DK174065B1 - Fremgangsmåde til detektering af højenergistråling og apparat til udøvelse af fremgangsmåden - Google Patents

Description

DK 174065 B1

Fremgangsmåde til detektering af højenergistråling og apparat til ud* øvelse af fremgangsmåden

Den foreliggende opfindelse omhandler strålingsdetektorer, nærmere beteg-5 net strålingsdetektorer, der anvendes ved nuclearmedicin. Den foreliggende opfindelse omhandler også en fremgangsmåde til detektion af højenergistråling.

Strålingsdetektorer, der kan detektere højenergipartikler såsom røntgenstrå-10 ler, gammastråler, protoner, elektroner og neutroner (sædvanligvis med en energi på 20 keV eller højere), er følsomme overfor baggrundsstråling. Hvis den stråling, der kommer fra kilden eller udsendes af den genstand, der undersøges, varierer væsentligt eller er minimal, interfererer baggrundsstrålingen med detektorens aftastningsegenskaber, og kan i sidste ende sløre og 15 forvrænge det signal, der fremkommer fra detektoren. I det tilfælde er udgangssignalet fra detektoren kun en dårlig repræsentation af det, der ønskes detekteret.

For at minimalisere baggrundsstrålingen eller den stråling, der ikke frem-20 kommer fra strålingskilden, har man i tidligere kendte apparater anvendt en blyafskærmning omkring hele detektorenheden, hvorved baggrunds- eller anden stråling udelukkes fra at ramme detektorens kritiske dele.

Detektorer, der anvendes i forbindelse med nuclearmedicin, er meget udsatte 25 for støjstråling og baggrundsstråling, da der kun indføres en begrænset mængde radioaktivt stof i den person eller anden levende organisme, der undersøges, med henblik på at opnå et anatomisk billede, eller at overvåge et organs fysiologi. Typiske radionucleider, der anvendes til medicinsk diagnose, er technitium-99m, der udsender gammastråler ved 140 keV. Andre 30 radionucleider er iodid 123, der udsender gammastråler ved 159 keV, Xe-133, 81 keV γ-stråle, TI-201, 70 keV røntgenstråling og 279 keV γ-stråle osv.

2 DK 174065 B1

En lille mængde røde blodceller (RBC) mærkes med technitium-99m, (Tc-99m), og disse mærkede celler indføres i patientens blodstrøm (eller RBC mærkes med Tc-99m in vivo), og disse blodceller anvendes til diagnostisk bestemmelse af hjertefunktionen. Et gammakamera eller en detektorenhed 5 (hjertemonitor) anvendes ved en sådan undersøgelse.

I den senere tid er der opstået behov for ambulatoriske hjerteovervågningsenheder, der placeres på en patient, til overvågning af patientens fysiologiske aktiviteter i et nærmere bestemt tidsrum. Den ambulante hjerteovervågnings-10 enhed placeres over patientens hjerte, og den højenergidetektor, der er indeholdt i overvågningsenheden, aftaster blodstrømmen gennem hjertet ved detektion af den gammastråling, der udsendes af de Tc-99m mærkede blodceller. Den præcise måling af den gamma-stråling, der udsendes af de mærkede blodceller, indeholder en stor mængde information om hjertet, hvilken 15 information er til stor hjælp blandt andet ved diagnostisering af hjertesygdomme. Imidlertid er hjerteovervågningsenhedens præcision stærkt afhængig af overvågningsenhedens evne til kun at detektere de gamma-stråler, der udsendes af technetium-99m i hjertet, og udelukkelsen af baggrundsstråling og støjstråling, der er tilstede i andre legemsdele og i omgivelserne.

20

Tidligere kendte hjerteovervågningsenheder, og andre arter af højenergistrålingsdetektorer, omfatter sædvanligvis en eller flere scintallatorer eller organer, der er indrettet til at detektere stråling, idet strålingsdetektionen sker ved at omsætte strålingen til lys ved en forudbestemt bølgelængde. Disse scintal-25 litationsdetektorer og de tilknyttede elektroniske kredsløb er normalt anbragt indenfor en blyskærm således, at stråling der udsendes fra en forudbestemt kilde, eller udsendes fra en forudbestemt retning, kollimeres til at ramme scintillatorerne. Lyset fra scintillatorerne ledes til en art fotodetektionsenhed, der omsætter lyset til et elektrisk signal. En almindeligt brugt art fotodetektor 30 er et fotomultiplikatorrør.

3 DK 174065 B1

Det elektriske signal, der afgives fra fotomultiplikatorrøret, overføres til et kabel, der forbinder overvågningsenheden til yderligere databehandlingsudstyr eller udlæsningsorganer. For at sikre at det kun er stråling fra visse kilder eller fra retninger, der påvirker scintillatoren eller scintillationskrystallerne, 5 omsluttes disse normalt af en blyskærm, og fotomultiplikatorrøret omfatter en blyskærm, der anvendes til at udelukke baggrundsstråling, der udbreder sig i modsat retning af den fra kilden udsendte stråling, hvorved denne stråling forhindres i at ramme scintillatoren. Brugen af denne blyafskærmning forøger hjerteovervågningsenhedens vægt væsentligt.

10 På samme måde påvirkes andre højenergistrålingsdetektorers vægt væsentligt af den blyskærm, der normalt omgiver tilnærmelsesvis hele detektionsen-heden.

15 Det er et formål med den foreliggende opfindelse at reducere vægten for høj-energistrålingdetektorenheder, ved at eliminere en væsentlig del af blyafskærmningen, og især af sådanne, der anvendes som hjerteovervågningsenheder, hvorved apparatet kan anvendes ambulant af patienten, og også at opnå en højere virkningsgrad i strålingsdetektoren, ved at forbedre 20 tilpasningen mellem de optiske egenskaber for de i detektoren indgående komponenter.

En højenergistrålingsdetektor omfatter et organ, der er indrettet til at detektere en bestemt art højenergistråling. Dette organ kan være en krystalscintilla-25 tor, og omfatter også midler til omsætning af denne stråling til lys. Lyset fra scintillatoren føres gennem et optisk vindue, der består af et materiale med en bestemt mængde tungmetal, hvilket vindue kan bestå af blyglas eller kvartsglas. Et fotomultiplikatorrør frembringer et elektrisk signal, på baggrund af det lys der føres ind i røret gennem det optiske vindue. En kollimator er 30 fastgjort ved scintillatorens ene ende, til kollimering af den stråling der ønskes detekteret. Koltimatoren er i en udførelsesform fremstillet af bly. En 4 DK 174065 B1 tungmetalskærm, såsom bly, strækker sig over og dækker nærmere bestemte dele af scintillationskrystallen, hvilke dele ikke er åbne mod kollimatoren og ikke er optisk koblet til det optiske vindue, idet visse dele af det optiske vindue er dækket af disse blydækkede dele. Da afskærmningen kun dækker 5 begrænsede dele af scintillationskrystallet, og begrænsede dele af det optiske vindue, minimaliseres strålingsdetektorens vægt. Et apparathus omslutter kollimatoren, afskærmningen, scintillatoren, det optiske vindue, fotomul-tiplikatorrøret og de tilknyttede kredsløb, hvilket er velkendt indenfor teknikken.

10

En fremgangsmåde ved detektion af højenergistråling omfatter en kollimering af stråling, en omformning af den kollimerede stråling til lys, en optisk overførsel af lyset, og en omsætning af det overførte lys til et elektrisk signal, idet kun den ikke-kollimerede stråling afskærmes, det den ikke-kollimerede strå-15 ling kunne være blevet omsat på grund af sin udbredelsesretning, skærmingen sker ved (1) at udelukke den ikke-kollimerede stråling ved den optiske overførsel af lyset, og (2) at udelukke den ikke-kollimerede stråling fra det område, hvor transformationen af den kollimerede stråling finder sted. Transformationen sker ved scintillation i et krystal, og omsætningen sker ved at 20 fotomultiplicere det overførte lys, til frembringelse af det elektriske signal.

Den foreliggende opfindelse skal nu beskrives nærmere, med henvisning til tegningen, på hvilken:

Fig. 1 viser et tværsnit af en kendt strålingsdetektor, 25 fig. 2 viser et tværsnit af en strålingsdetektor ifølge den foreliggende opfindelse, fig. 3 viser et tværsnit af en ambulant hjerteovervågningsenhed ifølge den 30 foreliggende opfindelse, 5 DK 174065 B1 fig. 4 viser et billede set fra oven af den i fig. 3 viste hjerteovervågningsenhed,

Fig. 5 viser et kredsløbsdiagram for det elektriske kredsløb i den i fig. 3 viste 5 hjerteovervågningsenhed, og fig. 6 viser skematisk et gamma-strålekamera ifølge den foreliggende opfindelse.

10 Den foreliggende opfindelse omhandler en højenergistrålingsdetektor, nærmere betegnet en detektor, der er indrettet til at aftaste stråling fra en given retning eller en given kilde, og en fremgangsmåde til detektion af denne stråling.

15 Fig. 1 er et tværsnit af en kendt strålingsdetektor 22.1 det følgende anvendes betegnelsen "højenergistråling" om røntgenstråler eller gamma-stråler, og ladede partikler, såsom protoner og elektroner og ikke-ladede partikler såsom neutroner. I en foretrukken udførelsesform fremkommer højenergistrålingen fra technetium-99's overgang fra den meta-stabile tilstand til basis-20 tilstanden, hvorved der udsendes gamma-stråling ved 140 keV. Ved en anden udførelsesform er højenergistrålingen 159 keV gamma-stråler, der fremkommer ved iod 123's henfald. Ved sædvanlige medicinske diagnostiske anvendelser er energiområdet for højenergistråling fra 20 keV til 660 keV. Rent illustrativt er der vist højenergistrålingspartikler 20a, b, c, d, e og f på fig. 1.

25

Den kendte detektor 22 ses at være et hovedsageligt cylindrisk legeme, der indeholder en kollimator 24. Kollimatoren 24 omfatter en åben ende 26, der er indrettet til at lade højenergistrålingspartikler 20a, 20b træde ind, og kollimere disse mod scintillatoren 28, der er organet til detektion af en forudbe-30 stemt højenergistråling. Scintillatoren 28 omsætter den kollimarede stråling til lys. I en foretrukken udførelsesform er scintillatoren 28 et thallium-aktiveret _ DK 174065 B1 ff

U

sodium iodid Nal(T1)-krystal. Imidlertid kan der anvendes andre scintillatorer såsom thaliuim-aktiveret cesiumiodid Csl(T1), eller organiske scintillatorer såsom plastik (polystyren) scintillatorer eller flydende scintillatorerer (polyvi-nyltoluen). En tæller eller et spektrometer kan anvendes i detektoren. I brug 5 eksiteres scintillatoren af eller reagerer med gamma-strålingen, og udsender en photon som resultat af reaktionen. Som det er velkendt reagerer forskellige scintillatorer ved forskellige arter højenergistråling. På samme måde udsender forskellige scintillatorer forskellige photon-energier eller lysbølgelængder, under scintillationshændelsen. Derfor afhænger valget af den kor-10 rekte scintillator af den specifikke art stråling, der ønskes detekteret.

Kollimatoren 24 er ved dette kendte apparat fremstillet af bly eller af en blylegering. Som det er velkendt i teknikken, vil den førnævnte højenergistråling bremses af bly eller andre ikke-radioaktive tungmetaller, såsom Bi, U eller W, 15 og legeringer af disse. Betegnelsen "tungmetal" er i det følgende anvendt om de arter af tungmetaller og andre metalarter, der ikke reagerer med og ikke gennemtrænges af højenergistråling. Som vist på fig. 1 vil kun gammastrålerne 20a, b kollimeres af kollimatoren 24, og blive ledt hen mod scintillatoren 28. Gamma-strålen 20c vil på grund af sin retning blive udelukket fra 20 scintillatoren 28 af kollimatoren 24.

Nogle af de photoner, det lys der udsendes under en scintillationshændelse, vil i scintillatoren 28 overføres gennem det optiske vindue 30, der nogle gange betegnes som en lysleder. Sædvanligvis er det optiske vindue 30 fremstil-25 let af borsilicatglas. Det optiske vindue 30 er optisk koblet til scintillatoren 28's endeflade 32. Som det er velkendt er det optiske vindue 30 fastgjort til scintillatoren 28, med en epoxy såsom RTV®, et siliconebaseret produkt, der fremstilles af General Electric Company. Det optiske vindue 30 leder lyset fra scintillatoren 28 til fotomultiplikatoren 34. Forbindelsen meJlem det optiske 30 vindue 30 og fotomultiplikatoren 34 er sædvanligvis pakket med optisk fedt.

7 DK 174065 B1

Fotomultiplikatorrøret 34 omsætter lyset eller photonerne til et elektrisk signal og afgiver dette over nogle af tilledningerne 36 til det elektriske kredsløb 38.

Det elektriske kredsløb 38 frembringer effekt til fotomultiplikatoren 34 og forstærker udgangssignalet fra fotomultiplikatoren 34. Strømforsyningen af 5 kredsløbet 38 og signaler fra kredsløbet 38 påtrykkes terminaler 40 og 42, der strækker sig uden for detektoren 22. Fotomultiplikatoren 34 og det dertil knyttede kredsløb 38's funktion er velkendt.

Med henblik på at reducere interferens, der fremkommer på grund af udven-10 dige elektromagnetiske felter, omgiver en elektromagnetisk skærm 44 en væsentlig del af fotomultiplikatoren 34. Sædvanligvis fremstilles denne elektromagnetiske skærm 44 af metal. Den elektromagnetiske skærm 44 er indlagt mellem understøtningsmaterialet 46, 48, der er en af vanlig art svamp eller andet materiale såsom gummi.

15

Den kendte enhed fra fig. 1 omfatter en strålingsskærm 50, der fastgøres til kollimatorens endeflade 52. Som det tydeligt fremgår af fig. 1, strækker strålingsskærmen 50 sig over dele af det optiske vindue 30, over hele fotomultiplikatoren 34, over hele det elektriske kredsløb 38 og omkring tilledningerne 20 40, 42, hvorved alle disse dele skærmes mod stråling, der ikke fremkommer fra kilden. Strålingsskærmen 50 er et tungt metal, der sædvanligvis er bly. Strålingsskærmen 50 udelukker gamma-stråler 20d, e og f, fra at trænge ind i fotomultiplikatoren 34 og/eller scintillatoren 28. Som det fremgår af fig. 1, vil gamma-strålen 20e på grund af sin retning ikke ramme scintillatoren 28, hvis 25 strålingsskærmen 50 fjernes. Imidlertid vil gamma-strålen 20e kunne blive afbøjet eller spredt af komponenter i fotomultiplikatoren 34, og derefter blive rettet aksialt langs strålingsdetektoren 22's akse ind i scintillatoren 28. Et hus 56 omfatter kollimatoren 24 og skærmen 50.

30 Fig. 2 viser i tværsnit en strålingsdetektor 60 ifølge den foreliggende opfindelse. De samme henvisningstal betegner de samme dele på alle figurer. En 8 DK 174065 B1 af forskellene mellem de tidligere kendte strålingsdetektorer, som vist på fig.

1, og denne udførelsesform for den foreliggende opfindelse, der er vist på fig.

2, er den manglende strålingsskærm 50. På fig. 2 kollimeres gammastrålerne 20a, b af kollimatoren 24, hvor de træder ind i åbningen 26, og dis- 5 se stråler passerer gennem de viste dele af kollimatoren 24. Derefter rammer gamma-strålerne 20a, 20b scintillatoren 28's forreste flade 62 Materialet i scintillatoren 28 eksiteres af gamma-strålerne, og der frembringes photoner (lys) i scintillatoren 28. En del af de photoner, der frembringes i scintillatoren 28 passerer gennem dennes endeflade 32 ind i det optiske vindue 64.1 den 10 foreliggende opfindelse er det optiske vindue 64 fremstillet af et materiale, der indeholder en forudbestemt mængde tungmetal. I den foretrukne udførelsesform er det optiske vindue 34 et tungt kvartsglas, der sædvanligvis benævnes blyglas. Et eksempel på denne art glas, fremstilles af Hoya Optics,

Inc., Fremont, Californien, USA, med de følgende egenskaber: 15 glas-gruppe: tung kvarts glas-art: FD-8 brydningsindeks: n = 1,718 væskefylde: 4,21 20 80% transmission (1 cm prøve): 390 nm 5% transmission: 340 nm blyindhold vægt %: 50% blyindhold tykkelse %: 23% 25

Selvom denne art tungt kvartsglas anvendes i den foreliggende udførelsesform, kan andre passende optiske materialer anvendes, såsom et billigere kvartsglas med 40% bly eller blyholdig plastik, der anvendes med de tidligere beskrevne scintillatorer. Andre blyglasser betegnes som typerne EDF og DF 30 fra Bausch and Lomb Company. Det optiske vindue 64 leder lyset fra scintil-latorens endeflade 32 ind i fotomultiplikatoren 34. Derudover er det optiske 9 DK 174065 B1 vindue 64 uigennemtrængeligt for gamma-strålerne 20d og 20f. På denne måde afskærmer det optiske vindue 64 mod ikke kollimerede stråling, samtidig med, at det leder lyset fra scintillatoren 28 til fotomultiplikatoren 34.

5 Den foreliggende opfindelse eliminerer strålingsskærmen 50, da scintillatoren 28 er skærmet fra alle sider, bortset fra endefladen 62. Kollimatoren 22 omfatter en kollimeringsdel 66 og en skærmdel 68. Kollimeringsdelen 66 kolli-merer den stråling, der ønskes detekteret af detektoren 60, og skærmdelen 68 skærmer scintillatoren 28, og dele af det optiske vindue 64 fra ikke kolli-10 meret stråling, såsom en gamma-stråle 20d. Som det fremgår af fig. 2, er afskærmningsdelen 68 begrænset til at strække sig over scintillatoren 28. Skærmdelen 68 strækker sig også over hele det optiske vindue 64. Strålingsdetektoren 60's vægt reduceres væsentligt og minimeres på grund af den begrænsede udstrækning af kollimatoren 24’s del 68. Udtrykkene ”be-15 grænset udstrækning" og "er begrænset til" betegner, at skærmdelen 68 strækker sig over og dækker de dele af scintillatoren 62 bortset fra enderne 32 og 62 og strækker sig videre hen over og i det mindste dækker forbindelsen eller grænsefladen mellem det optiske vindue 64 og scintillatoren 28.

Denne betegnelse dækker ikke, at skærmdelen 68 strækker sig over fotomul-20 tiplikatoren 34 og udover kredsløbet 38. Da der ikke findes en ekstensiv blyafskærmning (vist som skærmen 50 på fig. 1), reduceres detektoren 60’s vægt væsentligt. Det kan antages, at der kan opnås en typisk vægtreduktion på 50% med den foreliggende opfindelse.

25 Fremgangsmåden ved detektion af højenergistråling ifølge den foreliggende opfindelse, består af de følgende trin: at den stråling der passerer gennem kollimeringsdelen 66 i kollimatoren 22 kollimeres, 30 at den kollimerede stråling omsættes til lys i scintillatoren 28, 10 DK 174065 B1 at lyset ledes optisk gennem vinduet 64, at det overførte lys omsættes til et elektrisk signal i fotomultiplikatoren 34, og 5 at der kun skærmes mod den ikke-kollimerede stråling, der ville være blevet omsat på grund af sin udbredelsesretning.

Med andre ord afskærmes gamma-strålen 20c fra kollimatoren 24's kollime-10 ringsdel 66, og udelukkes fra at samvirke med scintillatoren 28, på grund af kollimatoren 24's tungmetalindhold. Den ikke-kollimerede gamma-stråle 20d afskærmes af kollimatoren 24's skærmdel 68. Den ikke-kollimerede gammastråle 20f afskærmes af det optiske vindue 64, på grund af denne partikels orientering, og blyindholdet i vinduet. Derved udelukkes gamma-strålerne 15 20c, d og f fra det område, hvor der sker transformation af den kollimerede stråling, dvs. fra scintillatorens 28's umiddelbare nærhed.

Den afskærmning, der anvendes ifølge den foreliggende opfindelse, er begrænset til bestemte dele af scintillatoren 28 og bestemte dele af det optiske 20 vindue 64. Derved skærmes der ikke mod den ikke-kollimerede gammastråle 20e, da denne stråles retning er sådan, at strålen ikke ville ramme scintillatoren 28, og derfor ikke detekteres sammen med den kollimerede stråling. Selvom gamma-strålen 20e spredes eller reflekteres af en del i fotomultiplikatoren 34, giver det optiske vindue 64 en aksialt rettet skærm mod 25 sådan højenergistråling, der er rettet mod scintillatoren 28.

Den mængde skærmning, der anvendes i en given strålingsdetektor, afhænger af den art stråling, der ønskes detekteret. I det her beskrevne nuclear-medicinske eksempel, hvor der detekteres gamma-stråler ved 140 keV, der 30 udsendes af Tc-99, er blyskærmen i det tidligere kendte apparat tilnærmelsesvis 3,5 mm tykt. Ifølge den foreliggende opfindelse elimineres denne 11 DK 174065 B1 blyskærm, og det optiske vindue 30, fra det kendte apparat, erstattes af et optisk vindue 64 af tungt kvarts, der er tilnærmelsesvis 1 1/2 cm tykt. Der opnås en 50% vægtreduktion ved at eliminere blyskærmen 50.

5 Det er velkendt, at den optiske transmissionskarakteristik for det optiske vindue, dvs. dettes brydningsindeks n, skal være tilpasset scintillatorens brydningsindeks. Den foreliggende opfindelse forbedrer lysdetektionsvirknings-graden, da scintillatoren er bedre tilpasset til det tunge kvarts glas brydnings-indeks. Brydningsindeks for Nal(T1) er 1,77, brydningsindeks for Hoya tungt 10 kvarts glas FD-8 er 1,718, derimod er brydningsindeks for borsilicatglas 1,52.

I en foretrukken udførelsesform af fotomultiplikatoren 34 anvendesen bialka-lifotokatode model nr. R1635 (eller R1639, osv.), fremstillet af Hamamatsu, Middlesex, New Jersey, USA. Spektral følsomheden for denne fotokatode er maksimal ved 370 nm, og scintillationsbølgelængden fra Nal(T1) topper ved 15 405 nm og har et afskæringspunkt ved 390 nm.

Det er velkendt, at lys bliver totalt reflekteret ved en flade mellem to materialer, hvis vinkelen mellem lysstrålen og normalplanet til overfladen er større end den kritiske vinkel Øc = sin (n2/ni) hvor ni er brydningsindeks for det 20 ene medie (f. eks. scintillatoren 28) og n2 er brydningsindeks for det nærtliggende gennemsigtige medie (f. eks. det optiske vindue 64). Den foreliggende opfindelse forbedrer de optiske egenskaber for strålingsdetektoren, da forholdet n2/ni er tættere på 1 (1,718/1,77) i forhold til den tidligere kendte teknik (1,52/1,77). Reduktionen af den reflekterede lysmængde ved forbindel-25 sesfladen forbedrer detektorens virkningsgrad, da der reflekteres mindre lys i forbindelsesfladen, og der derfor træder mere lys ind i den optiske transmissionsvej til fotomultiplikatorrøret.

Der kan anvendes andre arter lysdetektorer i stedet for fotomultiplikatorrøret 30 34 som f. eks. fotoceller, fotodioder, fotodiodesamlinger, lysfølsomme dioder, fototransistorer, diodebilledmatriser, mikrokanalplader, billedforstærkere osv.

12 DK 174065 B1 RCA fremstiller et 10-trins fotomultiplikatorrør, og Hamamatsu fremstiller mi-krokanalplader, der kan anvendes i den foreliggende opfindelse. Under alle omstændigheder må lysdetektionsorganerne, f. eks. fotomultiplikatoren 34, være kompatible med den bølgelængde, der udsendes af scintillatoren 28, 5 Den elektromagnetiske skærm 44 kan bestå af mu-metal med en typisk tykkelse mellem 0,5 -1 mm, og denne skærm omgiver fotomultiplikatoren 34. I en udførelsesform er huset 56 fremstillet af aluminium eller plastik. Fastgørelsen af delene i strålingsdetektoren 60 er velkendt, og monteringsmåden påvirker ikke i væsentlig grad den foreliggende opfindelse. Understøtnings-10 materiale 46, 48 kan elimineres således, at der et luftgab mellem en eller fle re af delene, såsom fotodetektor 34, den elektromagnetiske skærm 44 og huset 56.

Fig. 3 viser et tværsnit af en ambulant hjerteovervågningsenhed 70, der er 15 opbygget ifølge den foreliggende opfindelse. Hjerteovervågningsenheden 70 anvendes i en given udførelsesform, til detektion af Tc-99 ved radionucleare undersøgelser. Et dæksel 72, der fortrinsvis er fremstillet af nylon, er med en gevindforbindelse fastgjort på en skærm 74, der fortrinsvis er fremstillet af bly med et 5% antimonindhold, og en tykkelse på ca. 2,5 mm. En blænde 76 ad-20 skiller kollimatoren 78 fra delen 72. Kollimatoren 78, blænden 76, dækslet 72 og skærmen 74 er hovedsageligt et cirkulært tværsnit, som vist på fig. 4. I en foretrukken udførelsesform er kollimatoren 78 fremstillet af bly og består af en plade med sekskantede huller, hvis tværsnit er ca. 0,15 mm og med en vægtykkelse på 0,2 mm idet pladens tykkelse er ca. 10 mm. Hele pladens 25 diameter er ca. 6 cm, og pladen tjener til at kollimere gamma-stråler med en energi på 140 keV. De angivne dimensioner er grove estimater af en forsøgsmodel af opfindelsen. Blænden 76 er i den foretrukne udførelsesform opbygget af bly.

30 En cirkulær pakning 80 adskiller kollimatoren 78 fra en scintillator 82, der er en Nal(T1)-scintillator, i den viste udførelsesform, hvilken scintillator 82 un- 13 DK 174065 B1 derstøttes i et aluminiumhus 88, der omfatter en reflekterende overflade 89.

Et optisk vindue 84 omfatter en poleret side 86, der ligger an mod scintillato-ren 82, og en poleret side 92. Lyslederen 94 omfatter polerede flader 96 og 98, og den polerede flade 96 ligger i umiddelbar nærhed af det optiske vin-5 due 84's polerede flade 92. I den viste udførelsesform er det optiske vindue og lyslederen, svarende til det optiske vindue i scintillatorenheden 28 og lyslederen 30 i den kendte teknik fra fig. 1, kombineret i en enhed 84. Det optiske vindue 84 og lyslederen 94 er opbygget af det førnævnte tunge kvartsglas, der i den viste udførelsesform fremstilles af Hoya Optics.

10 I drift udsendes en gamma-stråle 110a fra kilden, og gamma-strålerne 110b, c er støj i omgivelserne omkring hjerteovervågningsenheden 70. Gammastrålen 110a kollimeres af kollimatoren 78 og reagerer med scintillatoren 82.

En photon 112 er af illustrative hensyn vist, som om den opstår i scintillatoren 15 82, og følger en vej, der angives ved den stiplede linie 114, hvilken vej går gennem det optiske vindue 84 og lyslederen 94. Photonen 112 træder ind i en fotomultiplikator 120, der frembringer et elektrisk signal på grundlag af den photon, der træder ind i den fra den optiske transmissionsvej. I en fore-trukken udførelsesform er fotomultiplikatoren 120 et 10-trins fotomultiplikator-20 rør, hvor et stærkt stigende antal elektroner frembringes i hvert trin, på grundlag af den lysmængde, der oprindeligt falder ind i fotomultiplikatorrøret 120.

Hjerteovervågningsenheden 70 omfatter også en hjælpeskærmring 130, der omgiver dele af det optiske vindue 84. I en foretrukken udførelsesform inde-25 holder skærmringen 130 5% antimon. Huset 132 passer sammen med et bageste hus 140's endeflade 136. Et fastgørelsesmiddel 138 fastgør huset 140 til delen 132. Fotomultiplikatoren 120 er fastgjort på sædvanlig måde i huset 140.

30 14 DK 174065 B1

Der tilføres fotomultiplikatoren 120 effekt, og signaler udtages fra fotomultiplikatoren 120, ved den skematisk viste elektriske forbindelse 160, der forbinder fotomultiplikatoren 120 til et elektrisk kredsløb 162. Et sædvanligt udgangsstik 164 giver en forbindelse mellem strømforsynings- og databehand-5 lingsapparatet (ikke vist) og det elektriske kredsløb 162.

De områder, der er betegnet med A, B, C, D og E omkring hjerteovervågningsenheden 70, ville i et apparat ifølge den kendte teknik være afskærmet med en blyskærm. Blyafskærmningen omkring områderne A, B, C, D og E er 10 i den kendte teknik nødvendig, da gamma-stråler 110b ville blive detekteret af scintillatoren 82, hvis der ikke er en afskærmning i disse områder. Imidlertid er det optiske vindue 84 ifølge den foreliggende opfindelse opbygget af et materiale med et forudbestemt indhold af tungmetal, som f. eks. bly, derfor kan gamma-strålen 110b ikke trænge ind i scintillatoren 82. I modsætning til 15 tidligere kendte apparater afskærmes der ikke for gamma-stråler 110c, da denne stråles retning er sådan, at den ikke træder ind i umiddelbar nærhed af scintillatoren 82, og derfor ikke detekteres. Med andre ord afskærmes der ifølge den foreliggende opfindelse kun for den ukollimerede stråling, der ville blive detekteret på grund af strålingens retning. Udelukkelsen af ikke-20 kollimeret stråling fremkommer på grund af blyindholdet i det optiske vindue 84, i ringen 130, i lyslederen 94 og i blyskærmen 74, der kollimerer gammastrålingen, og også skærmer udvalgte dele af scintillatoren 82. Apparathuset 140 er i denne udførelsesform opbygget af aluminium.

25 Dimensionerne for en foretrukken udførelsesform af hjerteovervågningsenheden 70 er som følger. Diameteren for den i fig. 4 viste cirkulære del 111 er tilnærmelsesvis 6,35 cm, scintillatoren 82 er tilnærmelsesvis 0,6 cm tyk, overvågningsenheden 70 er tilnærmelsesvis 4,5 cm tyk, og den rektangulære del 180, der indeholder fotomultiplikatoren 120 og fotomultiplikatoren 182, er 30 ca. 8,3 cm lang og 3,3 cm bred. Som det er velkendt kan fotomultiplikatorerne 120, 182 skærmes elektromagnetisk med mu-metal. Imidlertid er denne 15 DK 174065 B1 elektromagnetiske afskærmning ikke vist specifikt på fig. 3. Hulrummet mellem huset 140 og fotomultiplikatoren 120 kan være udfyldt med en svamp, gummi eller et andet dødt materiale, eller være luftfyldt.

5 På grund af hjerteovervågningsenheden 70's forholdsvise små dimensioner, ville en blyskærm omkring områderne A, B, C, D og E væsentligt forøge ap-paratets vægt. Apparatet ifølge den foreliggende opfindelse er lettere end tidligere kendte overvågningsenheder, idet denne vægtformindskelse andrager ca. 50%. Derudover er hjerteovervågningsenheden 70's lysdetek-10 tionsvirkningsgrad forbedret, pågrund af en bedre tilpasning mellem brydningsindekset n for det tunge kvartsglas der anvendes i det optiske vindue 84 og lyslederen 94, og n-værdien for scintillatoren 82.

Fig. 5 viser et elektrisk kredsløbsdiagram for et elektrisk kredsløb 162. En 15 højspænding (HV) påtrykkes punktet 200 og passerer gennem modstanden 210 på den ene side af en afkoblingskondensator 212. Belastningsmodstande 214 og 216, der fortrinsvis er 1 mega ohm, er forbundet til fotomultiplikatorerne henholdsvis 180, 120. Ledningen 220 overfører effekt til fotomultiplikatoren 180, lige såvel som udgangssignalet overføres til koblingskondensato-20 ren 222. Ledningen 224 overfører effekt og udgangssignal til og fra fotomultiplikatoren 120, og er forbundet til den ene side af en koblingskondensator 226. Fotomultiplikatoreme 120 og 180 er illustreret med dynoder DY 1-8. Benene 2-11 er illustreret på fotomultiplikatorerne 120, 180. Modstandene mellem disse ben repræsenterer spændingsdelere, som det er velkendt i teknik-25 ken.

Koblingskondensatorerne 222 og 226 afspærrer højspændingsforsyningen fra signalbehandlingskredsløbet, og overfører kun vekselspændingssignaler til ledningerne 220 og 224. De signaler, der overføres af kondensatorerne 30 222, 226, er impulser, der frembringes i fotomultiplikatorerne 120, 180, som følge af photondetektion. Et begrænserkredsløb, der omfatter modstande 16 DK 174065 B1 240 og dioder 242, 244, forbinder kondensatorerne 222, 226 til et forstærkerkredsløb 250. Positive og negative spændinger påtrykkes dioderne 242, 244’s modstående sider. Forstærkerkredsløbet 250 omfatter en operationsforstærker 252, forstærkningsindstillingsmodstande 254, 256, og modkob-5 lingskomponenter, der omfatter modstanden 258 og kondensatoren 260, der bestemmer operationsforstærkeren 252's tidskonstant. Der påtrykkes spændinger til operationsforstærkeren 252 ved kondensatorer 262, 264, der tjener til afkobling af de positive og negative forsyningsspændinger. Overføringskondensator 270 forbinder forstærkerkredsløbet 250's udgang til udgangs-10 stikket 272, og en modstand 274 bestemmer udgangens O-potential. I en udførelsesform er udgangssignalet på stikket 272 en 50 millivolt impuls med en tidskonstant på 2 mikrosekunder. Udgangsstikket 272 er forbundet til databehandlingsudstyr, der ikke er vist, der udfører yderligere signalbehandling som det er velkendt indenfor teknikken.

15

Fig. 6 viser et tværsnit af et gammakamera opbygget ifølge den foreliggende opfindelse. Gammakameraet 300 omfatter en blykoilimator 310, og en forreste blyskærm 312. Scintillatoren 314 er adskilt fra kollimatoren 310 med en cirkulær pakning 316. Den del af scintillatoren, der er beliggende modsat kol-20 limatoren 310 er beliggende i umiddelbar nærhed af et optisk vindue 318, der er fremstillet af blyglas som beskrevet ovenfor. Fotomultiplikatorer 320, 322, 324, 326 og 328, modtager lys, der frembringes af scintillatoren 314, og transmitteres gennem det optiske vindue 318. Hver fotomultiplikator omgives af en elektromagnetisk skærm. En elektromagnetisk skærm 330 er vist og 25 omgiver fotomultiplikatoren 320. Fotomultiplikatorerne understøttes i huset 340 af svamp eller gummi, idet der med henvisningstallet 322 er angivet en sådan svamp, mellem huset 340 og fotomultiplikatoren 320's elektromagnetiske skærm 330.

30 Det elektriske kredsløb 342 afgiver effekt til fotomultiplikatorerne, og modtager udgangssignaler fra disse, og behandler disse udgangssignaler på sam- 17 DK 174065 B1 me måde, som det er velkendt i teknikken. Udgangssignalet fra de elektriske kredsløb 342 overføres over et kabel 344. På samme måde som det er bemærket ovenfor med hensyn til strålingsdetektoren og hjerteovervågningsen-heden, omfatter gammakameraet 340 ikke yderligere blyafskærmning, der 5 omgiver fotomultiplikatorerne og de elektriske kredsløb, som det er kendt fra tidligere apparater. Det optiske vindue 318, der er opbygget af blyglas, skærmer scintillatoren 314, sammen med skærmen 312, fra ikke-kollimeret stråling.

10 Den foreliggende opfindelse er ikke tænkt begrænset ved de viste foretrukne udførelsesformer. Placeringen og den specifikke opbygning af den optiske transmissionsvej, det optiske vindue og lysledere mellem scintillatoren og fotomultiplikatorerne, tjener kun som eksempel, da fagmanden kan konstruere andre optiske transmissionsveje, til overførsel af lys til fotomultiplikatorer-15 ne. En strålingsdetektor, der er opbygget ifølge den foreliggende opfindelse, anvender en scintillator, hvis ene side dækkes af et optisk vindue og/eller en lysleder, der er opbygget af et materiale med et forudbestemt indhold af tungmetal, til skærmning af scintillatoren mod højenergistråling. Ifølge den foreliggende opfindelse kan der anvendes en yderligere skærmning, der om-20 giver dele af scintillatoren, der ikke er tilgængelig gennem kollimatoren, til udelukkelse af anden ikke kollimeret stråling. Vægten, og dermed størrelsen, for et apparat ifølge den foreliggende opfindelse, er væsentlig mindre end tidligere, da strålingsskærme uden for scintillatoren ikke er nødvendige, og skulle disse skærme være nødvendige, vil deres størrelse være væsentligt 25 reduceret.

Claims (8)

18 DK 174065 B1

1. Højenergistrålingsdetektor med et apparathus (56), der indeholder 5 en detektor (28,82,314), der er indrettet til at detektere en bestemt art højenergistråling og til at omsætte den detekterede stråling til lys, et organ (34,120,180,320,322,324,326,328), der genererer og afgiver et elek-10 trisk signal på grundlag af den mængde lys, der rettes mod det fra detektoren, et optisk vindue (64,84,94,318), der leder lyset fra detekteringsorganet (28,82,314) til det signalgenererende organ, 15 en stråleskærm, der skærmer mod ydre stråling (68,74,130,312) og som er opbygget af et tungmetal, og med en kollimator (24,78,310), der er fremstillet af et tungmetal, og som har en åben ende, der lader højenergistrålingen passere til detekteringsorganet, kendetegnet ved, at det optiske vindue 20 (64,84,94,318) består af et materiale, der indeholder tungmetal, og at stråle skærmen (68,74,130,312) omgiver detektoren (28,82,314) og i det mindste grænsefladen mellem detektoren (28,82,314) og det optiske vindue (64,84,94,318), men ikke strækker sig ud over grænsefladen mellem det optiske vindue (64,84, 94,318) og organerne (34,120,180,320,322,324,326,328) 25 til generering af et elektrisk signal.

2. Strålingsdetektor ifølge krav 1,kendetegnet ved, at skærmen (68,79,130,312) og tungmetalindholdet i det optiske vindue ikke kan gennem-trænges af den nævnte bestemte art højenergistråling. 30 19 DK 174065 B1

3. Strålingsdetektor ifølge krav 1-2, kendetegnet ved, at tungmetallet er et ikke-radioaktivt metal fra den gruppe, der omfatter Pb, Bi, U og W, og legeringer, der indeholder disse metaller.

4. Strålingsdetektor ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at detektoren er en scintillationsstrålingsdetektor (28,82,314), at det signalgenererende organ er et fotomultiplikatorrør (34; 120,180;320,322,324, 326,328), og at det optiske vindue er en lysleder, der er opbygget af blyglas.

5. Strålingsdetektor ifølge krav 3, kendetegnet ved, at skærmen (68,74,130,312) er fremstillet af Pb, og hvor skærmen kun strækker sig over scintillationsdetektoren, og grænsefladen mellem scintillationsdetektoren og det optiske vindue.

6. Strålingsdetektor ifølge krav 1-5, kendetegnet ved, at der findes en elektromagnetisk skærm (44;330) omkring det signalgenererende organ (34;320-328).

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendetegnet ved, at der skærmes 5 elektromagnetisk mod elektromagnetisk stråling, og at denne stråling udelukkes ved konverteringen.

7. Fremgangsmåde ved detektion af højenergistråling omfattende følgende 20 trin: strålingen kollimeres af en kollimator, at den kollimerede stråling transformeres til lys, 25 at lyset ledes gennem en optisk kanal, at det således overførte lys omsættes til et elektrisk signal, og er kendetegnet ved, at kun den del af den ikke-kollimerede stråling, der ville være blevet 30 transformeret på grund af denne strålings udbredelsesretning, afskærmes ved den optiske overførsel af lyset, og ved at den ikke-kollimerede stråling 20 DK 174065 B1 udelukkes fra omsætningsmidlernes umiddelbare nærhed, hvilke omsætningsmidler omsætter den kollimerede stråling.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendetegnet ved, at omsætningen sker ved scintillation, og konverteringen sker ved, at det overførte lys foto- 10 multiplikeres til frembringelse af det elektriske signal.