DE69621743T2

DE69621743T2 - Gammakamera mit Streukorrekturbildes

Info

Publication number: DE69621743T2
Application number: DE69621743T
Authority: DE
Inventors: Gary G. Jarkewicz; Piotr J. Maniawski; Stephen D. Miller; Hugh T. Morgan
Original assignee: Marconi Medical Systems Inc
Current assignee: Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 1995-11-22
Filing date: 1996-07-24
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2016-07-25
Also published as: JPH09145842A; EP0775922A2; EP0775922A3; US5633500A; DE69621743D1; EP0775922B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Streukorrektur zum Einsatz mit einer Gammakamera.
Nuklear- oder Gammakameras werden oft verwendet, um Gammastrahlung zu messen, die von einem in Untersuchung befindlichen Körper emittiert wird. Durch Messung des Energieniveaus und der Position der Gammastrahlenemissionen kann ein Bild erzeugt werden, das die aus dem untersuchten Körper emittierte Gammastrahlung darstellt.
Eine Anwendung von Nuklear- oder Gammakameras besteht in der medizinischen Bildgebung, bei der ein oder mehrere Radionuklide in einen interessierenden Bereich in einem Patienten eingebracht werden. Diese Radionuklide zerfallen, wodurch sie Gammastrahlung emittieren, die durch Photonen mit einer oder mehreren charakteristischen Energien gekennzeichnet ist. Beispielsweise emittiert Tc-99 m Photonen mit einem Photopeak, der bei etwa 140,5 keV liegt.
In der Praxis ist das Strahlungsspektrum, das sich aus dem Zerfall eines Radionuklids ergibt, jedoch über einen Bereich von Energien verteilt. Compton-Wechselwirkungen mit Elektronen in dem Szintillationskristall der Gammakamera und dem abgebildeten Körper tragen zu dieser Verteilung bei. Photonen, die Compton-Wechselwirkungen erfahren, werden im Winkel abgelenkt und erleiden einen Energieverlust im Vergleich zu primären (d. h. nicht gestreuten) Photonen, können aber zusammen mit primären Photonen erfasst werden, wodurch sich Störstreuzählungen bei Energieniveaus unterhalb eines primären Photopeaks ergeben.
Abweichungen in den erfassten Energieniveaus können auch durch die Energieauflösung der Messausrüstung selbst verursacht werden. So wird eine Gammakamera, die monochromatischer Gammastrahlung ausgesetzt wird, in Abhängigkeit von ihrer Energieauflösung Ausgangszählungen über einen Bereich von Energien erzeugen, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Ein Maß für die Energieauflösung einer Gammakamera ist deren Halbwertsbreite (FWHM), welche als die volle Breite der Energieverteilung bei der Hälfte der maximalen Amplitude des Peaks definiert ist, und zwar unter Annahme einer monochromatischen Eingangsstrahlung. Die Energieauflösung und daher die FWHM verändert sich mit der Kameraherstellung und der Kameragestaltung als auch mit der Energie des Photopeaks. Somit wird die Primärstrahlung, die zu einem nutzbaren Bild beiträgt, praktisch über einen Bereich von Energien, der im Bereich eines Photopeaks lokalisiert ist, erfasst.
Es sind verschiedene auf der Energie basierende Verfahren zur Korrektur der Compton-Streuung und von Abweichungen der Messausrüstung versucht worden. Eines solcher Verfahren nutzt den Energiebereich eines primären Photopeaks zusammen mit einem breiten Streuenergiebereich, der unterhalb des primären Photopeaks in dem Compton-Bereich liegt. Es kann dann auf Basis der Zählungen, die in den Streuenergiebereich fallen, eine Abschätzung der Streuzählungen, die in den Energiebereich des Photopeaks fallen, erzeugt werden. Es ist jedoch schwierig, unter Verwendung dieses Verfahrens die Streuzählungen abzuschätzen, wofür ein Grund darin liegt, dass die Streukomponente, die in den Energiebereich des Photopeaks fällt, sich nichtlinear mit dem Streumedium ändert. Die relative Breite des Streuenergiebereichs zusammen mit der allgemein nichtlinearen räumlichen Verteilung von Zählungen in dem Streuenergiebereich führen zu weiteren Schwierigkeiten und damit einhergehenden Fehlern in der Abschätzung der Streukomponente im Energiebereich des Photopeaks.
Bei einem alternativen Schema ist der Photopeak-Bereich in zwei aneinanderstoßende aber nicht überlappende Energiebereiche unterteilt, die symmetrisch um den Photopeak herum liegen. Ein Streuanteil wird auf Basis des Zählverhältnisses zwischen dem oberen und dem unteren Bereich abgeschätzt. Dieses Verfahren wirft zwei Hauptschwierigkeiten auf. Erstens ist es schwierig, ein Streuverhältnis zwischen den zwei Bereichen zu bestimmen. Zweitens ist das Verfahren empfindlich gegenüber einer Zählüberlappung, die durch Verschiebungen des Energiefensters verursacht wird, welche während der Datenerfassung auftreten können. Dieses Verfahren ist somit relativ schwer zu realisieren.
Ein weiteres Verfahren ist in US-Patent 5,371,672 von Motomura et al. beschrieben. Dieses Verfahren nutzt mehrere Energiebereiche, wobei der erste ein Photopeak-Bereich ist, während der zweite und der dritte Bereich relativ schmal sind und an jeder Seite des Photopeak-Bereichs anstoßen oder diesen überlappen. In einigen Fällen wird der obere oder dritte Bereich weggelassen. Entsprechend dieses Verfahrens wird für jeden Energiebereich eine separate Ereigniszählung unterhalten, jeder Energiebereich wird somit als ein separates Fenster für jede von mehreren x,y-Positionen behandelt, wodurch für jeden Energiebereich eine separate Bilddarstellung erzeugt wird. Nach der Speicherung werden die für eine gegebene x,y-Position in jedem Fenster gehaltenen Zählungen nachfolgend kombiniert, um die Streukomponente abzuschätzen. Dieses Verfahren weist mehrere Nachteile auf. Durch die Anordnung der Streufenster angrenzend oder überlappend zu dem Hauptfenster enthalten das zweite und dritte Fenster Zählungen, die dem Hauptphotopeak zuzuordnen sind (d. h. nichtgestreute oder primäre Zählungen), wodurch die Genauigkeit der Streukorrektur reduziert wird. Dieses Problem verschärft sich, wenn die Breite des Energiebereichs des Hauptphotopeaks verringert wird. Die Verwendung eines separaten Fensters für jeden Energiebereich macht außerdem einen wesentlichen Computerspeicher und eine Echtzeitverarbeitung erforderlich.
Somit ist zu sehen, dass ein Streukorrekturverfahren benötigt wird, das genau ist, einfach zu realisieren ist und welches reduzierte Speicheranforderungen aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein genaues, leicht realisierbares und speichereffizientes Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur der Streustrahlung, die von einer Gammakamera empfangen wird, zur Verfügung.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Streukorrektur zur Verwendung bei einer Gammakamera zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Erfassen von Gammastrahlung, die in einen ersten Energiebereich fällt;
Erzeugen eines ersten Zählwertes, der die in den ersten Energiebereich fallende Gammastrahlung angibt;
Erfassen von Gammastrahlung, die in einen zweiten Energiebereich fällt;
Erfassen von Gammastrahlung, die in einen dritten Energiebereich fällt;
Erzeugen wenigstens eines zweiten Zählwertes, der die in den zweiten und den dritten Energiebereich fallende Gammastrahlung repräsentiert;
basierend auf dem wenigstens zweiten Zählwert Abschätzen eines Streuzählwertes, der die in den ersten Energiebereich fallende Streustrahlung repräsentiert; und
Korrigieren des ersten Zählwertes auf Basis des Streuzählwertes, wobei der zweite Energiebereich unterhalb des ersten Energiebereichs liegt und energetisch von diesem getrennt ist, und wobei der dritte Energiebereich oberhalb des ersten Energiebereichs liegt und energetisch von diesem getrennt ist.
Ferner wird erfindungsgemäß eine Gammakamera zur Verfügung gestellt, umfassend:
Einrichtungen zum Erfassen von Gammastrahlung;
Einrichtungen zum Bestimmen des Energieniveaus der erfassten Strahlung;
Einrichtungen zum Erzeugen eines ersten Zählwertes, der die Gammastrahlung angibt, die in einen ersten Energiebereich fällt, welcher einen Radionuklid-Photopeak enthält;
Einrichtungen zum Erzeugen eines zweiten Zählwertes, der die Gammastrahlung angibt, die in einen zweiten Energiebereich fällt, wobei der zweite Energiebereich unterhalb eines Radionuklid-Photopeaks liegt;
Einrichtungen, um auf Basis des zweiten Zählwertes einen Streuzählwert abzuschätzen, der die in den ersten Energiebereich fallende Streustrahlung repräsentiert; und
Einrichtungen zum Korrigieren des ersten Zählwertes auf Basis des Streuzählwertes, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Energiebereich energetisch von dem ersten Energiebereich getrennt ist.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Schritte des Erfassens von Gammastrahlung und Bestimmens des Energieniveaus der erfassten Strahlung. Es wird ein Zählwert erzeugt, der die Gammastrahlung angibt, die in einen ersten Energiebereich fällt, welcher einen Radionuklid-Photopeak enthält. Außerdem wird ein zweiter Zählwert erzeugt, der die in einen zweiten und einen dritten Energiebereich fallende Strahlung angibt. Die Energiebereiche der zweiten und dritten Zählung liegen unterhalb bzw. oberhalb des Radionuklid- Photopeaks. Auf Basis des zweiten Zählwertes kann ein Streuzählwert berechnet werden, der die in den ersten Energiebereich fallende Streustrahlung anzeigt, und der erste Zählwert kann so korrigiert werden, dass die berechnete Streustrahlung berücksichtigt wird. Der zweite und der dritte Energiebereich sind von dem ersten Energiebereich energetisch getrennt (d. h. nicht kontinuierlich).
Die obere Grenze des zweiten Energiebereichs wird so gelegt, dass Primärstrahlung (d. h. nicht gestreute Photonen) einen vorgegebenen Prozentsatz der in den zweiten Bereich fallenden Zählungen darstellt. Analog kann die untere Grenze des dritten Energiebereichs so gelegt werden, dass die Primärstrahlung einen vorgegebenen Prozentsatz der in den dritten Bereich fallenden Zählungen darstellt. Die obere Grenze des zweiten Bereichs und die untere Grenze des dritten Bereichs werden auf Grundlage einer Eigenschaft der Gammakamera, beispielsweise deren Energieauflösung, angeordnet. Der erste Energiebereich kann symmetrisch oder alternativ asymmetrisch zu dem Radionuklid-Photopeak angeordnet werden.
Wenn das Verfahren bei einem Radionuklid verwendet wird, dass zwei oder mehr eng beabstandete Photopeaks aufweist, kann die obere Grenze des zweiten Energiebereichs eine Halbwertsbreite unterhalb des niedrigsten Photopeaks angeordnet werden, und die untere Grenze des dritten Energiebereichs kann eine Halbwertsbreite oberhalb des höchsten Photopeaks angeordnet werden.
Ein die Erfindung verkörperndes Verfahren beinhaltet die Schritte des Erfassens der in einen ersten Energiebereich fallenden Gammastrahlung und Erzeugens eines ersten Zählwertes, der die Gammastrahlung repräsentiert, die in den ersten Energiebereich fällt. Außerdem wird die in einen zweiten Energiebereich fallende Gammastrahlung erfasst. Der zweite Energiebereich wird basierend auf einer Eigenschaft der Gammakamera festgelegt. Eine Zählung, welche die in den zweiten Energiebereich fallende Gammastrahlung angibt, wird ebenfalls erzeugt, und danach wird ein Streuzählwert abgeschätzt, der die in den ersten Energiebereich fallende Streustrahlung repräsentiert. Der erste Zählwert wird dann auf Basis des Streuzählwertes korrigiert. Der erste und der zweite Energiebereich grenzen nicht aneinander an. Der erste Energiebereich liegt etwa symmetrisch zu dem mittleren Energieniveau von mehr als einem dicht beabstandeten Photopeak. Die Breite des ersten Energiebereichs beträgt zwischen 10% und 35% der Energie des Radionuklid-Photopeaks.
Ferner beinhaltet ein die Erfindung verkörperndes Verfahren die Schritte des Erfassens von Gammastrahlung, die in einen ersten Energiebereich fällt, und des Erzeugens eines Zählwertes, der die in den ersten Energiebereich fallende Gammastrahlung angibt. Gammastrahlung, die in einen zweiten Energiebereich fällt, wird ebenfalls erfasst, und es wird ein Zählwert erzeugt, der die in den zweiten Bereich fallende Strahlung angibt. Der zweite Energiebereich wird so gewählt, dass ein vorgegebener Prozentsatz der Zählungen, die in den zweiten Energiebereich fallen, von Primärphotonen aus dem ersten Energiebereich herrühren. Außerdem wird ein Zählwert erzeugt, der die in den zweiten Energiebereich fallende Gammastrahlung anzeigt, und es wird dann ein Streuzählwert abgeschätzt, der die in den ersten Energiebereich fallende Streustrahlung repräsentiert. Der erste Zählwert wird dann auf Basis des Streuzählwertes korrigiert.
Die Erfindung wird nun weitergehend beispielshalber und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 das Ansprechen einer typischen Gammakamera auf einen monochromatischen Strahlungseingang darstellt;
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Gammakameravorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 die Energieverteilung der Gammastrahlung und die Anordnung der Fenster für ein Radionuklid mit einem einzelnen Photopeak zeigt;
Fig. 4 die Energieverteilung der Gammastrahlung und die Anordnung der Fenster für ein Radionuklid mit mehreren Photopeaks in einem relativ schmalen Energiebereich zeigt; und
Fig. 5 die Energieverteilung der Gammastrahlung und die Anordnung der Fenster für ein Radionuklid mit mehreren Photopeaks zeigt, die über einen relativ breiten Energiebereich verteilt sind.
Eine Gammakamera 10 erfasst Strahlung, die von einem in Untersuchung befindlichen Objekt emittiert wird, beispielsweise einem Patienten, dem ein Radionuklid injiziert worden ist. Bezug nehmend auf Fig. 2 umfasst die Gammakamera 10 eine Detektoreinrichtung 12, welche im Allgemeinen einen Kollimator, einen NaI(T1)-Kristall, mehrere Elektronenvervielfacherröhren sowie Verarbeitungselektronik beinhaltet. Die Gammakamera 10 weist ferner eine Analog/Digital-Wandlereinrichtung 14 auf, die digitale Ausgangssignale erzeugt, welche die x,y-Position und das Energieniveau z der durch die Gammakamera 10 erfassten Photonen anzeigen.
Das Energieniveau z, welches der Energie eines erfassten Photons entspricht, wird verwendet, um das Energieniveau z eines erfassten Photons in eines von mehreren Fenstern einzuordnen. Eine Fenstererfassungsschaltung wie etwa ein Fensteretikettenspeicher 16 bestimmt eine Mehrzahl von Energiefenstern, die mit W1, W2, ..., Wn bezeichnet sind, von welchen jedes einem oder mehreren Energiebereichen entspricht. Der Anschaulichkeit halber können die Energiebereiche der Fenster, die in dem Fensteretikettenspeicher 16 aus Fig. 2 gezeigt sind, derart betrachtet werden, dass sie im Allgemeinen von der Oberseite zur Unterseite des Fensteretikettenspeichers 16 hin zunehmen. Beispielsweise umfasst das Fenster W1 einen einzelnen mit W1 bezeichneten Energiebereich, während das Fenster W2 zwei Energiebereiche umfasst, wobei jeder dieser Bereiche in Fig. 2 als W2 bezeichnet ist. Ein Fenster kann natürlich mehr als zwei Energiebereiche beinhalten. Der Fensteretikettenspeicher 16 enthält eine Nachschlagtabelle, welche basierend auf dem Energieniveau z adressiert wird. Jede Adresse enthält einen Wert, der einem Energiefenster entspricht. Adressen, die keinem der vorgegebenen Fenster entsprechen, enthalten einen Unterscheidungswert.
Der Fensteretikettenspeicher 16 kann mittels verschiedener alternativer Ausführungsformen realisiert sein. Beispielsweise kann das einem gegebenen Energieniveau z entsprechende Fenster unter Verwendung einer Routine bestimmt werden, die in der Firmware eines Mikroprozessors festgelegt ist, oder unter Verwendung eines oder mehrerer digitaler Komparatoren.
Ähnlich kann das Fenster auf analoger Basis unter Verwendung eines oder mehrerer analoger Komparatoren bestimmt werden.
Ein Fensteretikettenabtaster 18 empfängt das Ausgangssignal des Fensteretikettenspeichers 16 und bestimmt, ob das erfasste Photon in eines der vordefinierten Energiefenster fällt. Wenn dies der Fall ist, wird ein Fensteretikett Wt gesetzt, um das zugehörige Fenster anzuzeigen. Ist dies nicht der Fall, wird das erfasste Ereignis verworfen und nicht weiter verarbeitet.
Die x,y-Koordinaten des erfassten Ereignisses werden durch die Linearitätskorrektureinrichtung 20 korrigiert, welche die Koordinaten basierend auf einer vorgegebenen Kalibrierungs- Nachschlagtabelle auf korrigierte Koordinaten xc, yc abbildet. Eine Flutungssteuereinrichtung 22 korrigiert ortsabhängige Ungleichmäßigkeiten in der Empfindlichkeit des Detektors 12 auf Basis einer zuvor erfolgten Analyse der Eigenschaften des Detektors 12. Die Flutungskorrektureinrichtung 22 kann ein Ereignis ignorieren, das Ereignis durchlassen oder das Ereignis durchlassen und ein zusätzliches Ereignis hinzufügen. Wenn ein Ereignis hinzugefügt wird, wird das neue Ereignis an einem zufälligen Ort in der Nähe des durchgelassenen Ereignisses hinzugefügt. Für jedes durch die Flutungskorrektureinrichtung 22 durchgelassene Ereignis werden entsprechende Positionskoordinaten xc(ent), yc(ent) sowie eine Ereigniszählung E(ent) generiert.
Die Positionskoordinaten und das entsprechende Fensteretikett werden von einer Bildadresserzeugungseinrichtung 24 verwendet, welche eine eindeutige Speicheradresse auf Basis der Position und des Energieniveaus des Ereignisses generiert. In Ansprechen auf ein Ereignis liest eine Speicherinkrementierungseinrichtung 26 Daten aus der entsprechenden Adresse in dem Bildspeicher 28, inkrementiert die Daten, um die neue Ereigniszählung widerzuspiegeln und speichert die inkrementierten Daten an der entsprechenden Adresse.
Der Bildspeicher 28 ist eine herkömmliche Speichereinrichtung wie etwa ein RAM. Der Speicher 28 enthält eine Vielzahl von Ereigniszählungen für jede der x,y-Positionen der Gammakamera 10. Somit sind jeder x,y-Position mehrere Speicherplätze zugeordnet, die jeweils ein Energiefenster repräsentieren. Eine beträchtliche Speichereinsparung wird erreicht, indem mehrere Energiebereiche in einem Fenster kombiniert werden. So werden beispielsweise, wenn ein System drei interessierende Energiebereiche aufweist (d. h. einen Hauptenergiebereich für den Photopeak und zwei Streukorrektur- Energiebereiche), die Speicheranforderungen um 33% reduziert, indem die den zwei Streukorrekturbereichen zugeordneten Zählungen in einem Fenster kombiniert werden.
Es ist nicht notwendig, die mehreren Energiebereichen zugeordneten Zählungen in einem Fenster zu kombinieren. So kann eine Zählung von Ereignissen, die in die jeweiligen einzelnen Energiebereiche fallen, an einem anderen Speicherplatz gespeichert werden. Eine solche Konfiguration bietet den zusätzlichen Nutzen, dass eine Skalierung der Zählungen in jedem der Energiebereiche möglich ist, und zwar auf Kosten zusätzlich erforderlichen Speichers.
Eine herkömmliche Computereinrichtung wie etwa ein Mikroprozessor oder eine CPU verarbeitet die in dem Bildspeicher 28 gespeicherten Daten, sodass ein Bild gebildet wird, das die von dem in Untersuchung befindlichen Objekt emittierte Gammastrahlung darstellt. Das Bild wird auf einer geeigneten Anzeigeeinrichtung wie etwa einem Monitor oder einer Kathodenstrahlröhre angezeigt.
Fig. 3 zeigt eine typische Energieverteilung der von einem Radionuklid mit einem einzigen Photopeak, beispielsweise Tc-99 m, emittierten Gammastrahlung. Der erste Energiebereich W1 bestimmt einen Energiebereich, der annähernd symmetrisch zu dem radionukliden Photopeak, beispielsweise 140,5 keV für Tc-99 m, liegt. Eine Erhöhung der Breite des ersten Energiebereichs, sodass dieser einen größeren Teil des den Photopeak umgebenden Bereichs beinhaltet, erhöht die Anzahl der Zählungen, die in den, ersten Energiebereich fallen, wodurch die Bildgebungszeit reduziert wird, aber die Anzahl der Zählungen, die der Streustrahlung zuzuordnen sind, erhöht wird. Die Reduzierung der Breite des ersten Energiebereichs erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass der Zählwert hauptsächlich Primärphotonen umfasst, auf Kosten des Verwerfens von Primärphotonen, die ansonsten zu dem Bild beitragen würden.
Der zweite und der dritte Energiebereich W2l und W2u sind unterhalb bzw. oberhalb des Photopeaks angeordnet. Die Anordnung des zweiten und dritten Energiebereichs erfolgt in Abhängigkeit zweier konkurrierender Erwägungen. Als erstes ist es wünschenswert, diese Energiebereiche in einem ausreichenden Abstand von dem Photopeak anzuordnen, sodass Primärphotonen einen relativ kleinen Bestandteil der Strahlung, die in den zweiten und dritten Energiebereich fällt, ausmachen. Anders ausgedrückt wird durch Erhöhung des Abstands zwischen dem zweiten und dem dritten Energiebereich und dem Photopeak die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass der Zählwert, der die in den zweiten und dritten Bereich fallende Strahlung repräsentiert, Streustrahlung im Gegensatz zu Primärstrahlung umfasst. Gleichzeitig ist es wünschenswert, den zweiten und dritten Energiebereich nahe dem Photopeak anzuordnen, sodass die Größe und die räumliche Verteilung der Zählungen in dem zweiten und dem dritten Energiebereich denen im Bereich des Photopeaks stärker angenähert sind. Anders ausgedrückt wird durch Anordnung des zweiten und dritten Energiebereichs so nahe wie möglich an dem Photopeak der Abstand minimiert, über welchen eine Interpolation ausgeführt werden muss, wodurch deren Genauigkeit erhöht wird.
Der erste Energiebereich liegt in etwa symmetrisch zu dem Photopeak und weist eine Breite von 10% bis 35% der Photopeakenergie auf. Die obere Grenze des zweiten Energiebereichs ist eine Halbwertsbreite in keV (FWHM (keV)) unterhalb der Mittellinie des Photopeaks angeordnet. Die untere Grenze des dritten Energiebereichs ist eine FWHM (keV) oberhalb der Mittellinie des Photopeaks angeordnet. Diese Anordnung des zweiten und dritten Energiebereichs ist so vorgesehen, dass etwa 1% der Zählungen, die in den zweiten Energiebereich fallen, und 1% der Zählungen, die in den dritten Energiebereich fallen, von primären (d. h. ungestreuten) Photonen herrühren, und zwar unter Annahme einer Gaußschen Verteilung der gemessenen Energien der Primärphotonen. Wenn die Verteilung eine andere als eine Gaußsche Verteilung ist oder wenn anderweitig gewünscht wird, dass die in den zweiten oder dritten Bereich fallenden Primärzählungen einen bestimmen Prozentsatz der Gesamtzählungen in dem jeweiligen Bereich ausmachen, können das zweite und das dritte Fenster entsprechend angeordnet werden. Die Breite des zweiten und des dritten Energiebereichs zusammengenommen beträgt weniger oder gleich 15% der Energie der Mittellinie des Photopeaks. Die Breiten des zweiten und des dritten Bereichs brauchen nicht gleich zu sein. Experimentelle Daten zeigen an, dass eine akzeptable Leistungsfähigkeit erreicht wird, wenn der zweite und der dritte Energiebereich jeweils eine Breite von 4 keV aufweisen, obwohl für Radionuklide mit einer höheren Photopeakenergie als Tc-99 m möglicherweise breitere Energiebereiche bevorzugt werden können.
Die FWHM (keV) ist als die Breite des Photopeaks in keV auf der Hälfte der maximalen Amplitude des Peaks definiert. Die Energieauflösung ist definiert durch:
Prozentuale Energieauflösung = FWHM(keV)/Photopeakenergie(keV) · 100 (1)
Für Tc-99 m kann eine befriedigende Leistungsfähigkeit erzielt werden, wenn der erste Energiebereich bei etwa 140,5 keV zentriert ist und eine Breite von etwa 21 keV oder 15% der Mittellinie des Photopeaks aufweist. Nehmen wir eine Gammakamera 10 mit einer Energieauflösung von 10% an (d. h. eine FWHM von 14 keV), so liegt die obere Grenze des zweiten Energiebereichs bei etwa 126,5 keV und die untere Grenze des dritten Energiebereichs liegt bei etwa 154,5 keV. Es kann eine akzeptable Leistungsfähigkeit erzielt werden, wenn der dritte Energiebereich weggelassen wird. Es ist zu beachten, dass in dieser Ausführungsform der Erfindung der erste, zweite und dritte Energiebereich nicht kontinuierlich sind. Anders ausgedrückt sind der erste, zweite und dritte Energiebereich energetisch voneinander getrennt.
Alternativ kann der erste Energiebereich nach oben verschoben werden, sodass er nicht mehr symmetrisch zu dem Radionuklid- Photopeak liegt. Insofern, als die Streuzählungen weitestgehend unterhalb des Photopeaks liegen, hat eine Verschiebung des ersten Energiebereichs nach oben den Vorteil, dass die Streuzählungen, die in den ersten Energiebereich fallen, reduziert werden.
Die Erfindung ist gleichermaßen auf andere Radionuklide anwendbar. Bestimmte Radionuklide weisen mehrere Photopeaks auf, die im Vergleich zu der Energieauflösung der Gammakamera in ein relativ schmales Spektrum fallen, sodass die Unterscheidung zwischen Photonen, die an dem jeweiligen Photopeak emittiert werden, nicht möglich ist. In einer solchen Situation (vergleiche Fig. 4) wird der erste Energiebereich zu dem etwaigen Mittelwert der eng beabstandeten Photopeaks zentriert. Die Ränder des zweiten und dritten Energiebereichs liegen eine FWHM von dem unteren bzw. oberen Photopeak entfernt. Alternativ kann der erste Energiebereich nach oben verschoben werden, sodass er nicht mehr symmetrisch zu dem radionukliden Photopeak liegt.
Beispielsweise hat T1-201 Photopeaks bei 68,9; 70,8; 80,3; 135,3 und 167,4 keV. Bei Konzentration auf die drei untersten Photopeaks kann eine befriedigende Leistungsfähigkeit erzielt werden, wenn ein erster Energiebereich bei etwa 73,0 keV zentriert wird und eine Breite von 21,9 keV bis 25,55 keV oder 30% bis 35% der mittleren Energie aufweist. Bei Annahme einer Gammakamera mit einer Energieauflösung von 14% bei 68,9 keV und 13% bei 80,3 keV liegt die obere Grenze des zweiten Energiebereichs bei etwa 59,0 keV und die untere Grenze des dritten Energiebereichs bei etwa 90,9 keV. Der zweite und der dritte Bereich weisen jeweils eine Breite von 4 keV auf. Ein zusätzlicher Satz von Energiebereichen und entsprechenden Fenstern kann wie zuvor beschrieben um den Photopeak bei 167,4 keV herum angeordnet werden.
Der Streuzählwert, der die in den ersten Energiebereich fallende Streustrahlung repräsentiert, wird für jede x,y-Position unter Verwendung der folgenden Beziehung abgeschätzt:
Cstreu(x,y) (x,y) = (Csplit (x,y) /Wsplit) * Wphoto * k (2),
wobei Csplit ein Zählwert ist, der die in den zweiten und dritten Energiebereich fallende Gammastrahlung repräsentiert; Wsplit die Breite des zweiten und dritten Energiebereichs zusammengenommen in keV ist; Wphoto die Breite des ersten Energiebereichs in keV ist; und k ein experimentell abgeleiteter Proportionalitätsskalierungsfaktor für die Isotopenstreuung ist, der verwendet werden kann, um eine nichtlineare Streufunktion in dem ersten Energiebereich abzuschätzen. Bei Annahme einer Linearität der Streufunktion ist k = 1,0.
Ein korrigierter Zählwert, der die in den ersten Energiebereich fallende abgeschätzte Streustrahlung korrigiert, wird für jede x,y-Position auf Basis der folgenden Beziehung bestimmt:
Cprim (x,y) = Cges (x,y) - Cstreu (x,y) (3)
wobei Cges der Gesamtzählwert ist, der die in den ersten Energiebereich fallende Gammastrahlung angibt, und Cprim der abgeschätzte Zählwert ist, der aus der Primärstrahlung resultiert.
Im Betrieb wird ein Photon, das von einem Radionuklid emittiert wird, von der Gammakamera 10 erfasst. Die x,y-Koordinaten und das Energieniveau z des Ereignisses werden von dem Analog/Digital-Wandler 14 in digitale Form konvertiert. Auf Basis des Energieniveaus z des Ereignisses erzeugt der Fensteretikettenspeicher 16 ein Ausgangssignal Wt, das ein entsprechendes Energiefenster anzeigt. Somit führt ein Photon mit einer Energie, die in den ersten oder Primärphotopeak-Energiebereich fällt, zur Ausgabe eines Fensteretiketts, welches das Fenster W1 anzeigt. Ein Photon, das in den zweiten oder dritten Energiebereich fällt, ergibt die Ausgabe eines Fensteretiketts, welches das Fenster W2 anzeigt. Wenn das Energieniveau z des Ereignisses nicht in einen der vordefinierten Energiebereiche fällt, die ein Fenster umfassen, erzeugt der Fensteretikettenspeicher ein eindeutiges Ausgangssignal. Der Fensteretikettenabtaster 18 empfängt das Ausgangssignal des Fensteretikettenspeichers 16. Wenn das Ereignis nicht in ein vordefiniertes Fenster fällt, wird die weitere Verarbeitung des Ereignisses eingestellt.
Die Linearitätskorrektureinrichtung 20 und die Flutungskorrektur-Speichereinrichtung 22 kompensieren Nichtlinearitäten und Ungleichmäßigkeiten in dem Detektor. Die Bildadresserzeugungseinrichtung 24 erzeugt auf Basis der korrigierten Position xc,yc und des Fensteretiketts Wt eine Speicheradresse. Die entsprechende Position in der Bildspeichereinrichtung 28 wird dann durch die Speicherinkrementierungseinrichtung 26 inkrementiert. Dementsprechend werden für jede x,y-Position mehrere Zählungen unterhalten, welche jeweils einem der Energiefenster W1, W2, ..., Wn entsprechen.
Für ein Radionuklid mit einem einzigen Photopeak werden der abgeschätzte Streuzählwert Cstre"(x,y) und der korrigierte Zählwert Cprim(x,y) dann auf Grundlage der vorstehenden Gleichungen (2) und (3) berechnet, wobei Cspmt (x,y) die Ereigniszählung ist, die dem Fenster W2 entspricht, Wsplit die Breite der Energiebereiche ist, welche W2 umfassen, WPhoto die Breite von W1 ist und Cges die Ereigniszählung ist, die dem Fenster W1 entspricht. Der korrigierte Zählwert Cprim(x,y) repräsentiert somit das gewünschte Gammastrahlungssignal, bei dem die Streukomponenten eliminiert sind. Der korrigierte Zählwert Cprim(X,y) wird dann verwendet, um eine Anzeige des gewünschten Bildes zu erzeugen. Die Berechnungs- und die Anzeigeerzeugungsfunktion werden von einer herkömmlichen Computereinrichtung wie etwa einem Mikroprozessor oder einer CPU ausgeführt.
Die Erfindung ist gleichermaßen auf die Erfassung von Strahlung mit mehreren Photopeaks, die im Vergleich zu der Energieauflösung der Gammakamera energetisch weit getrennt sind, anwendbar, beispielsweise Anwendungen unter Beteiligung eines Radionuklids mit mehreren, weit beabstandeten Photopeaks, mehrerer Radionuklide, oder gleichzeitige Transmissions/Emissions-Messungen unter Verwendung von mehr als einem Radionuklid. Die Energieverteilung und die Fensteranordnung für einen solchen Fall sind in Fig. 5 dargestellt. Der erste bis dritte Energiebereich und das erste und zweite Fenster sind wie im Falle eines einzigen Photopeaks realisiert, obgleich der dritte Energiebereich vorzugsweise nicht weggelassen wird. Das Fenster W3 ist analog dem Fenster W1 vorgesehen und entspricht einem vierten Energiebereich, der allgemein den zweiten Photopeak umgibt. Ähnlich ist das Fenster W4 analog dem Fenster W2 vorgesehen und umfasst den fünften und sechsten Energiebereich unterhalb bzw. oberhalb des zweiten Photopeaks. Eine akzeptable Leistungsfähigkeit kann erzielt werden, wenn der sechste Energiebereich weggelassen wird. Für jeden Photopeak werden auf Basis der Fenster W1 und W2 bzw. W3 und W4 separat ein abgeschätzter Streuzählwert Cstreu(x,y) und ein korrigierter Zählwert CPrim(x,y) berechnet. Die separaten korrigierten Zählwerte Cstreu(x,y) werden danach kombiniert, um ein Bild zu erzeugen. Die Erfindung kann durch Hinzufügen zusätzlicher analoger Energiefenster auch auf die Verwendung mit Radionukliden oder Kombinationen von Radionukliden mit drei oder mehr Photopeaks erweitert werden.

Claims

1. Verfahren zur Streukorrektur zur Verwendung bei einer Gammakamera, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

Erfassen von Gammastrahlung, die in einen ersten Energiebereich fällt;

Erzeugen eines ersten Zählwertes, der die in den ersten Energiebereich fallende Gammastrahlung angibt;

Erfassen von Gammastrahlung, die in einen zweiten Energiebereich fällt;

Erfassen von Gammastrahlung, die in einen dritten Energiebereich fällt;

Erzeugen wenigstens eines zweiten Zählwertes, der die in den zweiten und den dritten Energiebereich fallende Gammastrahlung repräsentiert;

basierend auf dem wenigstens zweiten Zählwert Abschätzen eines Streuzählwertes, der die in den ersten Energiebereich fallende Streustrahlung repräsentiert; und

Korrigieren des ersten Zählwertes auf Basis des Streuzählwertes, wobei der zweite Energiebereich unterhalb des ersten Energiebereichs liegt und energetisch von diesem getrennt ist, und wobei der dritte Energiebereich oberhalb des ersten Energiebereichs liegt und energetisch von diesem getrennt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste Energiebereich einen radionukliden Photopeak beinhaltet und die obere Grenze des zweiten Energiebereichs eine Halbwertsbreite (FWHM), gemessen in keV, unterhalb des Photopeaks festgelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste Energiebereich einen radionukliden Photopeak enthält; die obere Grenze des zweiten Energiebereichs so gelegt wird, dass ein vorgegebener Prozentsatz der Zählungen, die in den zweiten Energiebereich fallen, von primären Photonen herrührt; und die untere Grenze des dritten Energiebereichs so gelegt wird, dass ein vorgegebener Prozentsatz von Zählungen, die in den dritten Energiebereich fallen, von primären Photonen herrührt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der vorgegebene Prozentsatz 1% beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Energiebereich näherungsweise symmetrisch um einen radionukliden Photopeak liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste Energiebereich mehr als einen eng beabstandeten Photopeak beinhaltet und die obere Grenze des zweiten Energiebereichs eine Halbwertsbreite (keV) unterhalb des niedrigsten Photopeaks angeordnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die obere Grenze des zweiten Bereichs und die untere Grenze des dritten Bereichs basierend auf der Energieauflösung der Gammakamera gewählt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Breite des ersten Energiebereichs zwischen 10% und 35% eines radionukliden Photopeaks beträgt.

9. Gammakamera, umfassend:

Einrichtungen zum Erfassen von Gammastrahlung;

Einrichtungen zum Bestimmen des Energieniveaus der erfassten Strahlung;

Einrichtungen zum Erzeugen eines ersten Zählwertes, der die Gammastrahlung angibt, die in einen ersten Energiebereich fällt, welcher einen radionukliden Photopeak enthält;

Einrichtungen zum Erzeugen eines zweiten Zählwertes, der die Gammastrahlung angibt, die in einen zweiten Energiebereich fällt, wobei der zweite Energiebereich unterhalb eines radionukliden Photopeaks liegt;

Einrichtungen, um auf Basis des zweiten Zählwertes einen Streuzählwert abzuschätzen, der die in den ersten Energiebereich fallende Streustrahlung repräsentiert; und

Einrichtungen zum Korrigieren des ersten Zählwertes auf Basis des Streuzählwertes,

dadurch gekennzeichnet,

dass der zweite Energiebereich energetisch von dem ersten Energiebereich getrennt ist.

10. Gammakamera nach Anspruch 9, ferner umfassend:

Einrichtungen zum Erfassen von Gammastrahlung, die in einen dritten Energiebereich fällt, wobei der dritte Energiebereich oberhalb des ersten Energiebereichs liegt und energetisch von diesem getrennt ist; und

Einrichtungen zum Erzeugen eines dritten Zählwertes, der die Gammastrahlung angibt, die in den dritten Energiebereich fällt; und

wobei die Abschätzeinrichtung den Zählwert der in den zweiten und den dritten Energiebereich fallenden Strahlung nutzt.

11. Gammakamera nach Anspruch 9 oder 10, wobei der erste Energiebereich näherungsweise symmetrisch um das mittlere Energieniveau des mehr als einen eng beabstandeten Photopeaks liegt.

12. Gammakamera nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Breite des ersten Energiebereichs zwischen 10% und 35% eines radionukliden Photopeaks beträgt.

13. Gammakamera nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die obere Grenze des zweiten Energiebereichs basierend auf der Energieauflösung der Gammakamera gewählt wird.