DE19723649A1 - Kollimator mit einem Mehrfach-Erfassungsfeld und medizinisches Bildherstellungssystem mit einem solchen Kollimator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den Bereich der medizinischen Bildherstellung. Sie betrifft einen Kollimator, der in einem De­ tektor eines medizinischen Bildherstellungssystems vorgesehen ist und insbesondere in einem Detektor einer Gamma-Kamera.

Gamma-Kameras sind medizinische Bildherstellungssysteme die mit zumindest einem Detektor versehen sind, der für das Aufnehmen einer Gamma-Strahlung vorgesehen ist, die von ei­ nem Patienten abgestrahlt wird, in dessen Körper ein Kon­ trastmittel injiziert wird, das radioaktive Gammastrahlung aussendet. Diese Gammastrahlung durchquert einen Kolli­ mator und regt einen Scintillator-Kristall an, der die Energie der Gammastrahlung in eine sichtbare Strahlung umwandelt, die durch Photomultiplikatorröhren erfaßt wird, die darauf in Abhängigkeit von der Intensität der erhaltenen Strahlung elektrische Signale erzeugen. Indem über die Gesamtheit dieser elektrischen Signale Schwerpunkts-Bestimmungen durchge­ führt werden, kann man in bekannter Weise den Ursprung je­ der Scintillation bestimmen. Die Gesamtheit der Scintillationen gestattet, für einen gegebenen Blickwinkel des Detektors eine Abbildung zu erhalten, die die Konzentration des Gamma­ strahlen abgebenden Kontrastmittels in dem Körper des Pati­ enten enthüllt und mit mehreren Abbildungen, die für ver­ schiedene Blickwinkel erhalten werden, kann man ein Quer­ schnittsbild oder ein dreidimensionales Bild des Körpers des Patienten aufbauen.

Die Kollimatoren sind vor und an den Detektoren an der Ein­ trittsfläche des Scintillators angeordnet. Sie bestehen aus ei­ ner absorbierenden Platte, die von Löchern durchsetzt ist, de­ ren Merkmale, nämlich Querschnitt, Höhe, Neigung und Licht­ brechungsvermögen, identisch sind. Das Erfassungsfeld des Kollimators ist einzig und einheitlich.

Auf diese Weise treffen die Löcher eine Auslese aus den radio­ aktiven Gammastrahlen, die aus dem Körper des Patienten unter einem gleichen festen Winkel, dessen Achse zur Richtung der Abbildung parallel ist, die man zu erhalten sucht, während die radioaktiven Gammastrahlen, die nicht diesem festen Win­ kel entsprechen, durch die die Löcher des Kollimators umge­ benden Trennwände absorbiert werden.

Bestimmte Untersuchungen erfordern die Anwesenheit eines Kollimators mit sehr hohem Bildauflösevermögen, das heißt, bei welchem der vorerwähnte feste Winkel gering ist, während andere Untersuchungen solche Kollimatoren nicht benötigen. Aufgrund dieser Tatsache werden die Kollimatoren einer Gam­ ma-Kamera in Abhängigkeit von den durchgeführten Untersu­ chungen ausgewechselt. Verschiedene mehr oder weniger kom­ plexe Methoden sind deshalb zu diesem Zweck vorgeschlagen worden. Eine dieser Methoden ist in dem unter der Nummer FR-2 640 054 veröffentlichten französischen Patent mit dem Titel "System de mise en place d′un collimateur dans une gamma camera" beschrieben.

Berücksichtigt man das Vorangegangene, so besteht ein Pro­ blem, das sich zur Lösung durch die Erfindung anbietet, darin, einen Kollimator zu verwirklichen, der bei verschiedenen Un­ tersuchungen einsetzbar ist, ohne daß die Notwendigkeit be­ steht, diesen zu wechseln.

Eine Lösung der Erfindung, die einen Kollimator zum Gegen­ stand hat, der für den Einsatz in einem Detektor eines medizi­ nischen Bildherstellungssystems bestimmt ist, umfassend Lö­ cher, die bestimmt sind durch einen Querschnitt, eine Höhe, eine Neigung und ein Lichtbrechungsvermögen, welche vorge­ geben sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Löcher zumindest in einem ersten Bereich und einem zwei­ ten Bereich vorgesehen sind, wobei die Löcher des ersten Be­ reiches durch einen ersten Querschnitt, eine erste Höhe, eine erste Neigung und ein erstes Lichtbrechungsvermögen, die Lö­ cher des zweiten Bereiches durch einen zweiten Querschnitt, eine zweite Höhe, eine zweite Neigung und ein zweites Licht­ brechungsvermögen definiert sind, und daß
die erste Querschnitt anders ist als der zweite Querschnitt und/oder die erste Höhe anders ist als die zweite Höhe und/oder die erste Neigung anders ist als die zweite Neigung und/oder das erste Lichtbrechungsvermögen anders ist als das zweite Lichtbrechungsvermögen.

Da die Löcher eines jeden Bereiches verschieden sind, ist ein Bereich des Kollimators deshalb für eine Untersuchung eines bestimmten Typs besser angepaßt als ein anderer Bereich. In­ dem man den am besten angepaßten Bereich auswählt und aufgrund dieser Tatsache den Bereich, der das entsprechende Erfassungsfeld besitzt, ist es nicht notwendig, den Kollimator zu wechseln.

Die nachfolgende Beschreibung, die keine Beschränkung dar­ stellt, gestattet ein besseres Verständnis der Anwendung der Erfindung.

Sie soll im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden, in welchen:

Fig. 1 in schräger Darstellung eine Gamma-Kamera für die Anwendung nach der Erfindung zeigt;

Fig. 2 in schematischer Weise und im Schnitt das Funktionsprinzip eines Detektors einer Gamma- Kamera für die Anwendung bei der Erfindung zeigt;

Fig. 3 eine Vorderansicht einer Erfassungsfläche eines Kollimators nach der Erfindung zeigt;

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 3 bei einem Kollimator nach der Erfindung zeigt;

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 3 bei einem Kollimator gemäß der Erfindung zeigt; und

Fig. 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G in schematischer Weise die Lage eines erfin­ dungsgemäßen Kollimators im Falle der ver­ schiedenen Untersuchungen zeigen.

Die Erfindung bezieht sich auf medizinische Bildherstellungs­ vorrichtungen und insbesondere auf Gamma-Kameras.

Eine Gamma-Kamera 10 für die Anwendung gemäß der Erfin­ dung umfaßt entsprechend der Darstellung in Fig. 1 einen bewegbaren Grundrahmen 11 auf einem Grundgestell 12 der Art, daß der Grundrahmen um eine Achse 13, die als Rotati­ onsachse der Gamma-Kamera bezeichnet wird, drehbar ist. Das Grundgestell 12 trägt zwei Arme 14, 15 die symmetrisch zu beiden Seiten der Achse 13 angeordnet sind. Jeder Arm 14, 15 trägt an seinem freien Ende einen im wesentlichen quaderför­ migen und rechtwinkligen Detektorkopf oder Detektor 16, 17. Die Aufhängung der Detektoren 16, 17 an den Armen 14, 15 ist beispielsweise durch Zwischenschaltung eines Bügels 18 ver­ wirklicht.

Jeder Detektor 16, 17 weist eine aktive Fläche 100 auf, die auf einen Körper 19 eines Patienten ausgerichtet ist, welcher auf einem Bett 20 im wesentlichen in der Rotationsachse 13 liegt. Ferner umfaßt jeder Detektor 16, 17, wie dies aus Fig. 2 her­ vorgeht, ausgehend von seiner aktiven Fläche einen Kollimator 101, der eine Detektorfläche 109 aufweist, dann einen Scintil­ latorkristall 102, ein Fotovervielfacher-Röhrengitter 103 und für die Bearbeitung von Lokalisationssignalen bestimmte Schaltkreise 104, die mit einem Verstärkerschaltkreis 105 ver­ bunden sind.

Das Prinzip zur Erzielung eines Bildes des Körpers 19 des Pati­ enten ist folgendes. Für eine gegebene Orientierungs- und Winkellage der Detektoren 16, 17, durchdringen die vom Kör­ per 19 des Patienten stammenden und/oder diesen durchdrin­ genden Gammastrahlen γ, die eine entsprechende Ausbrei­ tungsrichtung innerhalb eines festen gegebenen Winkels auf­ weisen, den Kollimator 101 und bewirken eine Scintillation 106 des Scintillatorkristalls 102. Diese Scintillation wird durch das Gitter der Fotovervielfacher-Röhren 103 erfaßt und dann ver­ stärkt, die elektrische Lokalisationssignale verarbeiten, die dann in den Bearbeitungsschaltkreisen bearbeitet und in dem Verstärkerschaltkreis 105 verstärkt werden. Man erhält auf diese Weise eine Abbildung des Körpers 19 des Patienten für die oben erwähnte Position und mit mehreren Abbildungen, die für relativ verschiedene Positionen der Detektoren 16, 17 und des Körpers 19 des Patienten erhalten werden, kann man ein Bild dieses Körpers 19, beispielsweise ein Schnittbild 107, er­ halten, welches auf einem Monitor 108 gezeigt ist, der mit der Gamma-Kamera 10 verbunden ist.

Ein Kollimator 101 gemäß der Erfindung ist durch eine absor­ bierende Platte gebildet, die von Löchern 204 durchsetzt und im allgemeinen von Schutzplatten 207 und 208 abgedeckt ist, welche für die Strahlen γ durchlässig sind (Fig. 4 und 5). Sie ist zumindest in einen ersten Bereich 200 und einen zwei­ ten Bereich 201 unterteilt, die jeweils ein oder mehrere Löcher 204 aufweisen, die durch metallische Trennwände 205 einer gegebenen Dicke voneinander getrennt sind, die den Kollimator 101 ein zellenförmiges Aussehen verleihen.

Jedes Loch 204 ist durch Merkmale definiert und insbesondere durch seinen Querschnitt s, seine Tiefe oder Höhe h, seine Nei­ gung i und sein Lichtbrechungsvermögen v.

Der Querschnitt s des Loches 204 beschreibt ein gegebenes geometrisches Profil, das durch die Trennwände 205 begrenzt ist und eine Grundfläche besitzt.

Bei einem Beispiel ist das geometrische Profil der Löcher 204 hexagonal. Jedes Loch 204 ist demnach bestimmt durch die Gesamtheit der Trennwände 205, die die anderen sechs Löcher 204 abtrennen. Man sagt, der Kollimator 101 ist eine Bienen­ wabe. Dennoch ist es selbstverständlich, daß jedes geometri­ sche Profil für den Querschnitt der Löcher 204 vorgesehen sein kann.

Was die Grundfläche des Querschnittes s anlangt, so kann die­ ser mehr oder weniger beträchtlich sein und beispielsweise zwischen 5 und 30 mm² betragen.

Die Höhe h der Löcher 204 ist definiert durch die Höhe der Trennwände 205. Bei einem Beispiel beträgt diese Höhe h der Löcher 204 zwischen 30 und 70 mm.

Was die Neigung i betrifft, so ist diese häufig null. Man sagt, daß die Löcher 204 in diesem Falle rechtwinklig zur aktiven Fläche 100 aufrechtstehend sind. Dennoch können die Löcher 204 geneigt sein und die Neigung i beträgt dann zwischen 0 und, als Grenze, 90°.

Schließlich kann das Lichtbrechungsvermögen v der Löcher 204 null, positiv und negativ, sein. In dem Falle, in welchem das Lichtbrechungsvermögen positiv ist, sind die Löcher 204 konvergierend und konvergieren dann gegen einen Brennpunkt oder eine Brennlinie. In dem Fall, in welchem das Lichtbre­ chungsvermögen negativ ist, sind die Löcher 204 divergierend.

Das Auflösungsvermögen eines Kollimators 101 ist eine Funk­ tion insbesondere der vorerwähnten Merkmale der Löcher 204 sowie der Dicke der Trennwände 205, die diese Löcher 204 voneinander trennen. Insbesondere ist das Auflösungsvermö­ gen proportional zur Höhe h der Löcher 204 und umgekehrt proportional zur Grundfläche des Querschnittes s dieser Lö­ cher 204.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfin­ dung, die in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt ist, setzt sich der Kollimator 101 aus einem ersten Bereich 200, einem zwei­ ten Bereich 201, einem dritten Bereich 202 und einem vierten Bereich 203 zusammen.

Bei allen diesen vier Bereichen 200, 201, 202, 203 sind die Lö­ cher 204 durch die Merkmale s, h, i, v bestimmt. Auf diese Art und Weise sind die Löcher 204 des ersten Bereiches 200 durch einen ersten Querschnitt, eine erste Höhe, eine erste Neigung, ein erstes Lichtbrechungsvermögen bestimmt und die Löcher 204 des zweiten Bereiches 201 sind durch einen zweiten Quer­ schnitt, eine zweite Höhe, eine zweite Neigung und ein zweites Lichtbrechungsvermögen definiert.

Gemäß der Erfindung weicht der erste Querschnitt vom zweiten Querschnitt und/oder die erste Höhe von der zweiten Höhe und/oder die erste Neigung von der zweiten Neigung und/oder das erste Lichtbrechungsvermögen von dem zweiten Lichtbre­ chungsvermögen ab. Mit anderen Worten weist der erste Be­ reich 200 Löcher 204 auf, die von den Löchern 204 des zweiten Bereiches 201 durch zumindest eine Eigenschaft s, h, i, v ab­ weichen. Auch das Erfassungsfeld des Kollimators 101 ist vielfältig und das Auflösungsvermögen des Kollimators 101 im ersten Bereich 200 ist normalerweise abweichend von dem Auflösungsvermögen des Kollimators 101 im zweiten Bereich 201.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfin­ dung, die im wesentlichen in Fig. 3 dargestellt ist, ist die Detektionsfläche 109 des Kollimators 101 gemäß der Erfindung im wesentlichen rechteckig und die Bereiche 200, 201, 202 oder 203 sind im wesentlichen rechteckig oder quadratisch. Der erste Bereich 200 nimmt mehr als die Hälfte der Detekti­ onsfläche 109 des Kollimators 101 und die zweiten 201, dritten 202 und vierten 203 Bereiche nehmen komplimentäre Teile die­ ser Oberfläche 109 ein. Die Abmessungen des dritten Bereiches 202 und des vierten Bereiches 203 sind genau gleich. Es stellt sich heraus, daß der erste Bereich 200 einen größeren Teil der Fläche 109 und die zweiten 201, dritten 202 und vierten 203 Bereiche einen kleineren Teil der Fläche 109 einnehmen. Die Bereiche 200, 201, 202 und 203 sind symmetrisch in bezug auf eine große Achse I-I des Kollimators 101 verteilt, das heißt die Achse, die die Detektionsfläche 109 in zwei gleiche Teile teilt und die in Längsrichtung dieser Fläche 109 vorgesehen ist.

Tatsächlich verteilen sich der erste Bereich 200 und der zweite Bereich 201 symmetrisch beiderseits der Achse I-I, während der dritte Bereich 202 und der vierte Bereich 203 symmetrisch in bezug auf die Achse l-I angeordnet sind.

Bei einem Beispiel, bei welchem die Detektionsfläche 109 die Abmessungen in der Größenordnung von 540 × 400 mm auf­ weist, hat der erste Bereich 200 die Abmessungen in der Grö­ ßenordnung 330 × 400 mm, der zweite Bereich 201 die Abmes­ sungen in der Größenordnung von 210 × 210 mm und der dritte Bereich 202 sowie der vierte Bereich 203 haben die Ab­ messungen in der Größenordnung von 210 × 90 mm.

Das geometrische Profil, dargestellt durch den Querschnitt s der Löcher 204 in den Bereichen 200, 201, 202, 203 ist hexagonal. Die Grundfläche dieser Löcher 204 hängt von den Bereichen 200, 201, 202, 203 ab. In dem ersten Bereich 200 ist die Grundfläche der Löcher 204 bestimmt durch die Trennwän­ de 205 mit einer Breite von 1,9 mm, im zweiten Bereich 201 ist diese Grundfläche bestimmt durch Trennwände mit einer Breite von 1,5 mm und in dem dritten Bereich 202 sowie dem vierten Bereich 203 ist diese Grundfläche bestimmt durch Trennwände mit einer Breite von 1,9 mm. Die Höhe der Löcher 204 ist in allen Bereichen 200, 201, 202, 203 38 mm. Außerdem sind die Löcher 204 des ersten Bereiches 200 und des zweiten Be­ reiches 201 aufrechtstehend, während die Löcher 204 des dritten Bereiches 202 und des vierten Bereiches 203 geneigt sind, und zwar divergierend gegen die Detektionsfläche 109 ausgerichtet. Obendrein hat der zweite Bereich 201 ein größe­ res Auflösungsvermögen als der erste Bereich 200, der dritte Bereich 202 und der vierte Bereich 203.

Es sei bemerkt, daß der Teil des Kollimators 101 entsprechend einem gegebenen Bereich 200, 201, 202, 203 leicht von Hand und ohne Spezialwerkzeug ausgewechselt werden kann. Dies ist der Fall insbesondere bei dem Teil des Kollimators 101, der dem zweiten Bereich 201 entspricht, der durch einen Kollima­ torteil mit einem einzigen Loch und konvergierend oder durch eine Lochblende ausgetauscht werden kann.

Die Detektionsfläche 109 des Kollimators 101 besitzt unter­ schiedliche Erfassungsfelder, da der Kollimator 101 in Bereiche aufgeteilt ist. Bei einer an einem Patienten ausgeführten Un­ tersuchung, dessen Körper 19 im wesentlichen in der Achse I-I plaziert ist, wählt man einfach das entsprechende Betrach­ tungsfeld bzw. Erfassungsfeld und infolgedessen den oder die Bereiche 200, 201, 202 oder 203, die diesem Betrachtungsfeld entsprechen. Eine elektronische Blende gestattet, daß nur die von dem ausgewählten Erfassungsfeld kommenden Informatio­ nen verarbeitet werden.

Daher wählt man beispielsweise für die Untersuchung des Her­ zens, der Lunge, des Nierensystems und des Verdauungssy­ stems, die in den Fig. 6A, 6B, 6D und 6E dargestellt sind und ungefähr 56% der praktischen Untersuchungen mit einer Gamma-Kamera darstellen, das Erfassungsfeld entsprechend dem ersten Bereich 200 des Kollimators 101 aus, da diese Un­ tersuchungen keine besonders hohe Bildauflösung erfordern. Im Gegensatz hierzu wird man bei der Untersuchung der Schilddrüse und des Gehirns, die in den Fig. 6C und 6F dargestellt sind, das Erfassungsfeld entsprechend dem zweiten Bereich 201 des Kollimators 101 auswählen, da diese Untersu­ chungen eine sehr hohe Bildauflösung erfordern.

Für die Untersuchungen des gesamten Körpers wird man vor­ teilhafterweise das Erfassungsfeld entsprechend dem ersten Bereich 200 und gegebenenfalls in dem Falle, in welchem die Aufnahme an den Armen des Patienten ausgeführt werden soll, wird man das Erfassungsfeld entsprechend dem dritten Bereich 202 und dem vierten Bereich 203 auswählen. Die Detektoren 15, 16 werden dann herbeigeführt, um über den Körper 19 des Patienten entsprechend den Pfeilen in Fig. 6G geführt zu wer­ den. Die Bereiche 202 und 203 mit divergierenden Löchern 204 gestatten, das Betrachtungsfeld bzw. Erfassungsfeld des Kolli­ mators 101 auf eine Fläche zu erweitern, die größer als die Detektionsfläche 109 dieses Kollimators 101 ist.

Selbstverständlich ist der Gegenstand der Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsart beschränkt. Insbesondere kann der Kollimator nach der Erfindung einfach an andere Bilderzeugungssysteme als Gamma-Kameras angepaßt werden, die ein oder mehrere Detektoren tragen.

Claims (10)

1. Kollimator für den Einsatz in einem Detektor eines medi­ zinischen Bildherstellungssystems, umfassend Löcher, die be­ stimmt sind durch einen Querschnitt, eine Höhe, eine Neigung und ein Lichtbrechungsvermögen, welche vorgegeben sind, da­ durch gekennzeichnet, daß die Löcher (204) zumindest in ei­ nem ersten Bereich (200) und in einem zweiten Bereich (201) vorgesehen sind, wobei die Löcher (204) des ersten Bereiches (200) durch einen ersten Querschnitt, eine erste Höhe, eine er­ ste Neigung und ein erstes Lichtbrechungsvermögen, die Lö­ cher (204) des zweiten Bereiches (201) durch einen zweiten Querschnitt, eine zweite Höhe, eine zweite Neigung und ein zweites Lichtbrechungsvermögen bestimmt sind, und daß der erste Querschnitt anders ist als der zweite Querschnitt und/oder die erste Höhe anders ist als die zweite Höhe und/oder die erste Neigung anders ist als die zweite Neigung und/oder das erste Lichtbrechungsvermögen anders ist als das zweite Lichtbrechungsvermögen.

2. Kollimator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Detektionsfläche (109) aufweist, die im wesentlich rechtwinklig ist und daß die Bereiche (200, 201, 202, 203) im wesentlichen rechtwinklig oder quadratisch sind.

3. Kollimator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Bereich (200) mehr als die Hälfte der Detektionsfläche (109) des Kollimators (101) einnimmt und daß der zweite Bereich (201) ein Auflösungsvermögen aufweist, das größer als dasjenige des ersten Bereiches (200) ist.

4. Kollimator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er auch einen dritten Bereich (202) und einen vierten Bereich (203) aufweist, dessen Abmes­ sungen im wesentlichen gleich sind.

5. Kollimator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Bereich (202) und der vierte Bereich (203) sym­ metrisch in bezug auf die große Achse (I-I) des Kollimators (101) liegt und daß die Löcher (204) des dritten Bereiches (202) und des vierten Bereiches (203) geneigt sind.

6. Kollimator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Löcher (204) des dritten Bereiches (202) und des vierten Bereiches (203) divergierend sind.

7. Kollimator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (200, 201, 202, 203) symmetrisch in bezug auf die große Achse (I-I) des Kolli­ mators (101) verteilt sind, die die Detektionsfläche (109) des Kollimators (101) in zwei gleiche Teile teilt.

8. Kollimator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Kollimators (101) entsprechend einem gegebenen Bereich (200, 201, 202, 203) auswechselbar ist.

9. Kollimator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des Kollimators (101) entsprechend dem Be­ reich (200, 201, 202, 203) leicht von Hand ohne Spezialwerk­ zeug auswechselbar ist.

10. Medizinisches Bildherstellungssystem, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es einen Kollimator (101) nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche aufweist.