DE1012703B - Device for displaying the spatiotemporal distribution of radioactive substances - Google Patents

Description

Einrichtung zur Anzeige der raumzeitlichen Verteilung von radioaktiven Substanzen Bei physikalischen und chemischen bzw. biochemischen Untersuchungen und deren Anwendung in Technik, Biologie und Medizin ist es oft von Interesse, wie ein durch Zusatz von radioaktiven Isotopen gekennzeichneter Stoff sich in einem vorgegebenen Raum ausbreitet, welche Geschwindigkeitsverteilung und welches Konzentrationsgefälle dabei auftritt u. dgl. m.; in vielen Fällen wird es durch »radioaktive Markierung« überhaupt erst möglich, den zeitlichen und räumlichen Verlauf derartiger Vorgänge messend zu verfolgen. Dabei ist es erwünscht, mit möglichst schwachen Präparaten zu arbeiten, um die Gefährdung des Bedienungspersonals, die störende radioaktive Verseuchung von Apparaturen und den Kostenaufwand herabzusetzen. Bei Untersuchungen am lebenden Objekt - in Biologie und Medizin - ist die radioaktive Markierung sogar im allgemeinen nur dann anwendbar, wenn die meßtechnisch notwendige Aktivität des Präparates so gering ist, daß das gesunde Gewebe nicht durch Strahleneinwirkung geschädigt wird. Aus diesen Gründen werden ausschließlich hochempundliche Strahlungsmeßgeräte benutzt.Device for displaying the spatiotemporal distribution of radioactive Substances For physical and chemical or biochemical investigations and its application in technology, biology and medicine is often of interest as a by the addition of radioactive isotopes marked substance is in a given Space spreads, which speed distribution and which concentration gradient occurs and the like; in many cases it is done by "radioactive labeling" possible in the first place, the temporal and spatial course of such processes measured to track. It is desirable to use the weakest possible preparations to work to avoid the hazard to the operating personnel, the disruptive radioactive Reduce contamination of equipment and costs. During examinations on living objects - in biology and medicine - the radioactive marking is even present in general only applicable if the metrologically necessary activity of the Preparation is so small that the healthy tissue cannot be exposed to radiation is harmed. For these reasons, only highly sensitive radiation meters are used used.

Zur Lösung der geschilderten Aufgabe sind zwei verschiedene Wege eingeschlagen worden. Bei den Verfahren der ersten Gruppe werden der untersuchten Substanz in einer bestimmten zeitlichen und örtlichen Reihenfolge Proben entnommen, deren Aktivität, manchmal nach Überführung in eine bestimmte chemische Verbindung, unter streng konstant gehaltenen geometrischen Bedingungen mit einem Zählrohr -oder einem Szintillationszähler bzw. einer lonisationskammer -- ausgemessen wird. Man erhält sehr genaue Werte für die Konzentration des radioaktiven Stoffes in der untersuchten Substanz. There are two different ways of solving the problem described been smashed. In the procedures of the first group, the investigated The substance is sampled in a specific chronological and spatial sequence, their activity, sometimes after conversion into a certain chemical compound, under strictly constant geometrical conditions with a counter tube -or a scintillation counter or an ionization chamber - is measured. Man receives very precise values for the concentration of the radioactive substance in the examined Substance.

Den zweiten Weg wählt man, wenn ein Eingriff in das untersuchte Objekt zur Entnahme von Proben nicht erwünscht oder nicht möglich ist; unter Verzicht auf exakte Aktivitätsmessungen sucht man dann Ort und Stärke des radioaktiven Indikators qualitativ von außen festzustellen. Die Tatsache, daß ein Zählrohr unl so höhere Impulszahlen pro Zeiteinheit mißt, je näher man es all die Strahlenquelle heranführt, wird bei geringen Genauiglçeitsansprüchen oft zur Ortung ausgenutzt. Durch Koinzidenzschaltung von Zählrollren oder Szintillationszählern, oder durch Kombination dieser Meßgeräte mit »Strahlrichtern«, welche nur die aus einer bestimmten Richtung bzw. aus einem bestimmten Raumwinkel einfallende Stroh lung ungeschwächt ins Meßgerät gelangen lassen, erhält man Strahlungsempfänger, deren Ansprechempfindlichkeit für eine gewisse Vorzugsrichtung erheblich größer ist als für alle anderen Richtungen. The second way is chosen when there is an intervention in the examined object for taking samples is not desired or not possible; waiving exact activity measurements are then sought for the location and strength of the radioactive indicator to be ascertained qualitatively from the outside. The fact that a counter tube is unl so higher The number of pulses per unit of time is measured, the closer you bring all the radiation source, is often used for location where accuracy requirements are low. By coincidence switching by counters or scintillation counters, or by a combination of these measuring devices with »beam directors«, which only come from a certain direction or from one Stroh treatment that falls at a certain solid angle can enter the measuring device without being weakened let, you get radiation receivers whose sensitivity for a certain Preferred direction is considerably larger than for all other directions.

Ein richtungsempfindlicher Strahlungsempfänger solcher Art wird verwendet, um örtlich eng begrenzte Ansammlungen eines radioaktiven Stoffes »anzupeilen«, z. B. die genaue Lage eines Tumors zu orten, in dem sich eine geeignete Indikatorsubstanz konzentriert.A direction-sensitive radiation receiver of this type is used to localized narrowly "Targeting" accumulations of a radioactive material, e. B. to locate the exact location of a tumor in which there is a suitable indicator substance concentrated.

Mit dem gleichen Gerät läßt sich auch die örtliche Verteilung ausgedehnter Strahlencluellen bestimmen, indem man das untersuchte Objekt systematisch z. B. With the same device, the local distribution can be extended Determine radiation cluellen by systematically z. B.

Iängs eines Rasters abtastet und die gemessenen Intensitätswerte den Koordinaten des Rasters zuordnet.Scanned along a grid and the measured intensity values the Coordinates of the grid.

Eine andere Darstellung der örtlichen Aktivitätsverteilung ergibt sich, wenn man in diesem Koordinatensystem die Kurven gleicher Intensitätsanzeige zeichnet. Die Intensität wird dabei meistens gemessen durch die Zählrate (Zahl der Impulse, die pro Minute registriert werden).Another representation of the local distribution of activity results if one shows the curves of the same intensity in this coordinate system draws. The intensity is usually measured by the counting rate (number of Pulses that are registered per minute).

Seit einiger Zeit sind aber Schaltungen bekannt, bei denen die von den Zählern abgegebenen Impulse Lampen zum Aufleuchten bringen, wobei die Leuchtstärke der Lampen von der Zählrate abhängt. Somit ist die Helligkeit der Lampen ein Maß für die In-Intensität. For some time, however, circuits have been known in which the The pulses emitted by the meters make lamps light up, with the luminous intensity of the lamps depends on the count rate. Thus, the brightness of the lamps is a measure for the in-intensity.

Das Verfahren, mit Hilfe eines richtungsempfindlichen Strahlungsempfängers die Strahlenquelle auf eine Koordinatenfläche »abzubilden«, ist in einer neueren Ausführungsform weiter verbessert worden. The procedure, with the help of a direction-sensitive radiation receiver "Mapping" the radiation source on a coordinate surface is a more recent one Embodiment has been further improved.

Ein mechanisch bewegter Szintillationszähler mit Kollimator tastet ein Raster ab; die Intensitätsangaben werden von einer Speicherröhre bis zur Beendigung des Abtastvorganges gespeichert und steuern dann die Bildpunkthelligkeit eines Kathodenstrahloszillographen, der das Raster mit intensitätsproportionaler Helligkeit nachzeichnet.A mechanically moved scintillation counter with a collimator scans a grid from; the intensity readings are from a storage tube until termination of Scanning process and then control the pixel brightness of a cathode ray oscilloscope, which traces the grid with intensity-proportional brightness.

Die Meßgeschwindigkeit eines bewegten Zählrohres oder Szintillationszählers ist aber dadurch begrenzt, daß die Meßanzeige durch die statistischen Schwankungen der Strahlungsemission beim radioaktiven Zerfall verfälscht wird. Je geringer die einfallende Strahlungsintensität ist, desto kleiner muß daher die Meßgeschwindigkeit sein, und desto mehr stört die unvermeidLiche »Phasenverschiebung« zwischen den zu verschiedenen Ortskoordinaten gehörenden Meßwerten, die nämlich, weil zeitlich nacheinander gemessen, zu verschiedenen Phasen des Bewegungsablaufes gehören. Die Abtastung mit einem einzigen richtungsempfindlichen Strahlungsempfänger ist deshalb nur zum Ausmessen stationärer oder langsam veränderlicher Intensitätsvertei lungen geeignet; höhere Meßgeschwindigkeit ist nur durch Verwendung stärkerer Präparate zu erreichen, was aber aus den eingangs erwähnten Gründen nicht erwünscht ist und sogar die Anwendung der Methode in vielen Fällen verbietet. The measuring speed of a moving counter tube or scintillation counter but is limited by the fact that the measurement display is subject to statistical fluctuations the radiation emission is falsified during radioactive decay. The lower the incident radiation intensity, the lower the measuring speed must be the more disturbing the inevitable "phase shift" between the measured values belonging to different location coordinates, namely because they are temporal measured one after the other, belong to different phases of the movement sequence. the Scanning with a single directionally sensitive radiation receiver is therefore only for measuring stationary or slowly changing intensity distributions suitable; higher measuring speed is only possible by using stronger preparations to achieve, which is not desirable for the reasons mentioned above and even prohibits the use of the method in many cases.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, Intensitätsverteilungen auch dann auszumessen und sichtbar zu machen, wenn bei Verwendung eines schwachen Präparates die Zustandsänderungen so schnell erfolgen, daß sie sich mit den oben geschilderten Methoden nicht mehr verfolgen lassen. Dies wird erreicht durch eine Gruppe gleichzeitig arbeitender richtungsempfindlicher Strahlungsempfänger und zugehöriger Anzeigeeinrichtungen, welche so angeordnet sind, daß sie eine Abbildung der raumzeitlichen Verteilung der strahlenden Substanz erzeugen. The present invention enables intensity distributions also measure and visualize when using a weak one The changes in state take place so quickly that they match the above Do not allow the described methods to be pursued. This is achieved through a Group of direction-sensitive radiation receivers working at the same time and their associated Display devices, which are arranged in such a way that they show an image of the spatiotemporal Generate distribution of the radiating substance.

Jeder richtungsempfindliche Strahlungsempfänger besitzt eine eigene Einrichtung zur Anzeige der von ihm gemessenen Strahlungsintensität, Empfänger und Anzeigeeinrichtung bilden zusammen ein Geräteelement. Die Strahlungsempfänger sind fest angeordnet, und zwar so; daß ihre Richtcharakteristiken den gesamten untersuchten Raum entweder möglichst lückenlos oder in einer anderen vorgegebenen räumeichen Verteilung möglichst ohne gegenseitige überdeckung erfassen. Auf diese Art wird erreicht, daß jedem Raumelement ein Geräteelement umkehrbar eindeutig zugeordnet ist; im wesentlichen wird nur die aus diesem Raumelement in der durch die Richtcharakteristik des Strahlungsempfängers vorgegebenen Richtung in das Geräteelement einfallende Strahlung gemessen und ihre Intensität von der Anzeigeeinrichtung angezeigt. Each direction-sensitive radiation receiver has its own Device for displaying the radiation intensity measured by it, receiver and Display devices together form a device element. The radiation receivers are firmly arranged, namely like this; that their directional characteristics examined the whole Space either as completely as possible or in another given space Record distribution without mutual overlap if possible. In this way will achieves that a device element reversibly uniquely assigned to each room element is; essentially only that from this spatial element is determined by the directional characteristic of the radiation receiver predetermined direction incident in the device element Radiation measured and its intensity displayed by the display device.

Da die einzelnen Geräteelemente voneinander unabhängige Einheiten darstellen, können sie die ihnen zugeordneten Raumelemente gleichzeitig abbilden, so daß zur Abbildung der gesamten räumlich verteilten Strahlenquelle nur dieselbe Zeit notwendig ist wie zum Ausmessen eines einzigen Raumelementes mit einem Strahlungsempfänger. Soll z. B. der untersuchte Raum 100 Raumelemente enthalten, so verhalten sich die Meßzeiten der beiden Verfahren wie 1:100. Diese hohe Meßgeschwindigkeit und der Fortfall der Phasenverschiebung zwischen den Meßanzeigen für die einzelnen Raumelemente ermöglichen die Beobachtung und Registrierung rasch veränderlicher Verteilungen von Substanzen geringer Aktivität und erschließen damit ein Gebiet, das mangels geeigneter Meßmethoden bisher nur wenig bearbeitet werden konnte. Hierdurch wird der apparative Aufwand gerechtfertigt. Since the individual device elements are independent units they can display the room elements assigned to them at the same time, so that for imaging the entire spatially distributed radiation source only the same Time is necessary as for measuring a single room element with a radiation receiver. Should z. B. the examined room contains 100 room elements, so behave Measurement times of the two methods as 1: 100. This high measuring speed and the Elimination of the phase shift between the measuring displays for the individual room elements enable the observation and registration of rapidly changing distributions from Substances of low activity and thus open up an area that in the absence of suitable Measurement methods could not be processed so far. This is the apparatus Justified effort.

In den Abb. 1 und 2 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Zählrohrgerät schematisch dargestellt. In Figs. 1 and 2 is an embodiment of the invention Counter tube device shown schematically.

Abb. 1 zeigt im Schnitt einen als Strahlrichter dienenden Bleiblock, in den parallele Löcher gebohrt sind, welche an ihrem einen Ende je ein Zählrohra a nehmen. Die Bleiwände b, die zwischen den Bohrungen. stehenbleiben, schwächen alle schräg einfallenden Strahlen und geben so den Zählrohren ein ausgeprägtes Empfindlicbkeitsmaximum in Richtung der Z,ä,hirohrachse. Zu jedem Zählrohr gehört ein separater Verstärker c, der die Helligkeit einer Anzeigelamped entsprechend der Zählrohranzeige steuert. Definitd sgemäß stellt also Abb. 1 sechs einzelne GeräteelenA dar. Abb. 2 zeigt den durchbohrten Bleiblock im Querschnitt; er nimmt hier 28 Geräteelemente auf. Die zügehörigen 28 Anzeigelampen, deren Helligkeit eln Maß für die in den einzelnen Bildelementen gemessene Strahlungsintensität ist, können zu einer besonderen Anzeigetafel zusammengefaßt und von der eßordnung getrennt aufgestellt werden, so daß çhre visuelle Beobachtung oder eine photographische"J gistrierung ohne schädliche Strahleneinflüsse möglich ist.Fig. 1 shows a section of a lead block serving as a jet straightener, parallel holes are drilled into them, each of which has a counter tube at one end take a. The lead walls b that are between the holes. stand still, weaken all obliquely incident rays and thus give the counter tubes a pronounced maximum sensitivity in the direction of the Z, ä, hirohrachse. A separate amplifier belongs to each counter tube c, which controls the brightness of an indicator lamp according to the counter tube display. Thus Fig. 1 definitely shows six individual device elements. Fig. 2 shows the pierced lead block in cross section; it accommodates 28 device elements here. The associated 28 indicator lamps, whose brightness is a measure of the individual Radiation intensity measured by the elements of the picture elements can be sent to a special display panel can be grouped together and set up separately from the order of the day, so that your visual Observation or photographic registration without harmful effects of radiation is possible.

Eine Einrichtung nach Abb. 1 und 2 vermittelt also eine Abbildung der Bewegung und Verteilung rdioaktiver Substanzen. Diese Abbildung erfolgt durch Parallelproj ektion; dabei überdecken sich natürlich. die in Strahlrichtung hintereinanderliegenden Schit An Stelle von Zählrohren oder SzintillationszãWn können gegebenenfalls auch geeignete Strahlisempfänger anderer Art verwendet werden, sofern ihoe Empfindlichkeit genügend groß ist. A device according to Fig. 1 and 2 thus provides an illustration the movement and distribution of radioactive substances. This mapping is done by Parallel projection; naturally overlap. those lying one behind the other in the direction of the beam Instead of counting tubes or scintillation counters, you can also use Suitable radiation receivers of a different type can be used, provided that they are sensitive is big enough.

PATENTANSpRt>CHE: 1. Einrichtung zur Anzeige der raumzeitllicW Verteilung von radioaktiven Substanzen, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Verteilung der strahlenden Substanz durch eine Gruppe gleichzeitig wirksamer richtungsempfindlicher Strahlungsempfänger und zugehöriger Anzeigeeinrichtungen zur Abbildung bringt. PATENT TRANSPERT> CHE: 1. Device for displaying the space-time table Distribution of radioactive substances, characterized in that they are distribution the radiating substance by a group at the same time effective more directionally sensitive Brings radiation receiver and associated display devices to the image.

Claims (1)

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch, ge kennzeichnet, daß für die einzelnen Elemente der Gruppe als richtungsempfindliche Strahliingsempfänger Zählrohre oder Szintillationszähler in Verbindung mit Strahlrichtern verwendet werden, 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlriehter Rohrhidel oder mit Löchern versehene Blöcke ans - je1t'.ch Art und Energie der Strahlung-Blei oder Parafßtt oder anderen Materialien verwendet werden. 2. Device according to claim 1, characterized in that for the individual elements of the group as directionally sensitive radiation receivers Counter tubes or scintillation counters are used in connection with beam directors, 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that as a Strahlrihter Rohrhidel or perforated blocks ans - je1t'.ch Type and energy of radiation-lead or paraffin or other materials can be used. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahl richter parallel angeordnet sind. 4. Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the beam straightener are arranged in parallel. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 909605; »Chem. Zentralblatt«, 1953, S. 7465; »Nucleonics«, 1951, Bd. 9, Heft 5, S. 43 bis 53; »Review of Scientific Instruments«, 1951, Bd. 22, Heft 8, S. 638. Documents considered: German Patent No. 909605; “Chem. Zentralblatt ”, 1953, p. 7465; "Nucleonics", 1951, Vol. 9, Issue 5, pp. 43 bis 53; "Review of Scientific Instruments", 1951, Vol. 22, Issue 8, p. 638.