NL1003081C2

NL1003081C2 - Convergerende collimatoren gecombineerd met bewegende energievensters en virtueel kleine puntbronnen voor het maken van betere transmissieopnamen van objecten die gammastraling uitzenden.

Info

Publication number: NL1003081C2
Application number: NL1003081A
Authority: NL
Inventors: Frederik Johannes Beekman
Original assignee: Frederik Johannes Beekman
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 1997-11-18
Also published as: EP1007989A1; WO1997043667A1; ATE233910T1; AU2653797A; CA2253817A1; US6324258B1; DE69719569D1; AU730166B2; JP2001503508A; EP1007989B1

Description

-1-

Convergerende collimatoren gecombineerd met bewegende energievensters en virtueel kleine puntbronnen voor het maken van betere transmissieopnamen van objecten die gammastraling uitzenden.

5 De uitvinding heeft betrekking op het maken van tomografische afbeeldingen. Met behulp van Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) wordt een verdeling van gammastralers in een object (3) afgebeeld met een gammacamera (1). Een dergelijk object kan organen en weefsels bevatten die straling uitzenden. De gammacamera maakt hiertoe een groot aantal emissie-opnamen 10 uit verschillende richtingen. Daarna is men met behulp van geavanceerde berekeningen (reconstructies) in staat doorsneden van de concentratieverdeling van een radioactieve stof in een object (meestal een patient) te berekenen. Om verschillende redenen is het van belang tegelijk met de emissie-afbeelding een transmissie-afbeelding te maken van het object (3). Hiertoe wordt een radioactieve bron (4) 15 geplaatst aan de andere zijde van het af te beelden object (3) als waar de gammacamera zich bevindt. Het emiterende object bevindt zich dan dus tussen de bron en de gammacamera. Met gelijktijdige of sequentiele opnamen van emissie-en transmissie-straling is het mogelijk simultaan of vrijwel simultaan de opnamen, nodig voor het emissietomogram en het transmissietomogram, te verzamelen. Het 20 transmissietomogram kan dan bijvoorbeeld dienen om het emissietomogram te corrigeren voor verzwakking van gammastraling in het object (e.g.[l]).

Diverse bron-collimator-combinaties zijn in het verleden beschreven om gecombineerde emissie-transmissie tomografie-opnamen te maken. In de vroege ontwikkeling werd de vlakke bron gecombineerd met de parallelle collimator (2). 25 Een collimator die naar een lijn convergeert (de zogenaamde fan-beam collimator (4), waarbij de gaten in de collimator in een richting parallel staan en in de andere richting wijzen naar een lijn) of een collimator die in beide richtingen een verschillende focuslijn heeft (de astigmatische collimator) wordt in SPECT-systemen meestal gecombineerd met een lijnbron voor transmissiedoeleinden. De 1003081 -2- lijnbron (6) bevindt zich dan in de focuslijn van zo’n collimator. In geval van de cone-beam geometrie, waar alle gaten naar een punt kijken, kan een puntbron (8) in het focuspunt geplaatst worden om een transmisie-opname te maken [3]. De voordelen van de convergerende collimatoren zijn dat er ten eerste veel minder ra-5 dioactiviteit nodig is om de transmissiebron te fabriceren dan het geval is bij parallelle collimatoren, en ten tweede dat de emissieopname gelijktijdig verbeterd kan worden omdat convergerende collimatoren meer fotonen tellen dan parallelle collimatoren. Een recent overzicht van gecombineerde emissie-transmissie-tomografie met diverse collimatoren kan men vinden in [1].

10 Een van de problemen in gecombineerde emissie-transmissie-tomografie is dat er fotonen van de transmissiebron in het emissiebeeld terecht komen. Daarnaast kunnen er ook fotonen van het af te beelden object in het transmissiebeeld komen. Dit leidt tot beelddegradatie. Verder zijn beelden, gemaakt met een convergerende collimator, qua scherpte en ruiseigenschappen in het algemeen superieur 15 aan beelden die opgenomen zijn met een parallelle collimator.

Voor parallelle collimatoren hebben Tan et al. [5] een methode gepubliceerd om een betere scheiding te krijgen tussen het emissie- en transmissiebeeld dan met een vlakke bron mogelijk is. Deze geometrie kan straling van emissie en transmissie scheiden door gebruik te maken van een bewegend energievenster 20 (9) samen met een bewegende lijnbron (10). De pijlen (p) geven een mogelijke bewegingsrichting aan. De bewegingssnelheden van de bron en het venster zijn in principe gelijk. In de praktijk blijkt dat met parallelle collimator een bijzonder lage hoeveelheid fotonen van de transmissiebron in het bewegende energievenster komt ten opzichte van systemen die met een cone- of fan-beam geometrie werken. 25 Dit leidt tot een ruizig en onscherp transmissiebeeld, dat bijzonder gevoelig is voor fotonen uit het af te beelden object. In de nu volgende tekst beschrijf ik systemen die bovengenoemde nadelen in veel mindere mate hebben. Deze maken zowel gebruik van een convergerende collimator als van een bewegend energie venster. Daarnaast wordt een oplossing geboden voor het probleem van de te 1003081 -3- grote afstand tussen het object en de gammacamera. Deze afstand is voor dit soort systemen nodig in het geval dat twee haaks op elkaar staande camera’s gebruikt worden. Tot slot wordt een oplossing aangedragen voor verminderde resolutie tengevolge van de brongrootte.

5 1 Fan-beam collimator met bewegend energie venster en bewegende puntbron

Om de telsnelheid gedurende de transmissie-opname te verhogen, wordt de parallelle collimator (2) vervangen door een fan-beam collimator (5). De bewegende lijnbron (10) wordt nu vervangen door een bewegende puntbron (111). De be-10 weging van de puntbron is in hoofdzaak langs de focale lijn van de fan-beam collimator. Om verstrooiing en onnodige stralingsdosis te voorkomen bevindt de puntbron zich in een absorberende houder met een opening aan de cameraz-ijde, zodanig dat voornamelijk het bewegende energievenster door de puntbron bestraald wordt.

15 1.1 Twee halve fan-beams met bewegende puntbronnen

Om te voorkomen dat, in geval van twee haaks op elkaar staande gammacamera’s (11) en (12), en de voorgestelde fan-beam, slechts een gedeelte van de patient wordt gezien door de ene camera als deze dicht tegen de camera ligt is de opstelling met asymetrische fan-beams (13) en (14) zoals voorgesteld door King et.al. [1] 20 Dit was niet gecombineerd met het gebruik van bewegende bronnen (15) en (16), zoals in deze octrooiaanvraag wel het geval is. De bewegingen van de bronnen zijn wederom in hoofdzaak langs de focale lijnen van beide fan-beam collimatoren.

1003081 —4— 2 Cone-beam collimator met puntbron achter bewegende opening in combinatie met bewegend energievenster

Een cone-beam collimator die gebruik maakt van een kleine bron (17) in combi-5 natie met een absorberend medium met een bewegende opening (18) (roterend of translerend), staat ervoor borg dat hoofdzakelijk het bewegende energievenster (9) aangestraald wordt. Manglos [3,4] stelde cone-beam voor met een puntbron, maar combineerde het niet met een bewegende opening en een bewegend energievenster.

io 2.1 Twee kwart cone-beam collimatoren

Conebeamcollimatie kan voor kleinere organen of lichaamsdelen zoals SPECT van de hersenen gebruikt worden. Teneinde de afstand tot de patient te verkleinen (voor het verkrijgen van een scherper beeld) en de gehele hersenen zonder afkap-ping in beeld te krijgen, stelden Li et al. een halve cone-beam collimator voor [2]. 15 Met de twee haaks op elkaar staande koppen is een halve cone-beam niet toereikend om het hoofd optimaal af te beelden, omdat de afstand tussen het hoofd en een van de koppen dan moet toenemen en derhalve onscherpte ontstaat. Daarom stel ik twee kwart cone-beam collimatoren (26 en 27) voor. Deze kunnen in combinatie met de hierin eerder voorgestelde bronnen met bewegende spleten (21 en 20 22) en bewegende energievensters (23 en 24) gebruikt worden. Hierdoor kan het object dicht bij beide koppen (11 en 12) geplaatst worden zonder dat het af te beelden object uit het beeldveld van de cone-beam collimator valt. Een mogelijke rotatie-as voor de gammacamera’s wordt gerepresenteerd door (25).

Andere asymetrieën dan een exacte kwart-cone kunnen ook gebruikt worden, 25 bijvoorbeeld bij andere hoeken tussen de gammacamera’s, 1003081 -5- 3 Verhoogde scherpte en verhoogde transmissie-intensiteit door bron achter plaatje met conisch gat te zetten

De grootte van de gebruikte bron bepaalt in belangrijke mate de scherpte van 5 de afbeelding bij transmissie tomografie. Het maken van een bijzonder kleine geconcentreerde bron kan op tal van problemen stuiten. Ik stel voor hetzelfde effect te bereiken door de bron (28) achter een plaatje (32) te zetten, waarvan het gat de gewenste brongrootte heeft. Zo is het mogelijk de sterkte van de straling richtingsafhankelijk te regelen. Dit heeft een bepaald intensiteitsprofiel tot gevolg 10 dat bepaald kan worden door de keuze van de bronvorm. In geval van cone-beam collimatie bevindt het gat zich tussen de bewegende opening (29) en de bron. Voor de situatie van een cone-beam collimator met plaat (30) met bewegende spleet (29) is de methode in beeld gebracht. Door meer radioactief materiaal aan de achterzijde van de bron (28) toe te voegen kan de hoeveelheid straling in een 15 bepaalde richting versterkt worden. De gammacamera ontvangt zo alleen straling van het gebied dichtbij de stippellijn die de bron doorsnijdt. Dit gebiedje heeft een lengte als aangegeven door (33). De bundelbreedte en emissiesterkte kan onder andere geregeld worden door gatgrootte in het sterk absorberende plaatje (32), door de bronvorm, en de afstanden tussen bron, het sterk absorberende 20 plaatje en het bewegende plaatje (30) met de opening (29). De schuinte van het conische gat aan de voorkant van het sterk absorberende plaatje bepaald mede welk deel van de gammacamera nog bestraald wordt.

Referenties [1] M. A. King, B.M.W. Tsui, and T.S. Pan. Attenuation compensation for car-25 diac single-photon emission computed tomographic imaging: Part 1, impact 1003081 -6- of attenuation and methods of estimating attenuation maps. J. Nucl. Card., 2:513-524, 1995.

[2] J. Li, R. J. Jaszczak, A. van Mullekom, C. Scarfore, K. L. Greer, and R. E. Coleman. Half-cone beam collimation for triple camera SPECT systems. J.

5 Nucl. Med., 37:498-502, 1996.

[3] S. H. Manglos, D. A. BassanO, C.E. Duxbury, and R.B. Capone. Attenuation maps for SPECT determined using cone beam transmission computed tomography. IEEE Trans. Nucl. Sci., 37:600-607, 1990.

[4] S. H. Manglos, G. M. Gagne, F. D. Thomas, and R. Narayanaswamy. Trans-10 mission maximum-likelihood reconstruction with ordered subsets for cone beam CT. Phys.Med.Biol, 40:1225-1241, 1995.

[5] P. Tan, S.R. Bailey, S.R. Meikle, S. Eberl, R.R. Fulton, and B.F. Hutton. A scanning line source for simultaneous emission and transmission measurements in SPECT. J. Nucl. Med., 34:1752-1759, 1993.

1003081

Claims

1. Gammacamera met vlakke transmissiebron en parallelle collimatie

1. Inrichting voor het met behulp van straling vervaardigen van transmissieop-namen van een object (3), omvattende: een stralingsbron (111; 15, 16; 17); een voor de straling van deze stralingsbron (111; 15, 16; 17) gevoelige camera (1; 11, 5 12); een voor de camera (1; 11, 12); opgestelde collimator(5; 13, 14; 7; 26, 27) waarbij tijdens het maken van een opname de camera (1; 11, 12) wordt belicht volgens een in hoofdzaak lijnvormig bestralingspatroon dat in hoofdzaak loodrecht op zichzelf wordt verplaatst; met het kenmerk: dat de collimator (5; 13, 14; 7; 26, 27) een gefocusseerde collimator is, en dat de stralingsbron in 10 hoofdzaak een puntbron is.

2. Gammacamera met lijnbron en fan-beam collimatie

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de collimator (5) een fan-beam collimator is, en waarbij de stralingsbron (111) verplaatsbaar is langs de focale lijn van de fan-beam collimator (5). 15

3. Gammacamera met puntbron en cone-beam collimatie

3. Inrichting volgens conclusie 2, waarbij de camera (1) is voorzien van een ener-gievenster (9) dat in overeenstemming met de stralingsbron verplaatsbaar is.

4. Gammacamera met bewegende lijnbron, bewegend energievenster, en parallelle collimatie.

4. Inrichting volgens conclusie 2 of 3, waarbij een eerste camera (11) en een 20 tweede camera (12) onder een hoek ten opzichte van elkaar zijn opgesteld, welke hoek bij voorkeur ongeveer 90° bedraagt; waarbij de eerste camera (11) is voorzien van een eerste fan-beam collimator (13) waarvan de focale lijn zich bevindt aan de naar de tweede camera (12) gerichte zijde van de eerste fan-beam collimator (13); 25 waarbij de tweede camera (12) is voorzien van een tweede fan-beam collimator (14) waarvan de focale lijn zich bevindt aan de naar de eerste camera (11) gerichte zijde van de tweede fan-beam collimator (14); 1003081 -8- waarbij de focale lijn van de eerste fan-beam collimator (13) en de focale lijn van de tweede fan-beam collimator (14) onderling in hoofdzaak evenwijdig zijn; waarbij een eerste puntbron (16) verplaatsbaar is langs de focale lijn van de eerste fan-beam collimator (13) en waarbij de tweede puntbron (15) verplaats-5 baar is langs de focale lijn van de tweede fan-beam collimator (14).

5. Gammacamera met bewegende puntbron en fan-beam collimatie

5. Inrichting volgens conclusie 4, waarbij de eerste camera (11) is voorzien van een eerste energievenster (9) dat in overeenstemming met de beweging van de eerste puntbron (16) verplaatsbaar is, en waarbij de tweede camera (12) is voorzien van 10 een tweede energievenster (9) dat in overeenstemming met de beweging van de tweede puntbron (15) verplaatsbaar is.

6. Twee cameras met asymetrische fan-beam collimatoren en bewegende stra-lingsbronnen

6. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de collimator (7; 26, 27) een cone-beam collimator is; 15 waarbij de stralingsbron (17; 21, 22) stationar is opgesteld bij het focale punt van de cone-beam collimator (7; 26, 27); en waarbij de stralingsbron (17; 21, 22) is geassocieerd met een van een doorlaatspleet voorzien schermorgaan (18) waarvan de doorlaatspleet beweegbaar is ten opzichte van de stralingsbron (17; 21, 22).

7. Voorbeelden van cameras met cone-beam collimator met een stralingsbron achter een bewegende opening (bijvoorbeeld translerend of roterend), en met bewegend energievenster.

7. Inrichting volgens conclusie 6, waarbij het schermorgaan (18) een plaatvormig schermorgaan is dat lineair verplaatsbaar is in een richting loodrecht op de genoemde doorlaatspleet.

8. Twee aanzichten van een systeem met twee camera’s, elk uitgerust met een kwart cone-beam collimator, een stralingsbron achter een bewegende opening en 15 een bewegend energievenster.

8. Inrichting volgens conclusie 7, waarbij de camera (l) is voorzien van een ener-25 gievenster (9) dat in overeenstemming met de verplaatsing van het schermorgaan (18) verplaatsbaar is. 1 1003081 Inrichting volgens conclusie 6, waarbij het schermorgaan (18) een zich om de stralingsbron (17) uitstrekkend schermorgaan is dat roteerbaar is om een door de -9- stralingsbron (17) verlopende rotatieas die evenwijdig is aan genoemde doorlaat-spleet.

10. Inrichting volgens conclusie 8, waarbij de camara (1) is voorzien van een 5 energievenster (9) dat in overeenstemming met de rotatie van het schermorgaan (18) verplaatsbaar is.

11. Inrichting volgens één der conclusies 6-10, waarbij een eerste camera (11) en een tweede camera (12) onder een hoek ten opzichte van elkaar zijn opgesteld, 10 welke hoek bij voorkeur 90° bedraagt; waarbij de eerste camera (11) is voorzien van een eerste cone-beam collimator (26) waarvan het focale punt zich bevindt aan de naar de tweede camera (12) gerichte zijde van de eerste cone-beam collimator (26); waarbij de tweede camera (12) is voorzien van een tweede cone-beam collimator (27) waarvan het focale punt zich bevindt aan de naar de eerste cam-15 era (11) gerichte zijde van de tweede cone-beam collimator (27) waarbij bij het focale punt van de eerste cone-beam collimator (26) een eerste puntbron (22) is opgesteld, die is geassocieerd met een eerste schermorgaan (18) met een eerste beweegbare doorlaatspleet; en waarbij bij het focale punt van de tweede cone-beam collimator (27) een tweede puntbron (21) is opgesteld, die is geassocieerd 20 met een tweede schermorgaan (18) met een beweegbare doorlaatspleet; waarbij de eerste doorlaatspleet en de tweede doorlaatspleet onderling evenwijdig zijn; waarbij de eerste doorlaatspleet beweegbaar is in een richting loodrecht op de eerste doorlaatspleet, en waarbij de tweede doorlaatspleet beweegbaar is in een richting loodrecht op de tweede doorlaatspleet. 25

12. Inrichting volgens conclusie 11, waarbij de eerste camera (11) is voorzien van een bewegend energievenster (23) dat in overeenstemming met de beweging van de eerste doorlaatspleet verplaatsbaar is, en waarbij de tweede camera (12) is voorzien van een tweede energievenster (24) dat in overeenstemming met de 1003081 -10- beweging van de tweede doorlaatspleet verplaatsbaar is.

13. Virtueel puntvormige stralingsbron, omvattende een stralingsbron (28) met ruimtelijke dimensies en een voor de stralingsbron (28) opgestelde stationaire 5 schermplaat (32) die is voorzien van een in hoofdzaak puntvormige doorlaatopen-ing, waarbij de dimensies van de stralingsbron (28) zodanig zijn gekozen, dat straling die de doorlaatopening passeert in een bepaalde richting (31) afkomstig is uit een gedeelte van de stralingsbron (28) met een voorafbepaalde lengte (35) om aldus een voorafbepaalde gewenste sterkte te hebben, zodanig dat de genoemde 10 doorlaatopening passerende straling een voorafbepaalde gewenste ruimtelijke in-tensiteitsverdeling heeft.

14. Inrichting volgens één der conclusies 6-12, waarbij steeds een puntbron is uitgevoerd volgens conclusie 13, waarbij steeds genoemde puntvormige door- 15 laatopening zich bevindt bij het focale punt van een cone-beam collimator. 1003081 -11- Lijst van figuren

9. Gammacamera uitgerust met een stralingsbron en een plaatje, zodanig dat het door de camera geregistreerde stralingsprofiel en de virtuele stralingsbrongrootte beïnvloed worden door de vorm en dimensies van de stralingsbron, het sterk absorberende plaatje en de spleet. 1003081