DE2554668C3 - Einrichtung zum Lokalisieren und Grobidentifizieren eines radioaktiven, in einer Wunde deponierten Uran- und/oder Transuranisotopes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Einrichtung ist aus »Strahlentherapie!*, Bd, 146.4, 1973, S. 422-432, bekannt.

Die Anwendung radioaktiver Isotope ist in allen Bereichen der Technik und der Wissenschaft in starkem Ansteigen begriffen, so daß ein ständig wachsen* der Personenkreis einem Unfallrisikö mit kontaminierten Verletzungen ausgesetzt ist. Dabei sind langlebige, hochradiotoxische Radionuklide, wie sie vorwiegend in der Kernbrennstoffe verarbeitenden Industrie sowie bei der Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen anfallen, von besonderer Bedeutung. Die Zahl der Unfälle, die zu kontaminierten Wunden führen, ist im Vergleich zu konventionellen Verletzungen relativ klein, erfordert jedoch besondere medizinische Beachtung, weil die Resorption radioaktiven Materials über eröffnete Lymphspalten und Blutgefäße die Gefahr einer Inkorporation mit

in Schädigung des Gesamtorganismus beinhaltet. Das gilt insbesondere für die langlebigen und radiotoxischen Isotope der Transurane, die als Knochensucher bekannt sind. Der Nachweis dieser Radionuklide in einer Wunde ist nur durch Messung ihrer Strahlung mit geeigneten Detektoren möglich, da bereits nicht ■mehr wägbare Mengen strahlenbiologische Grenzwerte darstellen.

Das chirurgische Vorgehen bei der Behandlung einer kontaminierten Verletzung ergibt sich aus Art und Umfang der Verletzung sowie Höhe, Ausdehnung und

Art der Radioaktivität und der Lage des Wunddepots.

Problematisch ist das Messen der Alpha-Strahlung

aus dem Wunddepot, da deren Reichweite infolge der

Strahlenabsorption im Gewebe, Wundsekret und Wundkoagula z. B. für Plutonium 239 nur ca. 40 μηι bei einer Energie von 5 MeV beträgt.

Der Nachweis von Beta- oder Gumma-Strahlen stellt meßtechnisch Keine Schwierigkeiten dar, da hier die Strahlenabsorption im Gewebe wesentlich gerin-

ger ist. Deshalb wird (Strahlentherapie 146,4 [1973] Seiten 422-432) die bei Alpha-Strahlern auftretende niederenergetische Röntgen- oder Gamma-Strahlung zum Nachweis eines radioaktiven Wunddepots benutzt.

Bei dieser bekannten Einrichtung erfolgt die Messung der niederenergetischen Röntgen- und Gammastrahlung mit Szintillationszähler^ Dabei sind die Detektoren aus konstruktiven Gründen so bemessen, daß die Messungen nur an der Hautoberfläche, nicht

■fo aber in der Wunde erfolgen könnet*. Der zum Entfernen des radioaktiven Wunddepots erforderliche chirurgische Eingriff muß in seiner räumlichen Ausdehnung weitgehend eingeschränkt werden. Das setzt jedoch ein möglichst genaues Lokalisieren des Wund-

•15 depots voraus. Je ungenauer die Lagebestimmung ist, um so größer muli aus Gründen der Sicherheit das Operationsfeld sein und um so weniger sind Amputationen auszuschließen. Es ist also im Interesse der Erhaltung der Gesun<'heit und der vollen Arbeitsfähig-

V) keit des Patienten dringend geboten, den chirurgischen Eingriff auf den unbedingt notwendigen Umfang zu begrenzen.

Es ist auch ein Strahlcnmonitor bekannt (»Electronic Engineering«. Band 38. 1966, Februar.

Vi Seite 136), der neben einer visuellen Anzeige die Intensität der jeweils auftretenden Strahlung fur Alpha-, Beta- und Gammastrahlung unterschiedliche akustische Signale erzeugt, wobei jeder Strahlungsart eine vorbestimmte Tonfrequenz fest zugeordnet ist Dieser

bo bekannte Strahlenmonitor ermöglicht zwar über das akustische Signa! eine ürobiüentifi^icrung tter Strahlenquelle, nicht aber die Bestimmung der räumlichen Lage derselben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die be-

kannte Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzten Art so auszubilden, daß sie bei leichter Bedienbarkeit alle erforderlichen Informationen über Lage und Art des radioaktiven

Wunddepots mit hinreichender Empfindlichkeit und Ortsauflösung liefert, ohne daß dabei eine visuelle Beobachtung von Instrumenten oder Anzeigeeinrichtungen erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Ausbildung gelöst.

Dabei hat es sich im Sinne einer Arbeitserleichterung und Abkürzung der Untersuchung als besonders vorteilhaft erwiesen, daß die Ausgangssignale der Detektoren in tonfrequente Signale umgesetzt und als akustische Orientierungshilfe verwendet werden können, Detektorimpulse in akustische Signale vorbestünmter fester Tonfrequenzen umgesetzt werden, daß aus einer Vielzahl möglicher Tonfrequenzen eine oder mehrere vorbestimmte Tonfrequenzen und daß durch Ausrichten der Achse des Detektors auf das Wunddepot die Zahl der Impulse des akustischen Signals maximiert werden kann.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß auch kleinste Partikel radioaktiven Materials mit einer Aktivität von 2 nCi, die bei der Handhabung in eine Wunde gelangt sind und dort ein Wunddepot gebildet haben, ihrer Lage nach bis auf ein Volumen von ca. 20 mm^! bestimmt werden können. Die für das Auffinden erforderliche Zeit ist auf die Größenordnung von einigen Minuten herabgesetzt. Der zum Entfernen des radioaktiven Wunddepots notwendige Eingriff kann infolge der genauen Ortsbestimmung auf die unmittelbare Umgebung des Wunddepots beschränkt bleiben. Dadurch können in Grenzfällen Amputationen vermieden und Komplikationen durch Eindringen radiotoxischen Materials in die Blutbahn weitgehend ausgeschlossen werden. Die Möglichkeit zum schnellen Grobidentifizieren in eine Wunde eingeschlossener radiotoxischer Fremdkörper erhöht die Sicherheit des behandelnden Arztes in bezug auf die Wahl der geeigneten Maßnahmen und Mittel. Die einfache Bedienbarkeit der Einrichtungerlaubt es dem Arzt, sich voll der Diagnostik und Therapie zu widmen. Die Möglichkeit zum Registrieren von Mebergebnissen sichert den Verlauf der Behandlung des Patienten dokumentarisch ab.

An einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung, das in der Zeichnung dargestellt ist, wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte Ansicht der Einrichtung, Fig. 2 den Längsschnitt eines Detektors.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung für die medizinische Diagnose einer mit radioaktiven Substanzen kontaminierten Verletzung besteht im wesentlichen aus einem Tisch 1, der durch Rollen 2 fahrbar und durch Feststeller 3 arretierbar ist. Auf der Deckplatte 4 des Tisches 1 ist eine Vorrichtung 5 zum Halten von Detektoren 6 angeordnet, die aus einem um eine vertikale Achse 7 drehbaren und gegen diese Achse geneigten Schwenkarm 8 besteht, an dessen Kopfteil 9 drei um eine vertikale Achse 10 drehbare Arme Il angebracht sind. Diese Arme 11 können in einer frei wahlbaren Ebene der Achse 10 um horizontale Achsen 12 nach oben und unten bewegt werden. Eine Parallelführung der Arme 11 sorgt für eine von der Stellung des Armes unabhängige horizontale Lage einer den Detektor 6 aufnehmenden gabelförmigen Halterung 13. Die Bewegungen um die Achsen 7,10 und 12 können in vorbestimmten frei wählbaren Stellungen elektromagnetisch blockiert werden.

Auf die Deckplatte 4 des Tisches 1 ist ferner eine Halterung 14 mit einem feststellbaren kanonischen Gelenk 15 montiert, in deren Schienen 16 ein Alpha-Beta-Monitor 17 einsteckbar ist.

Eine Steuereinheit 18 mit dem Steuerfeld 19 zum Bedienen des Wundmeßplatzes und einem Anzeigefeld 20 zum Anzeigen von Meßergebnissen, ein Vielkanalanalysator 21 zum Aufnehmen von Energiespektren, ein Tastenfeld 22 mit Schaltern 23 zum Anwählen vorbestimmter Meßkanäle und zum Arretieren der Schwenkarme und ein Drucker 24 zum Registrieren von Meßwerten sind zu einer Baugruppe zusammengefaßt, die um eine vertikale Achse 25 um ca. 270 Grad schwenkbar auf der Deckplatte 4 angeordnet ist. Ein Zwischenboden 26 unterhalb der Deckplatte 4 nimmt einen nach beiden Seiten herausziehbaren XY-Schreiber 27 zum Registrieren von Spektrogrammen und eine elektronische Meßwertverarbeitungseinheit 28 auf. An beiden Seiten der Steuereinheit 18 befinden sich Buchsen 29 zum Anschließen tines Kopfhörers. Die Geräte sind auf der Deckplatte 4 des Tisches 1 so angeordnet, daß deren gute Bedienbarkeit auf jeder Seite dta Operationstisches sichergestellt ist und der Arzt auch beim Handhaben des Wundmeßplatzes den Patienten ständig im Blickfeld hat.

Auf !!im Steuerfeld 19 ist zum Steuernder Einrichtung für jede Funktion ein Berührungstaster und ein dazugehöriges Leuchtfeld vorgesehen. Einem oder mehreren der Vorbereitung einer Funktion dienenden Berührungstaster ist jeweils ein Starltaster zugeordnet. Fehlbedienungen werden erkannt und nicht ausgeführt. Die Berührungstaster sind mit hochohmigen MOS-FET-Halbleitern realisiert, für die der Übergangswiderstand der Hautoberfläche praktisch einen Kurzschluß bedeutet.

Das Steuerfeld 19 ist mit Leuchtfeldern und Berührungstastern für folgende Funktionen ausgerüstet: Alpha-Beta-Monitor, Vorbereitung 30, Start 31, Spektrogrammaufnahme Vorbereitung 32, erster Detektor Vorbereitung 33, zweiter Detektor Vorbereitung 34, dritter Detektor Vorbereitung 35, Start 36; XY-Schreiber Vorbereitung 37, Zählratenbestimrnung Vorbereitung 38, Drucker Vorbereitung 39, Startkanal einstellen 40, Endkanal einstellen 41, Start 42, Test 43. Reset 44.

Auf einem Feld 45 Jes Anzeigefeldes 20 wild die Meßzeit in Sekunden oder bei Meßwertregistrierung die Nummer des Meßkanals angezeigt. Ein Feld 46 zeigt bei Meßwertregistrierung den Inhalt des auf dem Feld 45 angezeigten Kanals und bei Alphamessung die Impulsrate.

Mit dem Wundmeßplatz können folgende Messungen an und in einer radioaktiven kontaminierten Wune¹,,· Ausgeführt werden:

1. Zählratenmessung mit dem Alpha-Beta-Monitor 17 an de,· Wundoberfläche,

2. Spektrometrische Untersuchungen in d.τ Wunde mit einem ersten NaJ-Detektor für Energien unter 100 keV ohne Ortsauflösung, mit einem zweitem NaJ-Detektor für Energien unter 6ü keV mit grober Ortsauflösung und mit einem dritten NaJ-Detektor für Energien unter GO keV mit feiner Ortsauflösung,

3. Registrieren des Energiespektrums mit dem XY-Schreiber 27 und/oder dem Drucker 24,

4. Bestimmen der Zählrate in einem frei wählbaren, vorbestimmten Enefgicbefeich.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen der als

Wundsonde eingesetzten Detektoren 6. Am Kopf des Detektors ist in einem napfförmigen Kristallhalter 6ö aus Aluminium, dessen Stirnseite als Fenster 61 ausgebildet ist und mit einer Aluminiumfolie von 50 μπι Dicke verschlossen ist, als Energiewandler zum Umsetzen der vom Wunddepot ausgehenden niederenergetischen Röntgen- und Gammastrahlung in Lichtimpulse eiii mit Thallium aktivierter Natriümjodid-Kristall 62 eingesetzt. Beim Zerfall von Plutonium 239 bildet sich Uran 235, das bezogen auf die Gamma- to strahlung etwa 5% niederenergetische Röntgen- und Gammastrahlung im Energiebereich von 13 bis 21 keV, insbesondere um 17 keV emittiert. Die Halbwertreichweite der niederenergetischen Röntgen- und Gammastrahlung beträgt im Zellgewebe etwa 5 mm, die der emittierten Alphapartikel bei 5 MeV nur 0,04 mm, so daß der Nachweis von Alphastrahlern irrt wesentlichen über die niedereiiergetische Röntgen- und Gammastrahlung erfolgt.

!Der Nstriuni'odid-Kristsl! 62 ist 1 ϊτϊγπ dick. Dsr Durchmesser der Scheibe bestimmt die Empfindlichkeit der Sonde und beträgt 12 mm bei dem ersten Detektor, 6 mm beim zweiten Detektor und 3 mm beim dritten Detektor. Dabei ist das Ortsauflösungsvermögen um so größer, je kleiner der Durchmesser des Kristalls ist. Durch Austauschen des Kristalls von 12 mm Durchmesser und I mm Dicke gegen ein Kristall von 12 mm Durchmesser und 1 mm Dicke wird der erste Detektor für Energien im Bereich bis zu 1 MeV verwendbar. Das gute Ortsauflösungsvermögen des Detektors ergibt sich insbesondere aus der Tatsache, daß bei der vorgeschlagenen Kristallgeometrie bei einem Abstand von der Kristalloberfläche in der Größenordnung des Krisfälldürchfnessers die Empfindlichkeit auf etwa 10% des an der Kristalloberfläche auftretenden Wertes abfällt. Werden also Detektoren 6 mit immer kleineren Kristalldurchmessern mit Hilfe des Kopfhörers so eingestellt, daß sich eine maximale impulszahl ergibt, so muß das Wunddepot Vor dem Zentrum des Kristalls in einem dessen Durchmesser entsprechenden Bereich Hegen.

Der Kristallbehälter 60 ist mit einem Sondenrohr 63 verklebt, das leicht lösbar an ein Hüllrohr 64 von ca. 23 mm Durchmesser angeschlossen ist, das einen mit einer selbstklebenden Mumetall-Folie 65 magnetisch abgeschirmten Photomultiplier 66 aufnimmt, dessen Photokathode 67 mit dem Natriumjodid-Kristall 62 über einen starren Lichtleiter 68 verbunden ist. Zur besseren optischen Kopplung ist der Raum zwischen dem Kristall 62, dem Lichtleiter 68 und der Photokathode 67 mit einem Silikonöl gefüllt.

Ein Sⁿ2nnun^asteiler 69 ist als Di?kft!m-Widerstandsnetzwerk ausgeführt der Vorverstärker ist in der elektronischen Meßwertverarbeitungseinheit 28 angeordnet. Dadurch wird Größe und Gewicht der Wundsonde im Interesse einer besseren Handhabung wesentlich herabgesetzt.

Bei einer Meßzeit von 100 Sekunden besitzen alle Detektoren 6 eine Empfindlichkeit von ca. 1 nCi für eine piinktförmige Plutonium 239-Quelle.

Die Sifcrilität des Detektors wird durch Aufbringen eines sterilen Lackes auf denselben sichergestellt, der an der Luft zu einer Folie erhärtet, welche leicht wieder abziehbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Lokalisieren und Grobidentifizieren eines radioaktiven, in einer Wunde deponierten Uran- und/oder Transuranisotops mit einem Alpha-Beta-Monitor und mehreren Detektoren für niederenergetische Röntgen- und Gammastrahlung, mit einer arretierbaren Vorrichtung zum Aufnehmen mehrerer Detektoren, mit Mitteln zur elektronischen Verarbeitung der Detektorimpulse, die einen Vielkanalanalysator zum Aufnehmen der Spektralverteilung der Röntgen- und Gammastrahlung einschließen, mit einem XY-Schreiber und einem Drucker zum Darstellen der Meßergebnisse, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (6) ein in vorbestimmter Weise aufeinander abgestimmtes Ortsauflösungsvermögen für niederenergetische Röntgen- und Gammastrahlung aufweisen, daß die Vorrichtung (7 bis 13) zum Halten der Detektoren (6) einen um eine vertikale Achse (7) drehbaren und gegen diese Achse (7) geneigten Schwenkarm (8) aufweist, daß am freien Ende des Schwenkarms (8) mehrere unabhängig voneinander bewegbare Arme (11) mit je einer gabelförmigen Halterung (13) für einer, Detektor (6) angebracht sind, in der der jeweilige Detektor (6) vollkardanisch eingespannt ist, und daß die Mittel zur elektronischen Verarbeitung eine Vorrichtung zur Umsetzung der Detektorimpulse in akustische Signale aufweisen.

2. Einrichtung nach Ansf-uch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkarm (8) und jeder der an diesen angeschlossenen ·\ππε (11) in einer frei wählbaren, vorbestimmten räumlichen Lage arretierbar isl.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Auswahlschaltung ein erster Arm (11) der Vorrichtung (5) zum Halten der Detektoren (6) entriegelbar und gleichzeitig ein zweiter und ein dritter Arm (11) arretierbar sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (6) so ausgebildet sind, daß jeweils einer der Detektoren (6) zum Bestimmen der raumlichen Lage des Wunddepots in die Wunde einführbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Alpha-Beta-Monitor (17) in Führungsschienen (16) einer Halterung (14) einsteckbar ist, und daß diese Halterung (14) ein feststellbares kardanisches Gelenk (15) aufweist.