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Dokumentenidentifikation DE69804452T2 17.10.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0990172
Titel EIN ABBILDUNGSSYSTEM MIT EINEM LAWINENKAMMERUMSETZER MIT HOHER DICHTE
Anmelder Oxford Positron Systems Ltd., Oxford, GB
Erfinder JEAVONS, Paul, Alan, Kidlington, Oxford OX5 1AD, GB
Vertreter G. Koch und Kollegen, 80339 München
DE-Aktenzeichen 69804452
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, IE, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.06.1998
EP-Aktenzeichen 989309166
WO-Anmeldetag 19.06.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/GB98/01816
WO-Veröffentlichungsnummer 0009859262
WO-Veröffentlichungsdatum 30.12.1998
EP-Offenlegungsdatum 05.04.2000
EP date of grant 27.03.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.10.2002
IPC-Hauptklasse G01T 1/29

Beschreibung[de]
TECHNISCHER BEREICH

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bildaufbereitungssystemmodul, umfassend hochdichte Lawinenkammer- (HIDAC-) -konvetter, und insbesondere ein Bildaufbereitungssystem für die Verwendung in der Positronemissionstomographie (PET).

TECHNISCHER HINTERGRUND

Es ist bekannt, eine HIDAC für den Einsatz in der PET zu verwenden. IEEE Tran. Nucl. Sci. NS30 640 (1983) beschreibt den Aufbau einer solchen HIDAC-Form.

Das US-Patent Nr. 5434468 offenbart ebenfalls eine HIDAC für die Verwendung in der Darstellung von Betastrahlung.

Die HIDAC des US-Patentes Nr. 5434468 beinhaltet einen Konverter mit einer Matrix aus parallelen Durchgangsöffnungen aufweist, die einfallende Strahlung empfangen. Eine Fläche des ersten Konverters ist mit einer Reihe von zueinander parallelen Kathodenleitern versehen, die eine erste Kathode bilden.

Eine zweite Kathodenplatte liegt gegenüber der ersten Kathode, ist aber nicht perforiert. Die zweite Kathode umfasst eine weitere Reihe von zueinander parallelen Kathodenleitern, die in einer. Richtung allgemein orthogonal zur ersten Reihe verlaufen. Die erste und die zweite Reihe von Kathodenelementen sind elektrisch miteinander verbunden und definieren so eine in x- und y-Achsen-Komponenten unterteilte Kathode.

Eine planare Anöde in der Form einer Matrix von parallelen Drähten liegt zwischen der ersten und der zweiten Kathode.

Die HIDAC des US-Patentes Nr. 5434468 beinhaltet ein gasdichtes, strahlungstransparentes Gehäuse, das bei der Abtastung mit einem Inertgas gefüllt sein kann. Durch den Einfall von Betastrahlung auf das Inertgas in den Perforationen des Konverters wird das Gas ionisiert. Produkte der Ionisierung (typischerweise Elektronen) erfahren in den Perforationen einen Lawineneffekt und werden durch an den Konverter angelegte hohe Vorspannungen in Richtung auf die planare Anode extrahiert. Kontakt mit der Anode verursacht einen weiteren Lawineneffekt und Stromimpulse in den x- und y-Achsen-Komponenten der Kathoden. Eine Analyse der Kathodenströme durch Signalverarbeitungsschaltungen ermöglicht eine Darstellung der Strahlungsquelle.

Zusätzlich zu dem oben Gesagten ist bekannt, eine modifizierte HIDAC-Form bereitzustellen, die für die Darstellung von Gammastrahlungsquellen geeignet ist. Eine solche HIDAC beinhaltet Blei, das zum Ausstrahlen von Fotoelektronen nach Kontakt mit Gammastrahlurig stimuliert wird, um die Unfähigkeit von Gammastrahlung zu kompensieren, das Inertgas direkt zu ionisieren.

Es ist auch bekannt, einen Stapel von Konvertern der oben beschriebenen Typen bereitzustellen, um die Erkennungseffizienz zu erhöhen.

Die oben beschriebene Vorrichtung hat zwar erhebliche Fortschritte im Bereich der Strahlungsdarstellung erbracht, es besteht jedoch weiterhin Bedarf an effizienteren Vorrichtungen und insbesondere an Vorrichtungen, die eine Reduzierung der zur Aufbereitung eines Bildes benötigten Zeit erbringen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Bildaufbereitungssystemmodul bereitgestellt, das folgendes umfasst: ein Paar hochdichter Lawinenkammerkonverter, wobei jeder Konverter eine Reihe abwechselnder Schichten aus leitendem und nichtleitendem Material sowie eine Matrix aus parallelen Durchgangsöffnungen aufweist, die durch die genannte Reihe abwechselnder Schichten verlaufen, wobei ein erster Konverter des Paares eine Mehrzahl leitender Elemente hat, die allgemein parallel zueinander in einer ersten Richtung verlaufen und eine erste Kathode auf oder nahe einer Fläche des ersten Konverters bilden, und wobei der zweite Konverter des Paares eine Mehrzahl leitender Elemente hat, die allgemein parallel zueinander in einer Richtung allgemein orthogonal zur ersten Richtung verlaufen und eine zweite Kathode an oder nahe einer Fläche des zweiten Konverters bilden, und eine Anode, die von einer Reihe allgemein paralleler leitender Elemente gebildet wird, die zwischen der ersten und der zweiten Kathode positioniert sind, wobei die Anordnung derart ist, dass auf einen Konverter fallende Strahlung eine Lawine von geladenen Partikeln erzeugt, die in Richtung der genannten Anode angezogen werden, und wobei der Einfall eines geladenen Partikels auf die Anode einen Stromimpuls sowohl in der ersten als auch in der zweiten Kathode erzeugt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Bildaufbereitungssystem bereitgestellt, umfassend ein Paar Detektoren, die jeweils ein Modul wie oben aufgeführt umfassen, wobei die Detektoren einander gegenüberliegend positioniert sind, so dass eine Strahlungsquelle, von der ein Bild dargestellt werden soll, dazwischen positioniert werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine PET-Vorrichtung bereitgestellt, die ein oder mehrere Bildaufbereitungssystemmodule beinhaltet, oder ein Bildaufbereitungssystem wie oben beschrieben.

Weitere bevorzugte und optionale Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Unteransprüchen der Spezifikation hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es folgt eine Beschreibung einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, jedoch lediglich beispielhaft, unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Teils einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Bildaufbereitungssystemmoduls;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm einer FET- Vorrichtung, die zwei Bildaufbereitungssystemmodule wie in Fig. 1 gezeigt beinhaltet; und

Fig. 3 ein Diagramm, das einen typischen Plot von Impulshöhen in einer Kathode gegenüber Impulshöhen in der anderen Kathode zeigt.

Fig. 1 zeigt ein Bildaufbereitungssystemmodul 10.

BESTE ART DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Das Modul 10 beinhaltet zwei HIDAC-Konverter 11 und 12. Jeder Konverter 11, 12 beinhaltet eine Außenmembran (schematisch bei 13 dargestellt), die gasdicht, aber für Einfallsstrahlung transparent ist. In der Praxis umschließen die Membranen die Region, in der die Abtastung erfolgt, dichtend. Jede Membran 13 ist auf der Außenseite des zugehörigen Konverters 11, 12 liegend dargestellt. Es ist zu verstehen, dass auch andere Dichtungsanordnungen möglich sind. Es ist nicht wesentlich, dass die Membranen oder funktionell äquivalenten Elemente wie gezeigt an den Konvertern 11, 12 befestigt sind. Die Hauptanforderung besteht darin, den Strom eines Inertgases um die Konverter in einer geschlossenen Umgebung zuzulassen.

Einwärts von der Membran 13 beinhaltet jeder Konverter 11, 12 eine Reihe von abwechselnden Schichten 15 aus Blei, zwischen denen sich weitere, ähnliche Schichten 16 aus einem nichtleitenden Material wie z. B. Glasfaser befinden.

Jeder Konverter beinhaltet auch eine Matrix von parallelen Durchgangsöffnungen 17, die durch die genannte Reihe von abwechselnden Schichten 15, 16 verlaufen.

Die von der zugehörigen Membran 13 entlegene Fläche jedes Konverters 11, 12 trägt eine Reihe von zueinander parallelen Leiterbahnen 18. Die vom Konverter 11 getragenen Bahnen 18 verlaufen in einer Richtung, die zum Ermitteln der y-Achsen-Komponente der Position einer Strahlungsquelle geeignet ist; und die vom Konverter 12 getragenen Bahnen 19 verlaufen in einer orthogonalen Richtung, damit ihre X- Achsen-Komponente ermittelt werden kann. Die Durchgangsöffnungen 17 verlaufen auch durch die jeweiligen Reihen von Leiterbahnen 18, 19.

Die Flächen der Konverter 11, 12, die die Leiterbahnen 18, 19 tragen, liegen dicht nebeneinander, aber in einem vorbestimmten Abstand voneinander.

Eine planare Anöde 21 in der Form einer Reihe von zueinander parallelen Leitungen verläuft parallel zu den oben genannten Flächen von Konvertern 11, 12 in der Region dazwischen. Die planare Anode 21 ist von den jeweiligen Konvertern. 11, 12 gleichmäßig beabstandet. Es können auch andere Anodenformen verwendet werden, z. B. eine Reihe von parallelen Leiterstreifen auf einer Basis, wie sie für Mikrostreifen- und Mikrolücken-Kammern verwendet werden.

Die Leiterbahnen 18, 19 dienen als Kathoden, wobei die Bahnen 18 als y-Kathoden und die Bahnen 19 als x-Kathoden dienen. Die Leiterbahnen der jeweiligen Sätze 18, 19 sind leitend in einer an sich bekannten Weise (in Fig. 1 nicht dargestellt) miteinander verbunden, um effektiv Kathoden auf jeder Seite der planaren Anode 21 bereitzustellen.

Die Leiterbahnen 18, 19 können auf den genannten Flächen der Konverter 11, 12 oder daneben vorgesehen werden.

Eine Schaltung (nicht dargestellt) ist zum Anlegen einer hohen Vorspannung (deren geeignete Werte für die Fachperson offensichtlich sein werden) an die leitenden Bleiplatten 15 vorgesehen. Es ist auch ein Mittel zum Einleiten eines Inertgases in die HIDAC und zum nachfolgenden Ausstoßen desselben nach der Abtastung vorgesehen.

Beim Gebrauch der Vorrichtung wird ein Inertgasvolumen in das Modul 10 eingeleitet, wobei die Membranen 13 als gasundurchlässige Sperren wirken, um das Gas innerhalb der HIDAC zu halten. Auf den einen oder den anderen Konverter 11, 12 treffende Gammastrahlung stimuliert die Fotoelektronenemission von den Bleiplatten, und dies wiederum ionisiert das Inertgas. Die an die Bleiplatten angelegte Vorspannung multipliziert und extrahiert geladene Partikel, die durch die Ionisierung von den Öffnungen 17 entstehen, in Richtung auf die planare Anode 21.

Wenn die geladenen Partikel die Drähte der Anode 21 erreichen, kommt es zu einem bekannten Lawineneffekt, der einen Stromimpuls in beiden Kathoden 18 und 19 bewirkt.

Um die hohe räumliche Auflösung bei allen Einfallswinkeln der Einfallsstrahlung aufrechtzuerhalten, muss ermittelt Werden, aus welchem Konverter die Lawine stammt. Dazu ist ein Signalverarbeitungsmittel vorgesehen, um die Signale von den beiden Kathoden 18, 19 zu vergleichen.

Wenn die Lawine vom Konverter 11 stammt (wie schematisch bei A illustriert ist), wird die Lawinenentwicklung in Richtung auf die y- Kathode vorgespannt, und der y-Impuls ist immer größer als der x- Impuls. Umgekehrt, wenn die Lawine vom Konverter 12 stammt (wie schematisch bei B illustriert ist), dann ist der x- Impuls immer größer als der y-Impuls. Das Signalverarbeitungsmittel kann einen Personal Computer 24 (siehe Fig. 2) umfassen, dessen Aufgabe es ist, die Impulshöhen von Signalen an den beiden Kathoden 18 und 19 zu vergleichen, z. B. durch Testen des Wertes der Impulshöhe y dividiert durch die Impulshöhe x, um zu ermitteln, aus welchem Konverter die Lawine stammt. Weitere in der Technik bekannte Signalverarbeitungstechniken können dann angewandt werden, um Bilder von den aufgezeichneten Daten zu erzeugen.

Fig. 3 zeigt einen typischen Plot von Impulshöhen y gegenüber Impulshöhen x, der die beiden Lawinenklassen graphisch darstellt: diejenigen, die aus dem Konverter 11 stammen, fallen in das Band mit der Bezeichnung A, diejenigen, die aus dem Konverter 12 stammen, fallen in das Band mit der Bezeichnung B.

Wie oben beschrieben, umfasst das Bildaufbereitungssystemmodul zwei Konverter 11, 12 mit daran vorgesehenen Kathoden 18, 19 und einer dazwischen vorgesehenen einzelnen Anode 21. Eine solche Anordnung ermöglicht es, das Modul 10 im Vergleich zum Stand der Technik sehr kompakt zu gestalten. Jeder Konverter 11, 12 kann typischerweise eine Stärke von etwa 3 mm haben, und der Abstand zwischen den beiden Kathoden 18, 19 und der Anode 21 kann ebenfalls etwa 3 mm betragen. Somit umfassen die Konverter etwa 50% der Dicke des Moduls 10. Dies ist eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik (in dem die Konverter nur etwa 20-25% der Stärke des Systems hatten). Diese erhebliche Dickenreduzierung des Systems macht es möglich, dass die Konverter dichter am Probanden positioniert werden können, so dass etwa zweimal so viele Konverter in ein bestimmtes Volumen gepackt werden können, was eine erhebliche Verbesserung der Detektionseffizienz ergibt.

Module wie die, die in Fig. 1 gezeigt sind, können mehrere Male übereinander gestapelt werden, um die Detektionseffizienz zu erhöhen. Wie oben erwähnt, hat sich eine solche Konstruktion als sehr wirtschaftlich erwiesen, da (weil zwei Konverter in jedem Modul verwendet werden, ohne eine (erhebliche) Erhöhung der Stärke des Moduls) zweimal so viele Konverter auf jeder Seite des strahlenden Objektes (Targets) vorgesehen werden können, als dies zuvor möglich war. Dies wiederum führt zu einer Vervierfachung der Lawinenratenerfassung im Vergleich zu der im US-Patent Nr. 5434468 beschriebenen Anordnung.

Eine Vervierfachung der Erfassungsrate ermöglicht eine Reduzierung der Bildaufbereitungszeit um einen Faktor vier, d. h. von 1 Stunde auf 15 Minuten. Dies ist von erheblicher Bedeutung, da es die Anwendung des Systems an lebenden Probanden und Insbesondere an menschlichen Patienten ermöglicht, was zuvor aufgrund der Schwierigkeit, den Patienten über längere Zeit zur Herstellung eines Bildes stillzuhalten, ausgeschlossen war.

Ferner reduziert die Eliminierung des inaktiven Basisplattenmaterials in Verbindung mit dem Konverter in der Anordnung des US-Patentes Nr. 5434468 die Gammastrahlenstreuung und Hintergrundräuschen aus dem Detektor.

Das oben beschriebene Modul kann in einem Bildaufbereitungssystem gemäß Fig. 2 angewendet werden. Das System umfasst ein Paar Detektoren 22, die auf gegenüberliegenden Seiten einer darzustellenden Strahlungsquelle 23 positioniert werden. Jeder Detektor umfasst wenigstens ein Modul 10 der oben beschriebenen Art. Vorzugsweise werden Rotationsmittel (nicht dargestellt) zum Drehen der Detektoren 22 um die Quelle 23 vorgesehen.

Eine Mehrzahl von Detektorpaaren 22 kann winkelmäßig voneinander beabstandet sein, um eine polygonale Anordnung von Detektoren um die Quelle 23 zu bilden.

Jeder Detektor 22 kann, wie oben erwähnt, einen Stapel der Module 10 umfassen, es können bis zu 12 oder 16 Module in jedem Stapel vorgesehen werden.

Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung kann in der Positronemissionstomographie eingesetzt werden.

Es wird zwar erwartet, dass die Mehrzahl der Ausgestaltungen einschließlich eines Fotoelektronen ausstrahlenden Materials wie Blei hergestellt werden, um die Darstellung von Gammaquellen zuzulassen, aber Ausgestaltungen der Erfindung können auch auf eine einfache Form hergestellt werden, die für die Darstellung von Betastrahlenquellen geeignet ist.

Die bekannten Techniken des Drehens von HIDAC-Kammern um eine Targetquelle, der Anordnung einer Mehrzahl von HIDACs in einem polygonalen Muster um ein Target, wie in Fig. 2 dargestellt, und des Stapelns einer Mehrzahl solcher Kammern, können ebenfalls mit der oben beschriebenen Vorrichtung angewendet werden.


Anspruch[de]

1. Bildaufbereitungssystemmodul, das folgendes umfasst:

ein Paar hochdichter Lawinenkammerkonverter (11, 12), wobei jeder Konverter eine Reihe abwechselnder Schichten (15, 16) aus leitendem und nichtleitendem Material sowie eine Matrix aus parallelen Durchgangsöffnungen (17) aufweist, die durch die genannte Reihe abwechselnder Schichten (15, 16) verlaufen, wobei ein erster Konverter (11) des Paares eine Mehrzahl leitender Elemente (18) hat, die allgemein parallen zueinander in einer ersten Richtung verlaufen und eine erste Kathode auf oder nahe einer Fläche des ersten Konverters (11) bilden, und wobei der zweite Konverter (12) des Paares eine Mehrzahl leitender Elemente (19) hat, die allgemein parallel zueinander in einer Richtung allgemein orthogonal zur ersten Richtung verlaufen und eine zweite Kathode an oder nahe einer Fläche des zweiten Konverters (12) bilden, und eine Anode (21), die von einer Reihe allgemein paralleler leitender Elemente gebildet wird, die zwischen der ersten und der zweiten Kathode (18, 19) positioniert sind, wobei die Anordnung derart ist, dass auf einen der Konverter (11, 12) fallende Strahlung eine Lawine von geladenen Partikeln erzeugt, die in Richtung der genannten Anode (21) angezogen werden, und wobei der Einfall eines geladenen Partikels auf die Anode (21) einen Stromimpuls sowohl in der ersten als auch in der zweiten Kathode (18, 19) erzeugt.

2. Bildaufbereitungssystemmodul nach Anspruch 1, umfassend ein Signalverarbeitungsmittel zum Erfassen der genannten Stromimpulse und zum Vergleichen von Signalen von der ersten und der zweiten Kathode (18, 19), um zu ermitteln, aus welchem Konverter eine Lawine stammt.

3. Bildaufbereitungssystemmodul nach Anspruch 2, bei dem das Signalverarbeitungsmittel die Aufgabe hat, das Verhältnis von Impulshöhen von Signalen an den beiden.

Kathoden (18, 19) zu bestimmen, um zu ermitteln, aus welchem Konverter (11, 12) die Lawine stammt.

4. Bildaufbereitungssystemmodul nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Signalverarbeitungsmittel einen Personal Computer umfasst.

5. Bildaufbereitungssystemmodul nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem Schichten aus leitendem Material aus Blei bestehen.

6. Bildaufbereitungssystemmodul nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Anode (21) eine Reihe zueinander paralleler Leitungsdrähte umfasst.

7. Bildaufbereitungssystemmodul nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Konverter (11, 12) mindestens 50% der Dicke des Moduls umfassen.

8. Bildaufbereitungssystemmodul, umfassend ein Paar Detektoren, die jeweils ein Modul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfassen, wobei die Detektoren einander gegenüber positioniert sind, so dass eine Strahlungsquelle, von der ein Bild erzeugt werden soll, dazwischen positioniert werden kann.

9. Bildaufbereitungssystemmodul nach Anspruch 8, umfassend eine Mehrzahl von Detektorpaaren wie hierin beansprucht, wobei die Paare winkelmäßig voneinander verschoben sind, um eine polygonale Anordnung von Detektoren um die Strahlungsquelle zu bilden.

10. Bildaufbereitungssystemmodul nach Anspruch 8 oder 9, umfassend ein Rotationsmittel zum Drehen des/der Paare(s) von Detektoren um die Strahlungsquelle.

11. Bildaufbereitungssystemmodul nach Anspruch 8, 9 oder 10, bei dem jeder Detektor ein Stapel von Modulen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst.

12. Positronenemissionstomographievorrichtung mit einem oder mehreren Bildaufbereitungssystemmodulen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder einem Bildaufbereitungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11.







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