DE2351450A1 - Gamma ray collimator for isotope in medical test - comprises several concentric frusto-conical heavy metal shells giving clear resolution - Google Patents
Gamma ray collimator for isotope in medical test - comprises several concentric frusto-conical heavy metal shells giving clear resolutionInfo
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Abstract
Description
235U50235U50
Bandelin Electronic KG 1 berlin 45Bandelin Electronic KG 1 berlin 45
Szintigrafie-KollimatorScintigraphic collimator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Szintigrafie-Kollimator zur Fokussierung der aus einem Gammastrahlen emittierenden UntersuchungsobJekt, insbesondere aus einem Organ, dem ein radioaktives Isotop zugeführt wurde, in der Nuklearmedizin, austretenden Gammastr£:blung.The invention relates to a scintigraphy collimator for focusing the gamma rays emitting from a Object of investigation, in particular from an organ that a radioactive isotope was added, in nuclear medicine, exiting gamma-ray flow.
In der Szintigrafie wird in der Regel als Strahlungsdetektor ein Szintillationskristall verwendet. Dabei ist es notwendig, die den Kristall etwa kugelsymmetrisch umgebenden Isoresponse-Linien (Linien gleicher Ansprechempfindiichkeit) durch Wahl einer geeigneten Abschirmung auf die Abtastung des das Organ oder den Gegenstand umgebenden Isointensitätslinienfeldes derart zu fokussieren, daß stets nur ein kleiner schmaler Kegel dieses Feldes erfaßt wird. Auf diese Weise gelingt es, der Empfindlichkeit des Szintillationskristalles eine solche Vorzugsrichtung zu geben, daß die zellenförmige Abtastung des Strahlungsfeldes des Organes oder Gegenstandes über elektronische Einrichtungen und Registriersysteme zu einem Bild zusammengesetzt werden kann. In Analogie zu den Bezeichnungen in der geometrischen Optik werden solche eingeblendeten Systeme Kollimatoren genannt. Dabei ist man sich bewußt, daß es sich hierbei nur um Blenden ähnliche Systeme handelt, da es ja nicht möglich ist, die Gammastrahlung-von Radionukliden optischen Gesetzen entsprechend zu fokussieren. Es ist üblich, diese in den .Strahlenkegel eingeblendeten Kollimatoren aus Schwermetallen, vorzugsweise Blei, zu fertigen. Im einfachsten Falle stellt ein solcher Kollimator eine kegelähnliche Bohrung in einem Bleiklotz dar, wobei der Kegelfuß die Fläche des Szintillations-In scintigraphy, a scintillation crystal is usually used as a radiation detector. It is necessary to the isoresponse lines surrounding the crystal in approximately spherical symmetry (Lines of equal responsiveness) by choosing a suitable shield on the scanning of the organ or to focus the isointensity line field surrounding the object in such a way that always only a small, narrow cone this field is recorded. In this way, the sensitivity of the scintillation crystal is achieved in such a preferred direction to give that the cellular scanning of the radiation field of the organ or object via electronic Facilities and registration systems can be combined to form an image. In analogy to the designations In geometric optics, such overlaid systems are called collimators. One is aware that it is This is only about systems similar to diaphragms, since it is not possible to optical gamma radiation from radionuclides To focus according to laws. It is customary to use these collimators made of heavy metals, preferably lead. In the simplest case, such a collimator provides a cone-like hole in a lead block where the cone base is the area of the scintillation
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kristalles abdeckt, "/ehrend die Kegelspitze etwa auf der Oberfläche ies abzubildenden Gegenstandes oder Organes liegt. Den Gesetzen der geometrischen Optik folgend, haben solche Kollimatoren den Nachteil, große Halbschattenbereiche zu geben, so daß die Isoresponse-Verteilung etwa einer Gauß-Funktion entspricht. crystal covers, "/ honoring the point of the cone roughly on the surface The object or organ to be depicted is located. Following the laws of geometrical optics, such collimators have the disadvantage of giving large penumbra areas, so that the isoresponse distribution corresponds approximately to a Gaussian function.
Um diese Nachteile abzustellen oder klein zu halten, ist man dazu übergegangen, die Ausblendung nicht mit einer kegelförmigen Bohrung vorzunehmen, sondern eine Vielzahl solcher Bohrungen auf einen Pokussierungspunkt zu richten, wobei dieser IOkussierungspunkt dann im Inneren eines abzubildenden Gegenstandes oder Organes liegen soll. Diese sogenannten Vielkanal-Kollimatoren werden je nach Dicke der Septen zwischen den Bohrungskanälen als Hochenergie-Kollimatoren oder als Niederenergie-Kollimatoren bezeichnet, je nachdem ob sie Radionuklide im Bereich um 400 keV oder Radionuklide im Bereich von 100 keV abtasten sollen. In order to remedy these disadvantages or to keep them small, one is switched to not making the masking with a conical hole, but a large number of such holes to set up a focussing point, this focussing point then should lie inside an object or organ to be imaged. These so-called multi-channel collimators are depending on the thickness of the septa between the bore channels referred to as high-energy collimators or as low-energy collimators, depending on whether they have radionuclides in the area around 400 keV or radionuclides in the range of 100 keV should be scanned.
Nachteilig ist bei diesen Kollimatoren folgendes:The following is disadvantageous with these collimators:
Werden hohe Abbildungsgüten gefordert, so muß die Zahl der Bohrungen relativ hoch gewählt werden, weil die Halbschatten-Bereiche zu großer Bohrungen zu einem ähnlichen Effekt führen, wie für den einfachen konischen Kollimator. Bei einer großen Zahl Bohrungen kleinen Durchmessers entsteht aber dadurch auch eine sehr hohe Anzahl von Schwermetall-Septen, die ihrerseits einen großen Teil der nützlichen Strahlung abschatten und somit die Empfindlichkeit dieses Kollimatorsystems erheblich reduzieren'. Der daraus resultierende Nachteil liegt in der Notwendigkeit, entweder dem Patienten eine sehr hohe Aktivitätskonzentratiön zumuten zu müssen, um eine statistisch auswertbare Impulsrate bei der "Registrierung erhalten oder die Abtastgeschwindigkeit des Registrierwerkes so gering zu wählen, daß die Verweildauer des Szintillationszählers über den einzelnen abzutastenden Teilen des Strahlungsfeldes groß genug ist, um statistischIf high image quality is required, the number of holes must be selected to be relatively high because the penumbra areas too large bores lead to a similar effect as for the simple conical collimator. With a big one However, the number of small-diameter bores also creates a very high number of heavy metal septa, which in turn shade a large part of the useful radiation and thus considerably reduce the sensitivity of this collimator system '. The resulting disadvantage is the need to either give the patient a very high concentration of activity to have to expect to get a statistically evaluable pulse rate in the "registration" or the scanning speed of the register to be selected so low that the dwell time of the scintillation counter over the individual to be scanned Dividing the radiation field is large enough to statistically
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badbath
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signifikante Impulsraten aufzunehmen. Tm zweiten Falle ergibt sieb dann aber meist ein sehr unscharfes Bild, weil die Atmung des Patienten eine periodische Verschiebung der Strahlenquelle, nämlich des Organs, zur Folge hat. Oa die Atemfrequenz hoch im Vergleich zur Abtastdauer des "Registriergerätes ist, kommt also eine Vielzahl von.Atemzügen und damit Organbewegungen im Verlauf der Aufnahme eines solchen Organs zustande, womit dann en*ne große Unscharfe erzielt wird, obwohl der Kollimator eine ausreichende geometrische Auflösung besitzt.record significant count rates. In the second case, however, the image is usually very blurred because the patient's breathing results in a periodic displacement of the radiation source, namely the organ. Oa respiratory rate is high compared to the sampling period of the "recording device, that is a plurality von.Atemzügen and organ movement during the recording of such a body condition, which then e n * ne large uncertainty is achieved, even though the collimator sufficient geometric resolution owns.
Je besser ein solcher Vielkanal-Kollimator fokussiert, um so enger ist seine Isoresponse-Linien-Verteilung im Fokussierungspunkt. Im Extremfall liegen die 80 %-Isoresponse-Linien in einer Kugel von etwa 1 cm Durchmesser. Bei Abtastung mit derartig fokussiert&n Kollimatoren entsteht also in dem abzutastenden Organ eine in der Wiedergabe bevorzugte Schicht vom Durchmesser der kugelförmig anzunehmenden Isoresponse-Linien-Verteilung. über und unter dieser Schicht liegende Gewebepartien des Organs werden dann mit entsprechend geringeren Wahrscheinlichkeiten wiedergegeben. Dies führt aber dazu, daß ein Defekt in sehr oberflächennahen oder sehr oberflächenfernen Gewebeschichten übersehen werden kann, zumal wenn S3 ch die Impulsstatistik diesen Darstellungsbildern überlagert.The better such a multi-channel collimator focuses, the better Its isoresponse line distribution is narrower in the focus point. In the extreme case, the 80% isoresponse lines lie in one Ball about 1 cm in diameter. When scanning with such focused & n collimators, a preferred layer of diameter is created in the organ to be scanned the spherical isoresponse line distribution to be assumed. tissue parts of the organ lying above and below this layer are then reproduced with correspondingly lower probabilities. But this leads to a defect in very tissue layers close to the surface or very remote from the surface can be overlooked, especially when S3 ch the impulse statistics superimposed on these display images.
Die Erfindung zeigt nun einen Weg, der es ermöglicht, ohne diese ETachtcile sowohl die Empfindlichkeit zu erhöhen als auch eine Isoresponse-Linien-Verteilung zu erzielen, die eine l?ngliche Form auf:.·'·;ist von solch einer Län^e, daß mit Sicherheit die abtastende Isoresponse-Linien-Verteilunj die Dicke des abzutastenden Organs überschreitet.The invention now shows a way that makes it possible without this ETachtcile both increase sensitivity as well as a Isoresponse line distribution to achieve an elongated Form on:. · '·; Is of such a length that the scanning isoresponse line distribution the thickness of the scanning Organ exceeds.
Dies wird bei einem Szintigrafie-Kollimator zur Fokussierung der aus einem Gammastrahlen emittierenden Untersuchungsobjekt, insbesondere ens einem Organ, dem ein radioaktives Isotop zugeführt wurde, in der Nuklearmedizin, austretenden Gammastrahlung naöhThis is used in a scintigraphy collimator to focus the from an examination object emitting gamma rays, in particular an organ to which a radioactive isotope is supplied became, in nuclear medicine, near leaking gamma radiation
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der Erfindung erreicht durch sich konzentrisch umhüllende · Kegelstumpfmäntel aus Schwermetall, deren strahlendurchlässige Luftzwischenräume von innen nach außen breiter werden. Vorteilhaft ist es dabei, wenn sich der Luftzwischenraum zwischen zwei Kegelstumpfmänteln von der dem Kristall zugekehrten Seite zu der dem Kristall abgewandten Seite verkleinert. Die Ausbildung eines Szintigrafie-Kollimators nach der Erfindung erfolgt in der Weise, daß die den Kegelstumpfmänteln zugeordneten virtuellen Kegelspitzen auf einer in Kegellängsachse liegenden Linie liegen. Eine Weiterbildung des Kollimators nach der Erfindung besteht darin, daß er in Längsachsenrichtung undurchlässig für Gammastrahlung ist. Dazu ist es zweckmäßig, daß er in der Mitte einen Zylinder oder Kegelstumpf aus Schwermetall enthält, um den herum die Kegelstumpfmäntel angeordnet sind. Nach einem weiteren Erfindungsgedanken bestehen die Schwermetallteile vorteilhafter Weise aus abgereichertem strahlungsarmen Uran.of the invention achieved by concentrically enveloping truncated cone shells made of heavy metal, their radiolucent The air gaps become wider from the inside out. Advantageous it is when the air gap between two truncated cone shells is from the side facing the crystal reduced to the side facing away from the crystal. The formation of a scintigraphy collimator according to the invention takes place in such a way that the truncated cone jackets associated virtual cone tips lie on a line lying in the longitudinal axis of the cone. A further development of the collimator according to the invention is that it is impermeable to gamma radiation in the longitudinal axis direction. For this purpose it is useful that he contains in the middle a cylinder or truncated cone made of heavy metal, around which the truncated cone shells are arranged. According to a further idea of the invention, there are heavy metal parts advantageously from depleted, low-radiation uranium.
In der Zeichnung ist das Prinzip eines Kollimators nach der Erfindung an eiηem/Längsschnitt dargestellten Auaführungsbei— spiel gezeigt. Der Kollimator 1, auf dem der Szintillationskristall 2 aufsitzt, besteht aus einer Anzahl von Kegelstumpfmänteln 3i die konzentrisch um einen Zylinder 4 herum angeordnet sind. Kegelstumpfmäntel und Zylinder sind aus einem Material mit einer hohen Ordnungszahl, also vorzugsweise aus Schwermetall gefertigt. Die Breite der Luftexntrxttsspalte 5» von der Strahlungsquelle her gesehen, nimmt mit zunehmendem Radius der kreisförmigen Spalte, d. h. von innen nach außen, zu. Dies ist notwendig, weil die aus der Tiefe eines Organes oder Gegenstandes kommende Gammastrahlung längs ihres Weges zum Kollimator eine tiefenabhängige Absorption erfährt. Um diese Gewebe- oder Material-Absorption in etwa zu kompensieren, ist es notwendig, die Breite der durchlässigen Luftspalte nach außen hin breiter zu wählen, weil die Verlängerung der Kollimatormpntpl jeweils einen entsprechenden Punkt 6 in der TiefeIn the drawing, the principle of a collimator according to the invention is shown in a longitudinal section. game shown. The collimator 1 on which the scintillation crystal 2 rests consists of a number of truncated cone shells 3i which are arranged concentrically around a cylinder 4 are. Truncated cone jackets and cylinders are made of a material with a high atomic number, that is, preferably made of Heavy metal made. The width of the air vent, seen from the radiation source, increases with increasing Radius of the circular gap, d. H. inside out, too. This is necessary because from the depths of an organ or gamma radiation coming from the object experiences depth-dependent absorption along its path to the collimator. Around To compensate for this tissue or material absorption, it is necessary to adjust the width of the permeable air gap to be wider on the outside, because the extension of the collimator component each a corresponding point 6 in the depth
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. - 5 des Organes 7 oder Gegenstandes schneiden.. - Cut 5 of the organ 7 or object.
Wenn man jeden Kegelmantel einer bestimmten Organ- oder Gegenstandstiefe zuordnet, so entsteht ein System von Kegelmänteln unterschiedlicher Steigung, deren Spitzen in einem zylindrischen Volumen 8 innerhalb des Organes oder Gegenstandes konvergieren. Damit entsteht die gewünschte säulenähnliche Isoresponse-Verteilung, wie sie zur Szintigrafie eines dicken ,Organs oder Gegenstandes notwendig ist, wenn als Nebenbedingung gefordert wird, daß kollimatornahe und kollimatorferne !Teile des Organs mit gleicher Darstellungswahrscheinlichkeit wiedergegeben werden sollen.If you consider each cone shell of a certain organ or object depth assigns, the result is a system of conical shells of different pitch, the tips of which in a cylindrical Volume 8 converge within the organ or object. This creates the desired column-like isoresponse distribution, as used for the scintigraphy of a thick organ or object is necessary if a secondary condition stipulates that parts of the organ that are close to and away from the collimator must also be included should be reproduced with the same representation probability.
Wenn, man eine solche zylindrische oder säulenförmige Isoresponse-Linien-Verteilung anstrebt, ist es unerläßlich, die zentrale Bohrung auszuschließen, d. h. es ist notwendig, diejenigen Teile des Kollimators, die den geringsten Abstand zum Gegenstand oderIf so, one has such a cylindrical or columnar isoresponse line distribution aspiring, it is essential to be the central Exclude drilling, d. H. it is necessary to select those parts of the collimator that are the closest to the object or
Organ haben, strahlenundurchlässig zu machen, um zu verhindern, daß diese durch das Quadratgesetz begünstigten Strahlungsdurchlässe wieder in unerwünschter Weise eine bevorzugte Darstellung der kollimatornahen Anteile des Strahlungsfeldes des Organs oder Gegenstandes und damit eine bevorzugte Darstellung der zugehörigen Gewebe- oder Materiepartien hervorrufen. Die durch die TerSchliessung des zentralen Anteiles des Kollimators hervorgerufene Verringerung der Bmpfindlichkeit wird jedoch durch die ringförmigen Luftmäntel innerhalb des Kollimators gegenüber den Einzelbohrungs^ Kollimatoren erheblich verbessert, so daß insgesamt ein Kollimator nach der Erfindung ein durchschnittlich weitaus höheres Ansprechvermögen des Detektors ergibt.Organ have to make radiopaque in order to prevent these radiation passages favored by the law of squares from again undesirably causing a preferred representation of the parts of the radiation field of the organ or object close to the collimator and thus a preferred representation of the associated tissue or material parts. The reduction in sensitivity caused by closing the central part of the collimator is, however, considerably improved by the ring-shaped air jackets within the collimator compared to the single-bore collimators, so that overall a collimator according to the invention results in an average far higher response of the detector.
Im Interesse einer möglichst guten Auflösung von Details Innerhalb eines Organs oder Gegenstandes ist es wünschenswert, die kegelstumpfmantelförmigen Schwermetallschichten von möglichst geringer Dicke zu wählen, damit durch eine Vielzahl derartiger kegelförmiger Luftspalte eine gute Abbildungsschärfe erzielt wird. Diese Tendenz findet jedoch ihre Begrenzung in der Ordnungszahl des Materials j also vorzugsweise des Bleies, Wenn nämlich In the interest of the best possible resolution of details within of an organ or object, it is desirable to remove the truncated cone-shaped heavy metal layers of as much small thickness to choose, thus through a large number of such conical air gap a good sharpness of the image is achieved. However, this tendency is limited by the atomic number of the material j, preferably lead, namely if
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die Bleischichten, aus denen üblicherweise die Kegelstumpfmantel bestehen, von der intensiven Gammastrahlung durchstrahlt werden, so hat der Kollimator keine guten Fokussierungseigenschaften mehr» Die Dicke dieser S ch'.ver me tall schicht en muß der Energie in etwa proportional gewählt werden. Es ist daher sinnvoll und zweckmäßig, vom Material Blei abzugehen auf Materialien höherer Ordnungszahlen. Wegen des Preises und der Verfügbarkeit empfiehlt es sich nicht, diese kegelmantelformxgen Schwermetallschichten aus Gold oder Platin zu fertigen, obwohl dies vom Absorptionsvermögen her ideal wäre'. Es hat sich erfindungsgemäß als zweckmäßig erwiesen, auf einen Stoff überzugehen, dessen Verfügbarkeit und dessen Preis eine vernünftige Relation zum erwünschten Effekt darstellt. Dies ist abgereichertes Uran in einer Form, wie es heute von kernbrennstoffverarbeitenden Firmen erhältlich ist. Bei Berücksichtigung der in Betracht kommenden Gammaenergien der zur Darstellung verwendeten Gammastrahlung kann damit gerechnet werden, daß bei Verwendung von abgereichertem Uran die halben Wandstärken der Schwermetallkegelstumpfmäntel die gleiche Absorption haben wie ein aus Blei gefertigter Kegelstumpfmantel. Bei gleicher Absorption im Material kann also ein Kollimator aus abgereichertem Uran in etwa ein um den "Faktor 2 besseres geometrisches Auflösungsvermögen erbringen.the lead layers that usually make up the truncated cone exist, are penetrated by the intense gamma radiation, the collimator does not have good focusing properties more »The thickness of these metal layers must be chosen roughly proportional to the energy. It therefore makes sense and expedient to move away from the material lead to materials with higher atomic numbers. Because of the price and availability It is not advisable to manufacture these cone-shaped heavy metal layers from gold or platinum, though this would be ideal in terms of absorption capacity '. According to the invention, it has proven to be expedient to switch to a substance its availability and its price a reasonable one In relation to the desired effect. This is depleted uranium in a form that is used today by nuclear fuel processing companies Companies is available. Taking into account the gamma energies in question for the representation The gamma radiation used can be expected to result in half the wall thickness of the when using depleted uranium Heavy metal truncated cone jackets have the same absorption as a truncated cone jacket made of lead. With the same absorption a collimator made of depleted uranium can have a geometrical effect that is approximately "a factor of 2 better" in the material Provide resolving power.
6 Seiten Beschreibung
6 Patentansprüche
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