NL8003473A - Tomograaf met loodrecht op de as optredende positronen- emissie en met beeldreconstructie door middel van een computer. - Google Patents

Description

\ jf PHF 79/532 1 r N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven

Tomograaf met loodrecht op de as optredende positronenemissie en met beeldreconstructie door middel van een computer.

Oe uitvinding heeft betrekking op een positron- emissie transaxiale tomograaf met een uit een polygoon van detektormatrices samengestelde detektorinrichting die een te onderzoeken object omsluit en met een, coïncidentie-5 integratie- en discriminatie schakelingen bevattende, elektronische signaalverwerkingsinrichting voor het vormen van doorsnedebeelden van het object.

Een dergelijke inrichting is bekend uit US 3,970,853 en is in het bijzonder geschikt voor het maken van doorsnedebeelden voor diagnostiek met behulp van positronen annihilatie metingen. Hierbij wordt in een te onderzoeken lichaamsdeel een radioactief preparaat ingébracht dat door annihilatie het uitzenden van telkens tu/ee fotonen van 0,511 MeV bewerkstelligt. Bekende stoffen daarvoor zijn bijvoorbeeld Cll, N13, 015 en F18. Deze stoffen hebben de eigenschap zich binnen anomaliteiten in het lichaam te concentreren. Door de detektorinrichting op het te onderzoeken lichaam te concentreren. Door de detektorinrichting om het te onderzoeken lichaam te roteren en daarbij in vele rich- 20 tingen de fotonen emissie te meten kan met behulp van een computer een dichtheidsverdeling van het preparaat in de betreffende doorsnedelaag van. het lichaam worden berekend en bijvoorbeeld op een monitor worden weergegeven.

In Journal Nuclear Medicine vol.16, Nr. 12, 25 pp.1166-1173 wordt een overeenkomstig apparaat beschreven waarbij een detektorring om de te onderzoeken patient wordt toegepast.

Door de afmeting van de individuele detektoren daarvan is het oplossend vermogen van een dergelijk apparaat 30 voor vele onderzoekingen te gering. ,Het detektierendement van dit type is beduidend beter dan van een apparaat met roterende detektoren.

800 34 73 J- r PHF 79/532 2

De uitvinding beoogt de voordelen van beide typen van apparaten te combineren zonder dat nadelen van elk daarvan optreden. Een positron emissie transaxiale tomograaf van de in de aanhef genoemde soort heeft daartoe volgens de uit-5 vinding tot kenmerk, dat aan elk van de detektormatrices van de detektorinrichting een voor de detektoren van de matrix gemeenschappelijk fotoneninvangelement is toegevoegd.

In een voorkeursuitvoering vormt elke een gammacamera met aangepaste signaalverwerkingsinrichting. Een 10 dergelijke gammacamera is beschreven in bijvoorbeeld GB

1529823 maar kan-ook zijn uitgevoerd als cross-bar camera zoals beschreven in GB 1159347.

Voor een efficient gebruik van de detektoren is het gunstig, bij coïncidentie optredende signalen direkt toe 15 te voeren aan de signaalverwerkingsinrichting voor positie-berekening van de annihilatie en de positieberekeoinrichting daarna «/eer in een nul-toestand terug te brengen. Integratie van de te meten signalen wordt dus pas verder in de inrichting uitgevoerd.

20 De detektorinrichting kan zowel een even als een oneven aantal detektormatrices bevatten. In het geval van een even aantal bevindt zich een coincidentieschakeling tussen tegenover elkaar gelegen matrices, bij een oneven aantal bij voorkeur tussen telkens een matrix en twee meest 25 tegenovergelegen matrices. In vele gevallen is het gunstig dat de detektormatrices een enkelvoudige reeks detektor-elementen bevatten.

De uitvinding wordt nader beschreven aan de hand van een tekening waarin: 30 figuur 1 de wijze van aanbrengen illustreert van enerzijds de volgens een regelmatige zeshoekige struktuur aangebrachte detektieinrichtingen en anderzijds de ermee samenwerkende schakelingen, figuur 2 meer in detail een der detektieinrichtingen 35 toont, en figuur 3 het met behulp van een computer funktione-rende behandelingssysteem toont dat toegevoegd is aan de 80034 73 PHF 79/532 . 3 hexagonale struktuur gevormd door de detektieinrichtingen.

Volgens het door .de figuren weergegeven voorbeeld bevat de conform de uitvinding gerealiseerde tomograaf hoofdzakeling een stel van zes detektieinrichtingen 1-6, 5 waarvan ieder een bepaalde zijde van een regelmatige zeshoekige struktuur bezet. Deze zes inrichtingen 1 tot 6 die onbeweeglijk opgesteld zijn bevatten (zie figuur 2) een scintillatiekristal CS^ dat via een optische geleider GCL is gekoppeld met een bepaald aantal - in dit geval acht -10 fotovermenigvuldigingsbuizen TPM... (Waarbij de index L kan variëren tussen 1 en 6 naargelang de beschouwde detektiein-richting terwijl de index j kan variëren van 1 tot 8 in het geval er acht buizen worden gebruikt). Via versterkingsscha-kelingen AM.^, scheidingstrappen ES.^ en weerstanden RIi^ 15 zijn de uitgangen van de acht buizen TPM^ verbonden met een rekeneenheid CA^ voor het berekenen van de positie en de energie? genoemde rekeneenheid bevat een schakeling CL· voor het integreren van de door de 8 buizen TPM ^ afgeleverde signalen, een schakeling CP^ voor het gewogen combineren van 20 genoemde signalen, en een energiediscriminatieschakeling CDE^ voor het elimineren der signalen der signalen waarvan de energie gelegen is buiten een energiebereik met centrale energiewaarde 0,5 M MeV.

De detektieinrichtingen 1 tot6 werken samen met 25 negen tijdelijke tijdcoincidentie-coincidentieschakelingen CCTi3 , CCTj^, CCT^ j., CCT2 £ > ^^^26’ ^^"35* ^CT^g en ^^^46*

Zie figuur 1 en eveneens, in figuur 2 een der verbindingen L tussen genoemde coincidentieschakelingen en de door de detektieinrichtingen en daarmee samenwerkende rekeneenheden 30 gevormde gehelen). De dubbele index na de aanduiding CCT duidt de detektieinrichtingen (1 tot 6) aan waartussen genoemde coincidentieschakelingen zich bevinden: de schakeling CCT24 bijvoorbeeld moet een validatiesignaal leveren uitsluitend en alleen in het geval dat de detektieinrichtingen 35 2 en 4 tegelijkertijd een foto hebben gedetekteerd. Indien deze voorwaarde gerespecteerd is, wordt het door de schakeling CCT^ (in dit voorbeeld) uitgezonden validatiesignaal 800 34 73 a PHF 79/532 4 dat dus wordt ontvangen door de detektieinrichtingen 2 en 4 en hun samenwerkende rekeneenheden CA£ respectievelijk CA^ via verbindingen van het L-type, direct toegevoerd aan genoemde positierekeneenheden en. CA^ van de tot coinciden-5 tie gebrachte detektieinrichtingen teneinde de berekening van de adressen van de gedetekteerde signalen te beëindigen; wanneer genoemde simultane detektie niet optreedt, wordt er geen rekening gehouden met de uitgangssignalen van de detektieinrichtingen. De aanduiding ADD. duidt een opteller aan 10 1 waarvan de ingangen via scheidingstrappen ES^j zijn verbonden met de uitgangen van de versterkers A^ , terwijl de uitgang van genoemde opteller ADD^ verbonden is met de tijdelijke coincidentieschakelingen welke samenwerken met de beschouwde detektieinrichting.

15

Bij signaalvalidatie wordt de door de schakelingen CI^ verrichte integratie doorgevoerd tot het einde"; wanneer er geen signaalvalidatie is wordt de integratie praktisch onmiddellijk onderbroken. In beide gevallen dient de ontlading van de integrerende schakelingen Cl. snel te qebeuren 20 1 teneinde te verkrijgen dat de detektieinrichtingen -zo rap mogelijk opnieuw beschikbaar zouden zijn voor nieuw detekties.

Dit snel opnieuw ter beschikking stellen kan worden verkregen door bijvoorbeeld aan iedere integratieschakeling een ont- laadschakeling toe te voegen, bijvoorbeeld van het type ont-25 laadschakelingen beschreven in de franse octrooiaanvrage Nr. 7.835.600 welke door Aanvraagster ingediend werd per 18 december 1978 en waarin de ontlading het voordeel heeft dat ze snel optreedt, onafhankelijk is van de gedetecteerde signaalamplitude en daarenboven volledig is.(Zonder restont- 30 ' lading die de daarna verrichte integratie zou vervalsen).

De kennis van beide berekende adressen die corresponderen met elk gedetekteerd foton betekent een koppel nuttige informaties welke aan een buffergeheugen M worden overgedragen via een analoge-digitale omzettrap ECR welke 35

eveneens dient voor het regelen van tie informatiestroom. Bij het einde van het globale tomografische onderzoek, is het door het lezen van de informatie van het buffergeheugen M

300 34 73 i PHF 79/532 ^ 5 mogelijk het bilan op te maken van de aantallen inslagen die opgetreden zijn volgens een willekeurige bepaalde richting en over te gaan tot de reconstructie van het beeld van de beschouwde lichaamslaag. Inderdaad, het op die wijze in het 5 buffergeheugen M opslaan van het door de informaties gevormde geheel naarmate het optreden van de verschijnselen gevormd door de fotonendetekties door vernietiging van positronen volgens bepaalde richtingen wordt dan benut door een signalen-behandelingssysteem zoals het systeem volgens figuur 3 voor het reconstrueren van het beeld van de onderzochte lichaamslaag of der beelden van de onderzochte lichaamslaag overeenkomstig een der gewoonlijk gebruikte reconstructiealgoritmes die door het feit dat ze wel bekend zijn hier niet verder worden beschreven.

15

Genoemd behandelingssysteem bevat in het bijzonder een computer 21 voor het behandelen van de van de zeshoekige struktuur 20 afkomstige informaties en bevattende de detektie- inrichtingen en het door de met deze samenwerkende shakelingen ^ gevormde geheel, en eveneens de hierna aangeduide perifere organen, namelijk een schijvengeheugen 22 een magnetisch band- geheugen 23, een drukinrichting 24, een besturingslessenaar 25, en een visualiseringsgeheel 25. Met behulp waarvan het eventueel mogelijk is fotografische opnamen te maken.

In het aan de hand der figuren 1 tot 3 beschreven 25 voorbeeld is elke detektieinrichting 1 tot 6 een gammacamera, en de met de door fotonendetekties gevormde verschijnselen samengaande energie wordt dus geëvalueerd door het gewogen combineren van de van de fotovermenigvuldigingsbuizen TPN. .

1J

van de camera afkomstige signalen, waarbij voor iedere 30 detektieinrichting genoemde berekening wordt verricht door de rekeneenheid CA^ die aan de inrichting is toegevoegd.

(Zie figuur 2 waarin de informaties met betrekking tot de energie beschikbaar zijn op de verbinding E, terwijl de informaties met betrekking tot de positie beschikbaar zijn op de 35 verbinding P).

De uitvinding is uiteraard niet beperkt tot het hierboven beschreven en weergegeven voorbeeld dat als basis 800 34 73 PHF 79/532 6 kan dienen voor andere uitvoeringsvormen en andere werkings-modi zonder daarom buiten het kader van de uitvinding te treden.

In plaats van gammacamera's is het inderdaad 5 mogelijk als detektieinrichtingen met continue lokalisatie detektoren te gebruiken van het type draadcamera uitgerust met een energieomzetter of van het gammacameratype met vaste detektor welke eveneens geschikt zijn voor het vormen van de veelhoekige detektiestruktuur ( Of veelhoekige 10 detektiestrukturen wanneer er meerdere samengebracht worden zoals verder wordt beschreven).

Er wordt eveneens opgemerkt dat de keuze van het aantal detektieinrichtingen waartussen tijdelijke coinciden-tieschakelingen worden aangebracht afhankelijk is van meer-15 dere factoren. Wanneer bijvoorbeeld (zoals in het hierboven beschreven voorbeeld) de veelhoekige struktuur een even aantal zijden heeft, zou de meest eenvoudige realisatie erin bestaan de mogelijkheid te voorzien van een tijdelijke coïncidentie uitsluitend tussen- detektieinrichtingen welke 20 twee tegenovergestelde zijden bezetten van de veelhoekige struktuur. (In het geval van een zeshoekige struktuur is dat dus tussen de inrichtingen 1 en 4,2 en 5,3 en 6 , terwijl dat in het geval van een achthoekige struktuur dus is tussen de inrichtingen 1 en 5,2 en 6,3 en 7,4 en 8; enz).

25 In de realisatie die werd voorgesteld in het hierboven beschreven voorbeeld wordt dus in feite een volledige dekking gerealiseerd van het beeldveld van het apparaat door eveneens rekening te houden met de vernietigingen van door tijdelijke coincidentieschakelingen gedetekteerde 30 positronen tussen enerzijds een detektieinrichting op een willekeurige zijde van de gekozen zeshoekige struktuur en anderzijds (minstens) de twee detektieinrichtingen die zich in genoemde struktuur aan weerszijden van de tegenover genoemde willekeurige zijde gelegen zijde bevinden. (Het is 35 eveneens mogelijk meer dan twee detektoren te voorzien indien het aantal zijden van de ploygonale struktuur voldoende groot is). Bij een zeshoekige struktuur kunnen de tijdelijke 8003473 . PHF 79/532 7 coïncidenties optreden tussen de inrichtingen (1 en 3,4, 5) (2 en 4, 5, 6), enz. In het geval 'van een veelhoekige struktuur met een oneven aantal zijden (2n + 1), zouden de tijdelijke coïncidentiemogelijkheden bijvoorbeeld voorzien 5 zijn tussen de inrichtingen ( 1 en η, n +1, n + 2, n + 3), ( 2 en n + 1, n + 2, n + 3, n + 4) enz.

Bij een geschikte keuze van de detektieinrichtingen waartussen tijdelijke coïncidentiemogelijkheden bestaan, is het op die wijze mogelijk rekening te houden met de meeste positronen vernietigingen die optreden in het inwendige van het gebied van het onderzochte orgaan. Het is zelfs mogelijk een nog meer uitgewerkte uitvoeringsvorm voor te stellen waarbij rekening wordt gehouden met de positronen vernietigingen die gedetekteerd worden door tijdelijke coïncidentie tussen nabij elkaar gelegen detektieinrichtingen om op die wijze het effect van genoemde positronenver-nietigingen af te trekken van het effect der positronenvernietigingen optredende tussen tegenover elkaar gelegen detektieinrichtingen. Het is inderdaad mogelijk aan te 20 nemen dat het aantal van genoemde coïncidenties tussen nabij elkaar gelegen inrichtingen en corresponderend met optredende vernietigingen om reden van de relatieve plaats van de beschouwde inrichtingen buiten het gebied van het ^ onderzochte orgaan, ongeveer gelijk is aan het aantal willekeurige tijdelijke coïncidenties (dus parasitaire) die worden waargenomen in het inwendige van het gebied of van het onderzochte orgaan en die het uiteindelijke resultaat van het tomografisch onderzoek vervalsen. Dit verschaft een eenvoudig middel om genoemde storende tijdelijke coïnciden-30 ties te elimineren.

Voor het met betrekking tot de figuren 1 tot 3 beschreven uitvoeringsvoorbeeld zou genoemde voordelige eigenschap ertoe leiden tijdelijke coïncidentiemogelijkheden te voorzien tussen de detektieinrichtingen (1 en 2, 6), (2 en 3, 1), ( 3 en 4, 2), enz van de zeshoekige struktuur.

Het hierboven beschreven apparaat en de uit-voeringsvarianten van een dergelijk apparaat die hierboven 8003473 35 PHF 79/532 8 beschreven zijn maken, in een richting loodrecht op de as, het onderzoek mogelijk van een relatief dunne plak van een gebied van een lichaam of van een orgaan. Wanneer meerdere identieke veelhoekige strukturen naast elkaar \i/orden aangebrachte of wqnneer bidimensionele detektieinrichtingen met continu lokalisatie worden voorzien, wordt een apparaat verkregen dat de reconstruktie toelaat der beelden van meerdere evenwijdige plakken in plaats van een enkel beeld van het cnderzochte gebied. Wanneer het een apparaat betreft met meerdere identieke veelhoekige strukturen, is het mogelijk tussen genoemde strukturen schermen aan te brengen voor het garanderen van een goede scheiding der gebieds-plakken die onderzocht worden door middel van iedere van genoemde strukturen, en is het mogelijk tijdelijke coïnciden- 15 tieschakelingen op dezelfde wijze als voorheen in het inwendige van een-zelfde polygonale struktuur te vo“orzien tussen .detektieinrichtingen die toebehoren aan tegenover elkaar gelegen zijden of praktisch tegenover elkaar gelegen zijden van twee naast elkaar gelegen strukturen, of zelfs behorende tot naast elkaar gelegen strukturen, d-it naargelang er eenvoudig rekening moet worden gehouden met alle in het onderzochte gebied waargenomen tijdelijke coïncidenties, of daarenboven parasitaire willekeurige coïncidenties te elimineren zoals hierboven werd beschreven.

25

Wanneer het een apparaat betreft met bidimensionele detektieinrichten kan worden voorzien dat het oplossend geometrisch vermogen in een bepaalde richting verschilt van het geometisch oplossend vermogen in de andere richting waarbij het eerste bijvoorbeeld beter gedefinieerd is in de richting loodrecht op de as als in de axiale richting.

35 8003473

Claims (8)

1. Positron emissie transaxiale tomograaf met een uit een polygoon van detektormatrices samengestelde detektor- inrichting die een te onderzoeken object omsluit en met een, coïncidentie- integratie- en discriminatie schakelingen 5 bevattende, elektrische signaalverwerkingsinrichting voor het vormen van doorsnedebeelden van het object met het kenmerk, dat aan elk van de detektormatrices van de detek-torinrichting een voor de detektoren van de matrix gemeen-schappelijk fotoneninvangelement is toegevoegd.

2. Tomograaf volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat elk van de detektormatrices is uitgevoerd als een gammacamera met een aan de te detekteren straling aangepast fotoneninvangelement en signaalverwerkingsinrichting.

3. Tomograaf volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat elk van de detektiematrices is uitgevoerd als cross-bar gammacamera.

4. Tomograaf volgens conclusie 1, 2 of 3 met het kenmerk, dat elke coïncidentieschakeling uitgang met een momentaan uitlezende ingangsschakeling voor een rekeneenheid 20 is verbonden.

5. Tomograaf volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat zich tussen elk van de detektormatrices en een of twee daar meest tegenover gelegen matrices een coïncidentieschakeling bevindt.

6. Tomograaf volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat elk van de detektormatrices een in een detektievlak gelegen lineaire rij detektoren bevat.

7. Tomograaf volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat elk van de detektormatrices meerdere, 30 een inrichting dwars op een detektievlak ten opzichte van elkaar gerangschikte lineaire rijen detektoren bevat.

8. Tomograaf volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat deze meerdere ondeling afgeschermde polygonen van detektormatrices bevat. 80034 73 35