
 7 Einlaßstutzen
 8 Entlüftung
 9 Auslaßstutzen
10 Ventil für die Dynamik

Claims (6)

1. Herzphantom für die Single-Photon-Emission-Computed-Tomography, zur Kontrolle der Gammakamera, der Software sowie der eigentlichen Myocarduntersuchung, dadurch gekennzeichnet, daß die Defekte (Perfusionsausfälle bzw. Verminderungen) variabel aufdehnbar sind, das Herzphantom patientenähnliche Konturen besitzt und zusätzlich mit einer Dynamik versehen ist, mit welcher man die Herzkontraktion simulieren kann.
2. Herzphantom nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Defektzuleitungen durch den Streukörper nach außen gehen.
3. Herzphantom nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Herzdynamik ebenfalls Verbindung nach außen hat.
4. Herzphantom nach Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Herzstativ in alle Raumrichtungen drehbar ist, und die Anbringung einer Dynamik zuläßt.
5. Herzphantom nach Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verbindungen des Herzphantoms nach außen durch selbstschließende Ventile abgesichert sind.
6. Herzphantom nach Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lungensimulation im Streukörper mit Styroporchips erfolgt.
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