DE1956377A1

DE1956377A1 - Tomographische Strahlenkamera

Info

Publication number: DE1956377A1
Application number: DE19691956377
Authority: DE
Inventors: Walker William George
Original assignee: Nuclear Chicago Corp
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-11-08
Filing date: 1969-11-08
Publication date: 1970-06-11
Also published as: US3612865A; DE1956377C3; NL150236B; DE1956377B2; GB1286080A; JPS50948B1; NL6916768A; FR2022878A1

Description

1955377

PATENTANWALT
DPL.-1M3.

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Sdineckenhoisii·. 27 - Tel. 61 70/9

5. November 1969 Gzx/hk

NUCLEAR-CHICAGO CORP., Des Piaines, Illinois 60018, U. S. A.

Tomographische Strahlenkamera

Die Erfindung betrifft eine Strahlenkamera zur Abbildung der Volumenverteilung von Radionukliden in einem Untersuchungsobjekt.

Verschiedene Arten stationärer in vivo Strahlenabbildungsvorrichtungen sind in Laboratorien und Hospitälern der ganzen Welt in Benutzung. Unter diesen Vorrichtungen befindet sich die wohlbekannte Szintillationskamera entsprechend der US-Patentschrift Nr. 3 011 057 Anger, Bildverstärkertyp-Vorrichtüngen, Funkenkammern, usw.. Diese stationären Abbildungsvorrichtungen werden in Gegensatz zu verschiedenen Scannern auch für die Abbildung der Verteilung von Radioaktivität in vivo benutzt. Stationäre Vorrichtungen oder Kameras haben die Eigenschaft zu jeder Zeit das gesamte Untersuchungßobjekt zu betrachten, während Scanner (Abtastvorrichtungen) nur einen Teil des Objektes zu einer bestimmten Zeit betrachten, und ein Bild des gesamten Objektes durch Abtastung in Form eines Rasters bilden.

Strahlenkameras sprechen auf Strahlung, die von allen Teilen des Untersuchungsobjektes herkommen, an. Wenn das Objekt ein bestimmtes Organ in dem Körper ist, in dem Radionuklide gelagert sind, wird eine Volumenverteilung dtr Radionuklide durch die

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Kamera als eine Projektion auf eine einzige Ebene abgebildet. In anderen Worten, die Volumenverteilung der Radionikiide wird nicht in drei Dimensionen abgebildet, obgleich dies oft dadurch kompensiert wird, daß man mehrere Aufnahmen desselben Organs aus verschiedenen Winkeln macht.

Anger
In dem Report UCRL-16899/der University of California Lawrence Radiation Laboratory vom 31. Mai 1966 wird ein tomographischer Gamma-Strahlen-Scanner mit gleichzeitiger Ausgabe mehrerer Ebenen beschrieben. Im Grunde genommen wird bei diesem tomographischen Scanner eine Abbildungsvorrichtung mit zwei dimensionaler, stationäer Abbildungsfähigkeit benutzt, indem man einen fokusierten Kollimator daran anbringt, die Abbildungsvorrichtung und den Kollimator über das Untersuchungsobjekt führt und optisch die auf der Kathodenstrahlröhre ausgegebene Information am Ausgang der Abbildungsvorrichtung korrigiert, um eine Mehrzahl von Bildern zu erzeugen, welche "scharf" die Aktivität in verschiedenen Ebenen verschiedener Tiefe innerhalb des Objektes herausgreifen. Die Vorrichtung erreicht die Tomographie mit dem Aufwand, der für die Bewegung des Detektorkopfes in einer zeitverschwendenden Abtastbewegung über das Untersuchungsobjekt erforderlich ist.

Andere Arten tomogiqphischer Abtastanordnungen wurden verschiedentlich beschrieben. Alle benutzen jedoch eine Bewegung des Nachweisteiles des Abbildungssystems in Bezug auf das Untersuchungsobjekt oder umgekehrt Alle Scanner-Anlagen weisen wohlbekannte Unzulänglichkeiten auf. Ein besonderer Nachteil ist die Unfähigkeit dynamischer Aktivität innerhalb des untersuchten Objektes abzubilden. Das Bedürnis nach einer stationären Abbildungsvorrichtung mit tomographischen Abbildungs- eigenschaften ist offensichtlich.

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Ein Haptgegenstand der Erinfung ist daher die Schaffung einer verbesserten Strahlenabbildungsvorrichtung.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Strahlenkamera zur Abbildung der Volumenverteilung von Radionukliden in einem Untersuchungsobjekt» Ein speziellerer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer Strahlenkamera mit tomographischen Abbildungsfähigkeiten, während der Betrieb der Strahlendetektor und das Untersuchungsobjekt stationär bleiben.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung enthält einen Strahlendetektor entsprechend der in dem Report UCRL-16899 Mgßv beschriebenen Szintillationskamera, der so angepaßt ist, daß er stationär über seinem Untersuchungsobjekt gehalten wird, und eine Einrichtung, die zwischen den Strahlendetektor und das Objekt gebracht wird, um eine vorbestimmte nachgebildete Bewegung der Abbildungen in dem Detektor zu erzeugen, die von den Strahlenquanten gebildet sind, die von den Radionukliden in jedem Elementarvolumen des Untersuchungsobjektes entstehen. In einer bevorzugten Form ist die Einrichtung, die zwischen den Detektor und das Objekt gebracht wird, ein drehbarer Vielkanalkollimator mit parallelen Achsen der einzelnen Kollimatorkanäle in einem vorgewählten, nicht senkrechten Winkel zu dem Kristall in dem Detektor. Ein solcher Kollimator erzeugt, wenn er sich dreht, eine im allgemeinen kreisförmige Bewegung von Abbildern auf dem Strahlendetektor, wobei der Radius der Bewegung von der Tiefe eines bestimmten Elementarvolumens von Radionukliden innerhalb des Objektes abhängt. Die kreisförmige Bewegung der Abbilder in den Detektor kann wahlweise in ausgegebene scharfe Abbilder der Verteilung von Radionukliden über eine Ebene in einer bestimmten ausgewählten Tiefe des Objektes übertragen werden. In anderen Worten, durch das Ausführen vorge-

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wählter Einwirkung auf die Lagekoordinaten-Signale an dem Ausgang des Strahlendetektors lain ein angezeigtes Abbild erzeugt werden, welches für die Radionuklide auf einer Ebene in einer bestimmten Tiefe als "scharf" herausgegriffen wird. während die Abbilder von anderen Nukliden in anderen Ebenen relativ "unscharf" oder "verschwommen" sind.

Diese Erfindung ist nicht auf Strahlendetektoren des erwähnten SzintüLationskameratyps beschränkt, sondern kann bei jedem beliebigen Strahlendetektor verwendet werden,/Lagekoordinaten-Ausgangs signale liefern kann.

Indem man diese tomographische Fähigkeit in im wesentlichen stationären Geräten vorsieht, bei denen sich nur der Kollimator dreht, wird ein Abbildungssystem geschaffen, welches im wesentlichen einer Strahlenkamera entspricht, darüberhinaus aber die Möglichkeit der Erzeugung tiefen-abhängiger Anzeiger der Radioaktivitatsverteilung in dem gesamten Volumen des Objektes besitzt. Das gesamte Objekt verbleibt im wesentlichen über die gesamte Zeit im Beobachtungsfeld des Strahlendetektors, so daß schnelle Untersuchungen stationärer oder dynamischer radioaktiver Verteilungen über den gesamten Untersuchungsgegenstand ausgeführt werden können. Die zusätzliche Möglichkeit tomographischer Abbildung/ein definitiver Vorteil und vermeidet auf einfache Weise die Notwendigkeit mehrerer Aufnahmen des Objektes zu machen, was sonst erforderlich sein könnte, um die von dem Strahlendetektor erzeugten Abbildungsdaten auszuwerten.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung.

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Es zeigen:

Fig. 1 eine im wesentlichen schematische Darstellung eines Teiles einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht eines Teils des in Fig. 1 gezeigten Gerätes,

Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 4 bis 6 bildliche Darstellungen verschiedener tomographischer Ausgangsybbilder, die zur Erläuterung der Funktionsweise der Erfindung dienen.

Entsprechend den Figuren 1 und 2 ist eine Kollimator 10 zwischen einen strahlenempfindlichen Umsetzer 21 und ein Untersuchungsobjekt 30 gebracht. Der Kollimator 10 enthält im wesentlichen eine zylindrische Platte aus für Strahlung undurchlässigem Material, welche eine Mehrzahl von kollimierenden Kanälen 11 bildet. Die Kollimierungskanäle 11 haben eine gemeinsame Axialausrichtung in einem Winkel 0 Dezogen auf eine Normale zur Oberfläche des Umsetzers 21. Die Gestalt der einezel- nen Kollimatorkanäle 11 ist in Fig. 1 zylindrisch dargestellt, sie können jedoch auch konisch sein oder andere Formen haben. Wesentlich ist, daß ihre axiale Ausrichtung gleich und nicht senkrecht zur Oberfläche des Umsetzers 21 ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die den Szintillationskamerakopf entsprechend dem Riport UCRL-16899 benutzt, ist der Umsetzer 21 ein dünner zylindrischer Kristall aus Thallium-aktivierten Natriumiodid. Die anderen Elemente in einem Szintillationskamerakopf, wie Fenster, Lichtleiter,

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Fotoffiultiplier, usw. sind nicht gezeigt, da sie in der US-Patentschrift Nr. 3 011 057/beBchrieben und aus anderen Veröffentlichungen bekannt sind.

Darüberhinaus sind die Mittel zur Halterung des Kollimators 10 zwischen dem Umsetzer 21 und dem Körper 30 nicht gezeigt, da es für den Fachmann bekannt ist, wie ein solcher Kollimator in drehbarer Weise unter dem Hauptdetektorkopf angeordnet werden kann.

Zum Zwekce der einfacheren Veranschaulichung ist der Kollimator 10 in einer bestimmten Orientierung gezeigt, die als Bezugsorientierung in einem Polarkoordinatensystem mit einer O-Grad-Bezeichnung versehen ist. Darüberhinaus ist ein rechtwinkliges Koordinatensystem mit seinem Ursprung in der Mittelachse des Umsetzers 21 und des Kollimators 10 gezeigt. Das Koordinatensystem unterscheidet sich von üblichen Systemen dadurch, daß die positive Z-Achsenrichtung nach unten weicht. Mit dem Kollimator 10 in seiner Bezugsorientierung (Q = 0°), ist das Gesichtsfeld des Umsetzers durch die Linien 34 und 34· begrenzt, und wenn der Kollimator sich um eine halbe Drehung bewegt, so daß 0 gleich 180° ist, so ist das Gesichtsfeld des Umsetzers 21 das mit den Linien 35 und 35' begrenzte. Es ist klar, daß die jeweiligen Gesichtsfelder innerhalb der parallelen gestrichenen Linien zylindrisch sind. Dies ist deswegen der Fall, weil der Querschnitt parallel zu der Ebene des Umsetzers 21 kreisförmig ist. Der Körper 30 ist innerhalb der Linien 34 und 35 gezeigt, da das konische Feld zwischen diesen Linien dauernd im Gesichtsfeld des Umsetzers 21 liegt. Die Gebiete außerhalb des konischen Feldes sind weniger nützlich, da diese Gebiete nicht dauernd beobachtet werden und beim endgültigen Bildausgang Fehler erzeugen würden. Zum Zwecke der besseren Darstellung sind dreiSlröhlenquellen S 1, S 2, S3 innerhalb des Körpers 30 dargestellt. Die Quelle S 1 liegt in einer

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Ebene D 1, welche eine' gemeinsame Koordinate Z 1 in dem rechtwinkligen Koordinatensystem hat. Die Volumenlagekoordinaten der Quelle S 1 sind X 1, Y 1 und Z 1. Auf ähnliche Weise liegt die Quelle S 2 in der Ebene D 2 und hat die Koordinaten X2, Y 2, Z 2. Die Quelle S 3 liegt auf der Ebene D 3 und hat die Koordinaten X 3, Y 3 und Z 3.

Der Abstand zwischen der Bodenfläche des Kollimators 10 und der Bodenfläche des Umsetzers 21 ist als feste Konstante c bezeichnet. Der Abstand zwischen der Unterseite des Kollimators 10 und der Ebene D 1 ist mit d1 und die entsprechenden Abstände zwischen der Unterseite des Kollimators 10 und den Ebenen D 2 und D 3 mit d 2 und d 3 bezeichnet.

Wenn der Kollimator 10 sich in einer 0=0- Gradlage befindet, gelangt die Strahlung, wie gezeigt, von der Quelle S 1 auf der Linie 31 durch einen bestimmten Kanal in dem Kollimator 10 und trifft den Umsetzer 21 in einem Punkt, der in Figur 2 mit den Koordinaten χ 1 und y 1 bezeichnet ist. Strahlung von der Quelle S 2 gelangt entlang der Linie 32 durch diesen gleichen Kollimierungskanal und trifft denselben Punkt des Umsetzers 21. Die Strahlung von der Quelle S 3 gelangt jedoch auf der Linie 33 über einen anderen Kollimierungskanal und trifft den Umsetzer 21 in einem Punkt, der in Fig. 2 mit den Koordinaten χ 3 und y 3 bezeichnet ist.

Wenn der Kollimator 10 um eine volle Umdrehung,- d. h. um 360° gediöit wird, ist der Weg der Abbilder, die von der Strahlung von der Quelle S 1 gebildet werden, ein Kreis P 1 auf dem Umsetzer 21. Ähnlich ist der Weg der Abbilder der Quelle S 2

ein Kreis P 2 und der Weg der Abbilder der Quelle S 3 ein Kreis P 3. Der Weg P 1 ist ein Kreis, dessen Mittelpunkt die Koordinaten X 1 und Y 1 hat. Der Weg P 2 ist ein Kreis, dessen Mittelpunkt die Koordinaten X2und Y 2 hat. Der Weg P 3 ist ein

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Kreis konzentrisch zu dem Weg P 1, mit den gleichen Mittelpunkt sko ο rdina ten. Man sieht, daß der Radius der kreisförmigen Abbildungsmuster auf den Umsetzer 21 von dem Abstand zwischen

abhängig der das Muster erzeugenden Quelle und dem Umsetzer/ist.

Durch Ausführung einer geeigneten geometrischen Analyse kann gezeigt werden, daß der Radius R 1 des kreisförmigen Weges P = der Größe der Koordinate Z 1 multipliziert mit der Größe des Tangens des Winkels 0 ist, oder als Gleichung:

R 1 = (Z 1) tan 0 (E-1)

Ähnliche Geichungen ergeben sich für die Radien R 2 und R 3 der kreisförmigen Wege P 2 und P 3:

R 2 = (Z 2) tan 0 (E-2)

R 3 = (Z 3) tan 0 (E-3)

Allgemein kann der Radius eines kreisförmigen Bildweges einer bestimmten StrahlenpunktquelIe auf einer Ebene mit der Koordinate Z folgendermaßen angegeben werden:

R_n (Z_n) tan 0 (E-4)

Hieraus wird klar, daß für eine Ebene mit einer bestimmten Z-Koordinate das Abbild jedes Punktes dieser Ebene einen Kreis ergibt, wenn der Kollimator 10 sich um eine volle Umdrehung von 0 nach 360 dreht. Natürlich erzeugen weitere Drehungen des Kollimators 10 einen wiederholten kreisförmigen Weg der Bilder.

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_ 9 —

Durch Prüfung der geometrischen Verhältnisse bei der Drehung des Kollimators 10 können allgemeine Gleichungen für die Wege P 1, P 2 und P 3 und jeden beliebigen Abbildungsweg für jede beliebige Ebene in den Körper 30 aufgestellt werden. Die Gleichungen für den Weg P 1 lauten folgendermaßen:

χ 1 = X 1 - (R 1) cos 0 (_E_₅) y 1 = Y 1 - (R 1) sin 0.

Ähnlich lauten die Gleichungen für den Weg P 2:

χ 2=X 2 - (R 2) cos θ (Ε-β) y 2 = Y 2 - (R 2) sin 9 ,

und die Gleichungen für den Weg P 3:

χ 3 = X 3 - (R 2) cos 9 _(E_₇₎ y 3 = Y 3 - (R 2) sin Θ.

Aus diesen Gleichungen geht hervor, daß allgemeine Gleichungen für einen Abbildungsweg, der von Strahlenquellen auf einer Ebene der Tiefe Z gebildet wird, wie folgt lauten:

X_n = X_n - (R_n) cos 0 (Ξ-8)

y_n = ^Yn - (^Rn> ^{sin θ}

Da der Wert von R_n eine konstante für eine Ebene mit einem bestimmten gemeinsamen Z -Wert ist, können die Gleichungen (E-8) als Funktion von Z wie folgt geschrieben werden:

tan 0

^xn = ^Xn - ^ ^{cos Ö} (E-9)

Y_n = Y_n - (Z_n) tan 0 sin 0.

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- ίο -

Diese Analyse "basiert auf einem idealisierten mathematischen Modell eines physikalischen Systems, das bei jeder beliebign tatsächlichen Benutzung des gezeigten Gerätes vorliegt. Zum Eeispeil würde eine Strahlenpunktquelle, auch wenn sie physikalisch realisierbar wäre, auf dem Umsetzer 21 tatsächlich keinen kreisförmigen Bildungsweg, sondern einen dünnen Ring bilden, wenn sich der Kollimator dreht. Darüberhinaus ist bei einer typischen Anwendung des Gerätes die Strahlung über das Gesamtvolumen des untersuchten Körpers 30 verteilt, so daß keine diskreten Abbildungswege erkennbar wären. Aus der obigen Di s-

ersehen, daß es

kussion kann man jedoch/bei Kenntnis der Punktquellen Ansprechfunktion der Kombination aus drehendem Kollimator 10 und Umsetzer 21 möglich ist, zu unterscheiden, daß die Abbilder auf dem Umsetzer 21, die von Elementarvoluminar von Radionukliden gebildet werden, die über bestimmte Z-Ebenen in dem Körper verteilt sind, verschiedene Bewegungsmuster beinhalten, die mit dem Wert der Z-Koordinate der Ebene in Beziehung stehen. Hieraus kann gezeigt werden, daß es möglich ist, auf die von dem Strahlendetektor, welcher den Umsetzer 21 enthält, erzeugten Signale einzuwirken, um angezeigte Abbildungen des Körpers 30 zu erzeugen, die im wesentlichen auf verschiedene Ebenen ausgewählter Tiefen fokussiert sind. Betrachtet man die allgemeinen Gleichungen(E-8) für die Abbildungswege von Quellen in der Ebene D , so sieht man wie der Ausgang des Strahlendetektors beeinflußt werden kann, um ein scharfes Strahlenabbild dieser Ebene zu erzeugen. Der Strahlendetektor, der den Umsetzer 21 enthält, muß natürlich von der Art sein, die Ausgangssignale erzeugt, welche die Lagekoordinaten des Punkes wiedergeben, an welchem jedes einzelne einfallende Strahlenquant den Umsetzer 21 trifft.

Sieht man wieder die Quelle S 1 auf der Ebene D 1 an, so werden hier die Lagekoordinaten (x 1, y 1) einer Szintillation, die auf einem als Umsetzer 21 dienenden Natrium-jodidkristall er-

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zeugt wird, in elektrische Signale umgeformt, die die Koordinaten χ 1 und y 1 darstellen. Eine Auflösung der Gleichungen (E-5) für den Weg P 1 nach den Kanstanten Xl und Y 1 führt zu den folgenden Gleichungen:

X 1 = χ 1 + (R 1)' cos Q (E-10) Y 1 = y 1 + (R 1) sin 0.

Aus diesen Gleichungen geht hervor, daß elektrische Signale, die die Werte von χ 1 und y 1 darstellen, durch Hinzufügen geeigneter Signale verändert werden können, die (R 1) cos θ und (R 1) sin θ darstellen, um elektrische Signale der Größe X 1 und Y 1 zu erhalten. Allgemein kann man sehen, daß der Wert R 1 der gleiche für alle X- und Y-Koordinaten auf der Ebene D 1 ist. Natürlich hängen die Werte cos θ und sin 0 nicht von den Koordinaten X und Y, sondern von der Polarkoordinarenorientierung des Kollimators 10 ab. Deswwegen sind die Werte der Korrektursignale für alle Punkte auf der Ebene D 1 diegleichen; das bedeutet, daß sie unabhängig von dem besonderen Wert der Koordinaten X und Y sind.

Betrachtet man wieder die Quelle S 1 und den Weg P 1 in den Fig. 1 und 2, so-wird klar, daß durch Korrektur der Ausgangssignale, die die Koordinaten χ 1 und y 1 in der oben vorge-

.darstellen,
schlagenen Weise/der angezeigte Ausgang des Strahlendetektors von einem kreisförmigen Weg P 1 auf einen einzigen Punkt mit den Koordinaten X 1 und Y 1 verändert würde. Dies ist in Fig. gezeigt und wird aus einer Diskussion der Schaltung entsprechend Fig. 3 zur Ausführung der Ausgangssignalkorrekturen noch klarer. Wie in Figur 4 gezeigt ist, ist der Bildausgang, der von der Quelle S 2 beigesteuert wird, nach dem für die Quelle

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S 1 korrigiert, ein Kreis ebenso wie für den abschließenden Bildausgang für die Quelle S 3. Das Ausgangsabbild, das von der Quelle S 2 beigetragen wird, ist jedoch ein Kreis, welcher einen Radius hat, der gleich der Differenz zwischen den Werten von R 2 und R 1 ist. Ähnlich ist der Radius der Ausgangsabbildes, welches von der Quelle S 3 beigesteuert wird, ein Kreis mit einem Radius, der gleich der Differenz zwischen den Werten R 3 und R ist. Wenn man das Bild der Figur A extrapoliert für einen Fall, bei dem der Körper 30 eine Volumenverteilung von Radionukliden enthält, so wird klar, daß nur die Radioaktivität in der Ebene D 1 "scharf" ist, während die Radioaktivität in den Ebenen D 2 und D 3 und alle anderen aus Z-Ebenen des Körpers 30 "verschommen" sind. Der Betrag des Verwischens hängt von dem Abstand der "unscharfen" Ebene von der "scharfen" Ebene ab.

Figur 5 zeigt das Bild, welches man erhält, wenn die Ausgangssignale von dem Strahlendtektor so korrigiert sind, daß eine "scharfe" Abbildung der Radionuklide in der Ebene D 2 erfolgt. Somit wird in Figur 5 der Ausgang, der von der Quelle S 2 beigesteuert wird, ein Punkt mit den Koordinaten X 2 und Y 2, während die abschließenden Bilder, die von den Quellen S 1 und S 3 beigetragen werden, Kreise mit Radien sind, die gleich der Differenz zwischen R 2 und R 1 bzw. R 2 und R 3 sind. Extrapoliert · man wieder auf einen Fall, wo eine vollständige Volumenverteilung von Radioaktivität in dem Körper 30 vorliegt, so ist nur die Radioaktivität in der Ebene D 2 "scharf" und die Radioakti_T vität in allen anderen Ebenen relativ "unscharf".

Eine ähnliche Beschreibung kann für Figur 6 gegeben werden, welche die Ausgangsabbilder von den Quellen S 1, S 2 und S 3 zeigt, wenn die Ausgänge von dem Strahlendetektor nach Maßgabe der richtigen Korrektursignale für die Ebene D 3 korrigiert sind. Wieder ist nunmehr die Quelle S 3 "scharf" während die Quellen

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S 1 und S 2"unscharf" sind. Aus den verschiedenen' Wiedergaben der Figuren 4, 5 und 6 kann man entnehmen, daß mehrfache tomographische Ausgangsabbildungen durch Auswahl verschiedener Korrektursignalwerte erzeugt werden können, indem man entweder die resultierenden Abbilder nacheinander auf der gleichen Ausgabevorrichtung oder gleichzeitig auf getrennten Ausgabevorrichtungen wiedergibt. In Figur 3 ist ein Blockdiagramm einer typischen Schaltung zur Erzeugung der tomographischen Abbilder gezeigt. Ein drehbarer Kollimator 10 befindet sich zwischen einem Detektorkopf 20 und wird von einem Kollimatorantrieb 30 betrieben. Der Detektorkopf 20 ist mit einer Detektorelektronikschaltung 40 verbunden, welche Lagekoordinatensignale x, y erzeugt und außerdem ein Triggersignal T bilden kann. Der Detektorkopf 20 und die Detektorelektronikschaltung 40 können wie üblich ausgebildet sein. Die Verbindung zwischen Kollimatorantrieb

, ist
30 und Kollimator 1O/mechanisch, während die Verbindung zwischen Detektorkopf 20 und Detektorelektronikschaltung 40 elektrisch ist.

Der Kollimator 10 ist ferner mit einem Paar von Funktionen-Generatoren 50 und 51 verbunden, welche die Lage 0 des Kollimators in geeignete cos 0- und ain O-Signale umwandeln. Die Funktionen-Generatoren 50 und 51 sind mit Dämpfungsgliedern 60 und 61 verbunden, welche wiederum in ihrem Dämpfungswert R durch die variable Dämpfungssteuerung 90 gesteuert werden. Der Ausgang des Dämpfungsgliedes 60 wird damit (R ) cos 0 und der Ausgang des Dämpfungsgliedes 61 (R_n) sin 0.

Der x-Ausgang der Detektorelektronikschaltung 40 und der (R ) cos Θ-Ausgang des Dämpfungsgliedes 60 werden einer Summenschaltung 70 zugeführt. Auf ähnliche Weise wird der x-Ausgang der Detektorelektronikschaltung 40 und der (R ) sin O-Ausgang des Dämpfungsgliedes 61 einer Summenschaltung 71 zugeführt. Der Ausgang der Summenschaltung 70 ist ein korrigiertes Lagekoordi-

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natensignal X und der Ausgang der Summenschaltung 71 ein korrigiertes Lagekoordinatensignal Y. Der X-Ausgang des Summenschaltung 70 wird der horizontalen Eingangsklemme H eines Oscilloscopen 80 zugeführt. Der Y-Ausgang der Summenschaltung 71 wird einer vertikalen Eingangsklemme V des Oscilloscopen 80 zugeführt. Der Triggerausgang T der Detektorelektronikschaltung 40 wird dem Triggereingang T des Oscilloscopen 80 zugeführt.

Im Folgenden wird die Arbeitsweise der Schaltung entsprechend Figur 3 beschrieben. Der. Kollimatorantrieb 30 dreht den Kollimator 10 in vorbestimmter Richtung und mit im wesentlichen konstanter Winkelgeschwindigkeit. Die Funktionen-Generatoren 50 und 51 folgen der Drehung des Kollimators 10 und erzeugen variable sin- und cos-Signale entsprechend dem Wert 0 der Kollimatordrehung. Die variable Dämpfungssteuerung 90 ist auf einen bestimmten Wert R eingestellt, welche wiederum die Ebene unter dem Kollimator 10 auswählt, die "scharf" auf den Bildschirm 81 des Oscilloscopen 80 ausgegeben v.ird. Die Dämpfungsglieder 60 und 61 erzeugen an ihren jeweiligen Ausgängen die abschließenden Korrektursignale (R) cos θ und (R_n) sin 0. Der Detektorkopf 20 liefert zusammen mit der Detektorelekironikschaltung 40 Lagekoordinatensignale χ und y für jede Szintillation, die durch ein auf den Umwandler in dem Detektorkopf 20 auftreffendes Strahlenquant erzeugt wird. Ein Triggersignal wird am Ausgang T der Detektorelektronikschaltung 40 erzeugt, wenn die Szintillation einfallende Strahlung in der gewünschten Energie darstellt, und triggert den Oscilloscopen 80, um einen an richtiger Stelle auf der Frontplatte 81 in Übereinstimmung mit den Werten der Signale X, Y erscheinenden Punkt zu erzeugen. Die Signale X und Y geben die Summe der einzelnen Koordinatensignale χ und y von der Detektorelektronikschaltung 40 und der zugeordneten Korrektursignale von den Dämpfungsgliedern 60 und 61 wieder.

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Das gesamte Ausgangsabbild auf der Frontplatte 81 des Oscilloscopen 80 ist nur für die Radionuklide einer Ebene "scharf", welche durch die Einstellung des Wertes der variablen Dmpfungssteuerung 90 eingestellt wird. Nur wenn die variable Dämpfungssteuerung 9© beispielsweise auf einen Wert R_n eingestellt ist, der gleich R 1 ist, werden die Radionuklide in der Ebene D 1 "scharf" auf dem Bildschrim 81 dargestellt. Die jfcbilder, die von anderen Radionukliden in anderen Ebenen gebildet werden, werden relativ "unscharf*" sein, da Szintillatioiien, die sie in dem Detektorkopf 20 erzeugen, nicht zu richtig korrigierten Koordinatensilgnalen X und Y führen.

Aus der Figur 3 uaad der oben gegebenen Beschreibung wird klar, daß eine Mehrzahl von tomographischen Ausgangsabbildern dadurch erreicht werden kann, daß man zusätzliche Einheiten van Ausgangsschaltungen für getrenntes Einwirken auf die x-, y-, cos 0-, und sin Q - Ausgangssignale hinzufügt. Mit anderen Worten, können auf verschiedene Tiefen fokussierte Abbilder gleichzeitig durch unterschiedliches Einstellen der Werte von Rn auf verschiedenen Anordnungen der Ausgangsschaltung erzeugt werden. Natürlich ist es immer möglich, aufeinanderfolgende Abbilder durch zeltliche Veränderung des Wertes von Rn zu bilden, indem man nur eine Anordnung der Ausgabeschaltung verwendet .

Es ist ferner möglich, daß die x-, y-, cos Θ- und sin Θ-Signale während der Gesamtmeßzeit eines Objektes mit der Vorrichtung aufgenommen und später in einzelne oder mehrere tomographische Abbilder verarbeitet werden. Die Aufnahme der Signale stellt sicher, daß die gewünschten tomographischen Abbilder immer abgerufen werden können,und erlattoteine aufeinanderfolgende Prüfung von Aktivität in allen Ebenen innerhalb des Objektes durch Wiedergabe der aufgenommenen Daten über die geeignete Ausgabeschal tung

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Andere Arten von sich bewegenden Kollimatorsystemen können ebenfalls Verwendung finden. Ferner sind über das beschriebene Ausführungsbeispiel hinaus zahlreiche Abänderungen möglich, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.

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Claims

Patentansprüche

( 1.JStrahlenkamera zur Abbildung der Volumenverteilung von —Radionukliden in einem Untersuchungsobjekt mit einem Strahlendetektor, gekennzeichnet durch einen strahlenempfindlichen Umwandler, der einen Ausgang erzeugt, welcher ebene Lagekoordinaten jedes Strahlenquants darstellt, das auf den Umwandler auftrifft, wobei der Detektor stationär in Bezug auf das Objekt gehalten wird, .durch
/eine zwischen dem strahlenempfindlichen Umwandler und dem Objekt angeordnete Einrichtung, welche eine vorbe-

erzeugt stimmte, nachgebildete Bewegung jedes Abbildes,/welcnes in dem Umwandler durch Strahlenquanten gebildet wird, die von Strahlennukliden in jedem Elementarvolumen des Objektes ausgehen, wobei sich die vorbestimmte, nachgebildete Bewegung entsprechend den Volumenlagekoordinaten jedes Elementarvolumens derart unterscheidet, daß der Ausgang von dem Strahlendetektor in eine Information umgewandelt werden kann, die die Verteilung von Radionukliden über eine Ebene in dem Objekt in einem vorbestimmten Abstand von dem Umwandler betrifft.

2. Strahlenkamera nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Aufnahme des Ausganges des Strahlendetektors, um den Ausgang entsprechend der vorbestimmten, nachgebildeten Bewegung in eine Abbilddarstellung der Verteilung von Radionukliden über eine Ebene in dem Objekt in einem vorgewählten Abstand von dem Umwandler zu übertragen.

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Strahlenkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der strahlenempfindliche Umwandler ein im wesentlichen ebenes Nachweisgebiet aufweist und die zwischen strahlenempfindlichem Umwandler und Objekt angeordnete Einrichtung eine Strahlenabschirmung aufweist, die eine im wesentlichen gleichförmige Strahlenaufnahmerichtung für jeden/einerVielzahl von Elementarbereichen des Umwandlers festlegt und einen Antrieb, der wirksam mit der Strahlenabschirmung verbunden ist, um wiederholend die Strahlenaufnahmerichtung zu ändern.

Strahlenkamera nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenabschirmung einen Kollimator aus im wesentlichen strahlenundurchlässigem Material aufweist, welches ein Feld von zueinander im Abstand angeordneten Öffnungen verbindet, wobei die Öffnungen eine gemeinsame, nicht normale Axialorientierung in Bezug auf den strahlenempfindlichen Umwandler besitzen, daß der KoIltide.''--or drehbar an dem Nachweisgebiet des strahlenempfindlichen Detektors angeordnet ist, wobei der Antrieb Mittel enthält, die den Kollimator drehen, wodurch die vorbestimmte, nachgebildete Bewegung jedes Abbildes im wesentlichen ein Kreis ist, und wobei der Mittelpunkt jeder kreisförmigen Bewegung entsprechend den ebenen Lagekoordinaten des zugeordneten Elementarvolumens entspricht und der Radius der kreisförmigen Bewegung eine vorbestimmte Funktion des Abstandes zwischen zugeordnetem Elementarvolumen und dem Umwandler und der Axialorientierung der Öffnungen ist.

Strahlenkamera nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Umwandlungsmittel, die den Ausgang des Strahlendetektors aufnehmen, um kontinuierlich die Lage des Kollimators abzufühlen und · den Ausgang entsprechend einem vorgewählten Wert der vorbestimmten Funktion und der abgefühlten Lage des Kollimators in eine fokussierte Abbilddarstellung der Verteilung von

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Radionukliden über eine zugeordnete Ebene in dem Objekt umzuwandeln.

Strahlenkamera nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang von dem Strahlendetektor ein erstes Paar von Signalen aufweist, die in Vorzeichen und Größe die x- und y- Koordinaten des Auftreffens jedes Strahlenquants auf den Umwandler in Bezug auf ein rechtwinkliges Koordinatensystem in einer Ebene parallel zu dem Umwandler darstellen und wobei die Umwandlungseinrichtung einen Funktionen-Generator aufweist, der zugeordnet dem Kollimator ein zweites Paar von Signalen erzeugt, die in Vorzeichen und Größe die cos- und sin-Funktion der Winkellage θ des Kollimators in Bezug auf ein Polarkoordinatensystem darstellen, das seinen Pol auf der Drehachse des Kollimators und seines Anfangslinie (0 = 0) in der +x-Richtung von dem Pol aus hat, ferner eine Dämpfungseinrichtung für gleichförmige Dämpfung jedes zweiten Paares von Signalen entsprechend einem vorgewählten Dämpfungswert, der den vorgewählten Wert der vorbestimmten Funktion darstellt und Rechenmittel zur arithmetischen Kombinierung des ersten Paares von Signalen und des gedämpften zweiten Paares von Signalen zur Erzeugung eines dritten Paares von Signalen, die in Vorzeichen und Größe korrigierte X- und Y-Korrdinaten des Auftreffens jedes Strahlenquants in Bezug auf das rechtwinklige lige Koordinatensystem darstellen, so daß die Strahlung, die von Radionukliden in einem Elementarvolumen aus der zugeordneten Ebene ausgehen, das dritte Paar von Signalen erzeugen, die im wesentlichen die x- und y-Koordinaten des Elementarvolumens unabhängig von der Orientierung des Kollimators darstellen, während jedes nachgewiesene Strahlenquant, welches von Radionukliden in einem nicht auf der zugeordneten Ebene liegenden Elementarvolumen ausgeht ein drittes Paar von Signalen erzeugt, wie x- und y-Koordinaten eines be-

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stimmten Punktes auf einem kreisförmigen Weg darstellen, der von der Orientierung des Kollimators abhängt.

7. Strahlenkamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungseinrichtung eine Ausgabeeinrichtung aufweist, die das dritte Paar von Signalen aufnimmt, um ein Abbild zu erzeugen, welches eine Mehrzahl von Elementaranzeichen auf v/eist, von denen jedes einem einzelnen

.das auf den Umwandler auftrifft

Strahlenquant entspricht / und die damit verbundenen korrigierten X- und Y- Koordinaten darstalltyrobei das Abbild für die -zugeordnete Ebene scharf und für alle anderen Ebenen unscharf ist.

8. Gerät zum Abbilden eines Objektes mit einer dreidimensionalen Verteilung von Radionukliden und mit einem Strahlendetektor, gekennzeichnet durch einen strahlenempfindlichen Umwandler, der eine zweidimensionale Strahlennachweisfähigkeit aufweist, und Ausgabemittel, die dem Umwandler zugeordnet sind, um ein erstes Paar von Signalen χ und y zu erzeugen, welche die ebenen Lagekoordinaten jedes Strahlenquants darstellen, das auf den Umwandler auftrifft, einen Vielkanalstrahlenkollimator, der in einer Lage drehbar an dem Umwandler angeordnet ist, wobei die Achse jedes Kanals des Kollimators im wesentlichen die gleiche, nicht normale Winkelorientierung in Bezug auf den Umwandler hat, eine Einrichtung zur Halterung des Strahlendetektors in einer ausgewählten stationären Lage in Bezug auf das Objekt, einen Antrieb zum Drehen des Kollimators, um kontinuierlich die Beobachtungsrichtung des Umwandlers in Bezug auf das Objekt zu ändern, und eine Abbildausgabeeinrichtung, die das erste Paar von Signalen in Übereinstimmung mit der Drehung des Kollimators aufnimmt, um ein ausgegebenes Bild

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des Objektes zu erzeugen, das ein scharfes Abbild der Verteilung von Radionukliden über eine ausgewählte Ebene in dem Objekt in einem ausgewählten Abstand von dem Umwandler enthält und verschwommene Abbilder der Verteilung von Radionukliden, die nicht in der Ebene liegen.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildausgabeeinrichtung eine erste Schaltung aufweist, die wirksam mit dem Kollimator zur Bildung eines zweiten Paares von Signalen verbunden ist, die Koor-dinatenkorrekturfunktionen (Dn) tan 0 cos 0 und (Dn) tan 0 sind 0, wobei Dn der ausgewählte Abstand, 0 der konstante Winkel zwischen den Achsen der Kollimatorkanäle und einer ormalen in Bezug auf den Umwandler, 0 die variierende Rotationskoordinate des Kollimators ist, zweite Schaltungsmittel zur arithmetischen Kombinierung des ersten und zweiten Paares von Signalen, um ein drittes Paar von Signalen zu erzeugen, die korrigierte Lagekoordinaten erzeugen, die jedem Strah-

.auf
lenquant zugeordnet sind, das/den Umwandler trifft, und eine Anzeigeeinrichtung, die das dritte Paar von Signalen aufnimmt, um ein Abbild zu erzeugen, welches eine Vielzahl von Elementaranzeichen enthält, von denen jedes einem einzelnen Strahlenquant entspricht, das auf den Umwandler auftrifft und entsprechend den korrigierten Lagekoordinaten angeordnet ist.

10. Gerät zur tomographischen Abbildung einer dreidiemensiona len Verteilung von Radionukliden in einem Untersuchungsobjekt, gekennzeichnet durch einen Anger-Strahlendetektor mit einem dünnen zylindrischen Szintillationskristall, Mittel zum Halten des Detektors in einer stationären Lage in Bezug auf das Objekt, Kollimierungsmittel zwischen dem Kristall und dem Objekt zur Erzeugung vorbestimmter, nachgebildeter

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Veränderungen in der Richtung der Strahlenaufnahme zwischen Objekt und Kristall und tomographischer Ausgabemittel zur Umwandlung des Ausganges des Detektors entsprechend den nachgebildeten Veränderungen in wenigstens ein tomographisches Abbild der Verteilung von Radionukliden über eine Ebene in dem Objekt.

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L e e r s e i t e