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Dokumentenidentifikation DE69713298T2 09.01.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0886791
Titel AUTORADIOGRAPHISCHE AUFZEICHNUNG
Anmelder Simage OY, Espoo, FI
Erfinder ORAVA, Olavi, Risto, FIN-00730 Helsinki, FI;
PYYHTIÄ, Ilari, Jouni, FIN-01360 Vantaa, FI;
SCHULMAN, Gunnar, Tom, FIN-02430 Masala, FI;
SARAKINOS, Evangelos, Miltiadis, CH-1205 Geneva, CH;
SPARTIOTIS, Evangelos, Konstantinos, FIN-00170 Helsinki, FI
Vertreter Dr. Weber, Dipl.-Phys. Seiffert, Dr. Lieke, 65183 Wiesbaden
DE-Aktenzeichen 69713298
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.03.1997
EP-Aktenzeichen 979070844
WO-Anmeldetag 10.03.1997
PCT-Aktenzeichen PCT/EP97/01200
WO-Veröffentlichungsnummer 0009734164
WO-Veröffentlichungsdatum 18.09.1997
EP-Offenlegungsdatum 30.12.1998
EP date of grant 12.06.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.01.2003
IPC-Hauptklasse G01T 1/29

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für das autoradiographische Aufzeichnen.

Autorradiographie ist eine Technik, die für das Aufzeichnen bei vielen verschiedenen Anwendungen weit verbreitet ist. Typischerweise wird das Aufzeichnen durch Erfassen von Beta-Strahlen durchgeführt, wobei Isotope verwendet werden, wie 3-H, 35-S. 32-P, 33-P und 14-C sowie 125-I (für Gamma-Strahlen). Diese Isotope werden als Kennzeichnungen oder Marker eines abzubildenden Objekts verwendet. Beispiele für abzubildende Objekte können von einem menschlichen oder tierischen Körper genommene Gewebescheiben sein, die mit dem radioaktiven Isotop oder mit einem anderen Strahlung emittierenden Marker markiert worden sind, oder ein Blot, der als ein Teil einer DNA- oder RNA-Analyse etc. hergestellt wurde.

Wenn die abzubildende Probe eine Gewebescheibe aus einem menschlichen oder tierischen Körper ist, stammt diese typischerweise von der Injektion des Körpers mit radioaktiven Markern, wobei die Probe anschließend genommen wird, nachdem sich der Marker in dem zu untersuchenden Gewebe verteilt hat.

Wenn die Probe ein "Blot" ist, kann dieser das Ergebnis aus den herkömmlichen Techniken sein, wie "Western-Blot", "Southern-Blot", "Northern-Blot" etc. Die am weitesten verbreitete Technik zum Trennen von DNA-, RNA- oder Protein-Molekülen geeigneter Größe ist die Elektrophorese auf einem Agarosegel, welches DNA-, RNA- oder Protein-Moleküle in Abhängigkeit von ihrer Größe in diskrete Banden auftrennt. Die Position der Banden auf dem Gel wird mittels einer fluoreszenten Ethidiumbromidfärbung oder mittels Autoradiographie angezeigt. Diese Technik wird durchgeführt, indem man die Fragmente denaturiert und unter Verwendung der sogenannten Southern-, Northern- oder Western-Blot-Techniken auf eine Matrix transferiert, die mit einer radioaktiven DNA-, RNA-, Protein- oder Kohlenwasserstoff-"Sonde" (einem Molekül, das sich an eine spezifische Stelle an dem Fragment anheftet) sondiert werden kann. Nachdem die ungebundene Sonde weggewaschen wurde, können die Menge und die Position der DNA-, RNA-, Protein- oder Kohlenwasserstofffragmente, welche mit der Sonde hybridisiert haben, durch Zählen der Radioaktivität oder mittels Autoradiographie erfaßt werden.

DNA-Sequenzanalyse basiert auf hochauflösender Elektroforese auf denaturierenden (SDS) Polyacrylamidgelen. Proben von Markierungsfragmenten werden unter vier verschiedenen Bedingungen mit chemischen Reagenzien behandelt, die eine Spaltung an bekannten Positionen entlang der Moleküle bewirken. Die Muster der Spuren und die resultierenden vier "Bahnen" von Sequenzen werden zum Lesen der Sequenz verwendet. Western-Blot-Techniken sind im allgemeinen ähnlich zum Southern-Blot von DNA und werden zum Trennen und Analysieren von Proteinen eingesetzt, wie beim Durchmustern von Antiseren und Antigenen sowie DNA- oder RNA-bindenden Proteinen.

RNA kann charakterisiert werden (das bedeutet Bestimmen ihrer Basensequenz oder Proteinaminosäuresequenz) durch eine Anpassung der Southern-Blot-Transfertechnik, zum Beispiel durch sogenannten "Northern-Blot", wobei RNA aus dem Gel auf Nitrozellulose unter Hochsalzbedingungen transferiert wird. Die Charakterisierung von fraktionierter RNA erfolgt durch Hybridisierung an spezifische Sonden, die üblicherweise mit radioaktiven Markern markiert sind. Das Verfahren umfaßt das Laufenlassen einer Probe und anschließend das Laufenlassen einer Referenz unter hoffentlich identischen Bedingungen.

Am weitesten verbreitet unter den heute verwendeten der oben genannten Verfahren, ist das Erfassen mittels eines Films. Dies ist eine nicht-digitale Abbildungstechnik, wobei die abgestrahlten Beta- Strahlen auf dem Film aufgezeichnet werden. Die Abbildungsauflösung ist besser als 50 um mit einer Empfindlichkeit für das Isotop 14-C (dieses Isotop wird hier als eine Referenz verwendet) von weniger als 0,015% und einem dynamischen Bereich von zwei Größenordnungen. Es gibt keine Möglichkeit für eine Echtzeitaufzeichnung, obwohl nach der Abbildungsakkumulation eine Digitalisierung möglich ist.

Digitales Aufzeichnen wird mittels einer Digitalaufzeichnungsplatte angeboten, die nach einem Photolumineszenzprinzip arbeitet. Dabei werden Beta-Strahlen auf der Digitalaufzeichnungsplatte gesammelt, welche später mit einem Laserstrahl abgetastet wird, um ein digitale Abbild zu erzeugen. Die Abbildungsauflösung mit dieser Technik beträgt etwa 100 um, die Empfindlichkeit für 14-C ist geringer als 1%, und der dynamische Bereich beträgt etwa vier Größenordnungen. Echtzeitaufzeichnung ist bei diesem Typ von autoradiographischer Aufzeichnung nicht möglich. Das gesamte Abbild wird zuerst digital gesammelt und anschließend nach der Laserabtastung angezeigt.

Eine weitere digitale Aufzeichnungstechnik wird mittels Drahtgaskammern bereitgestellt. Abbildungsansammlung und -anzeige erfolgen in Echtzeit, aber die Abbildungsauflösung beträgt bestenfalls 300 um. Die Empfindlichkeit für 14-C ist 1,5%, und der dynamische Bereich beträgt 5 bis 6 Größenordnungen.

Eine weitere Aufzeichnungstechnik wurde dem Anmelder zur Kenntnis gebracht, welche dazu beiträgt, die vorliegende Erfindung in den Zusammenhang zu stellen. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, Abschnitt A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Band A228, Nr. 1, 1. März 1990, Seiten 250-253, 253, XP000100349, Schooneveld E.M. et al" "A Silicon Strip Detector for Radiochromatography" offenbart eine Aufzeichnungstechnik, die einen Siliziumstreifendetektor verwendet, der für β-Strahlen und einen einzelnen radioaktiven Isotopenmarker empfindlich ist. Der analoge Signalausgang aus dem Detektor wird mittels Schwellenschalttechnik und R/S Flip-Flops digitalisiert. Es wird angegeben, daß die Abbildungsauflösung für diesen Detektor besser als 500 um sei.

Keines der oben genannten Verfahren und Systeme liefert eine optimale Kombination von Leistungsmerkmalen für die Verwendung in der Autoradiographie. Darüber hinaus leiden die herkömmlichen Verfahren zur Durchführung von Autoradiographie unter Schwierigkeiten hinsichtlich der Reproduzierbarkeit. Mit anderen Worten, wenn ein Vergleich zwischen verschiedenen Markern durchgeführt werden soll, muß das Verfahren zu verschiedenen bestimmten Zeiten wiederholt werden. Dies hat den Nachteil, daß sich Bedingungen zwischen den Tests verändern können, und es bestehen Möglichkeiten, daß Fehler auftreten.

Die vorliegende Erfindung will die oben genannten Probleme ansprechen und verringern.

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum autoradiographischen Aufzeichnen bereitgestellt mit:

a) Bilden eines Objekts (11) mit einer ersten Markierung zum Liefern einer Strahlung mit einer charakteristischen Energieverteilung und

b) Erfassen von Strahlung aus dem markierten Objekt unter Verwendung eines Halbleiterstrahlungsdetektors (20), gekennzeichnet durch

c) Bilden des Objekts mit wenigstens einer weiteren zweiten Markierung, wobei jede Markierung Strahlung mit einer charakteristischen Energieverteilung liefert,

d) Erfassen der Strahlung aus dem markierten Objekt unter Verwendung eines Halbleiterstrahlungsdetektors mit einer Gruppierung von Zellen, von der jede Zelle einen Ladungswert in Abhängigkeit von der auf diese einfallenden Strahlungsenergie aufzeichnet,

e) Verarbeiten des Ausgangs aus den Zellen mit Unterscheiden der Ladungswerte in mindestens zwei Ladungswertebereichen und Zuweisen eines Anzeigefarbwertes zu jeder Zellposition in der Gruppierung in Abhängigkeit von dem aufgezeichneten Ladungswert und

f) Bilden einer Abbildung für die Darstellung mit einzelnen Zellpositionen mit einer für die Farbwerte typischen Farbe.

Somit liefert die Erfindung eine Technik für das Durchführen von Mehrfachkennzeichnungs- oder Mehrfachmarkierungsaufzeichnung bei der Autoradiographie auf der Grundlage einer Energie unterscheidenden Aufzeichnungstechnik und der Verwendung von zwei oder mehr Markierungen, von denen jede eine entsprechende bestimmte Strahlungsenergieverteilung liefert. Durch gleichzeitiges Durchführen der Aufzeichnung für verschiedene Markierungen ist eine verbesserte Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse möglich.

Die Farbwerte können entsprechende Grauskalenwerte für eine vorgegebene Farbe sein, oder jede Farbe kann eine entsprechende bestimmte Farbe sein.

Vorzugsweise umfassen die Markierungen radioaktive Marker, zum Beispiel radioaktive Isotope, die aus der folgenden Liste ausgewählt sind: 3-H, 35-S. 32-P, 33-P, 14-C und 125-I. Vorzugsweise emittieren die Marker auch hochenergetische Strahlung mit einer Energie über 1 keV. Besonders bevorzugt emittieren die Marker Beta-Strahlen und jeder liefert eine unterschiedliche Energieverteilung.

Die Erfindung findet Anwendung auf ein Verfahren, bei dem Stufe (a) das Bilden eines Objekts in der Form eines DNA-, RNA- oder Protein-Blots umfaßt, wobei erste und zweite Sonden verwendet werden, von denen jede einen unterschiedlichen radioaktiven Marker aufweist.

Die Erfindung findet auch Anwendung auf ein Verfahren, bei dem das Verfahren das Markieren einer Gewebeprobe mit wenigstens zwei Markern umfaßt.

In einer Ausführungsform umfaßt Stufe (b) das Erfassen von Strahlung aus dem markierten Objekt unter Verwendung eines Halbleiterstrahlungsdetektors, der eine eindimensionale Gruppierung von Streifenzellen aufweist.

In einer weiteren Ausführungsform umfaßt Stufe (b) das Erfassen von Strahlung aus dem markierten Objekt unter Verwendung eines Halbleiterstrahlungsdetektors mit ersten und zweiten eindimensionalen Gruppierungen von Streifen, die senkrecht zueinander angeordnet sind, wobei sie eine zweidimensionale Gruppierung von Pixel-Zellen definieren.

Stufe (b) kann auch das Erfassen von Strahlung aus dem markierten Objekt unter Verwendung eines Halbleiterstrahlungsdetektors mit einer zweidimensionalen Gruppierung von Pixel-Zellen umfassen.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Autoradiographievorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wie es oben definiert ist, bereitgestellt mit einem Halbleiterstrahlungsdetektor mit einer Gruppierung von Zellen zum Aufzeichnen eines Ladungswertes je nach der von einem markierten Objekt auf diese einfallenden Strahlungsenergie und mit Verarbeitungsmitteln zum Verarbeiten des Ausgangssignals aus den Zellen, wobei die Verarbeitungsmittel so eingerichtet sind, daß sie Ladungswerte innerhalb von wenigstens zwei Ladungswertbereichen unterscheiden und einen Anzeigefarbwert jeder Pixelzellposition der Gruppierung je nach dem aufgezeichneten Ladungswert zuweisen zum Erstellen eines Abbildes für die Anzeige mit einzelnen Zellpositionen mit einer für die Farbwerte typischen Farbe.

Ausführungsformen der Erfindung werden hierin nachfolgend unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist ein Überblick eines Beispiels für ein autoradiographisches Aufzeichnungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Form eines Strahlungsdetektors zur Verwendung in dem Aufzeichnungssystem aus Fig. 1;

Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt des Detektors aus Fig. 2;

Fig. 4 ist ein zweiter schematischer Querschnitt des Detektors aus Fig. 2;

Fig. 5 ist ein schematischer Querschnitt eines zweiten Detektortyps;

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines Teils des Aufzeichnungssystems aus Fig. 1;

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung, welche die Nebeneinanderstellung von zwei Detektoren zeigt, wie sie unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben sind;

Fig. 8 ist eine schematische Darstellung der Verarbeitung von erfaßten Bildsignalen; und

Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das dis Verarbeitung von erfaßten Bildsignalen erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Übersichtsdarstellung eines Beispiels für ein autoradiographisches System gemäß der vorliegenden Erfindung. Das System nach Patentanspruch 15 umfaßt ein Strahlungsdetektorsystem 10, auf dem eine aufzuzeichnende Probe 11 festgeklemmt wird, ein Bildverarbeitungssystem 12 und eine Anzeige 14. Das Bildverarbeitungssystem 12 kann unter Verwendung eines herkömmlichen Personal Computers, der in geeigneter Weise programmiert ist, um die notwendige Bildverarbeitung bereitzustellen, implementiert sein. Der Personal Computer 12 kann mit einer herkömmlichen Hardwarekonfiguration ausgestattet sein, einschließlich eines Prozessors, eines Speichers, Hintergrundspeichereinrichtungen, einer Tastatur und anderer Eingabeeinrichtungen, Ein- und Ausgangsanschlüssen und einer graphischen Benutzerschnittstelle für die Interaktion mit der Anzeige 14. Der Computer kann in geeigneter Weise programmiert sein, daß er mit der Anzeige und den Benutzereingabeeinrichtungen interagiert und elektrische Signale von dem Detektorsystem 10 empfängt und verarbeitet.

Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines doppelseitigen Siliziumstreifendetektors 20. Ein schematischer Querschnitt entlang der Linie A-A ist in Fig. 3 gezeigt. Ein schematischer Querschnitt entlang der Linie B-B ist in Fig. 4 gezeigt. Der doppelseitige Siliziumstreifendetektor wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2-4 beschrieben. Es sollte angemerkt werden, daß die Fig. 2-4 lediglich schematisch sind. In der Praxis umfaßt ein Siliziumstrahlungsdetektor eine große Anzahl paralleler Streifen und nicht nur die zwei parallelen Streifen in jeder Richtung, die in den Fig. 2-4 dargestellt sind. Darüber hinaus zeigen die Fig. 2-4 nicht die Randdetails zum Bereitstellen einer Verbindung mit Ausleseschaltkreisen, die später unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben werden. Die Randverbindungen können in einer herkömmlichen Art und Weise bereitgestellt werden.

Den Rumpf des Siliziumstreifendetektors 20 bildet eine Sperrschicht 31, die in den Fig. 3 und 4 wiedergegeben ist. Parallele P&spplus;-Streifen 25 sind an der oberen Oberfläche der Sperrschicht 31 ausgebildet. Jeder P&spplus;-Streifen 25 ist mit einem Aluminiumstreifen 24 bedeckt, um einen Kontakt für eine Ladungssammlung zu erzielen. Eine Feldoxidlage 23 erstreckt sich zwischen den Aluminiumstreifen 24. Eine Passivierungslage 22 aus Siliziumdioxid (SiO&sub2;) ist über dem Aluminiumstreifen 24 und der Feldoxidlage 23 ausgebildet. Die obere Oberfläche des Detektors 20 ist mit einer dünnen Mylarlage 21 versehen, um die darunterliegenden Lagen zu schützen. Bei der Verwendung wird die zu untersuchende Probe auf der Mylarlage 21 mittels einer geeigneten Klemmanordnung (nicht dargestellt) festgeklemmt. Die oben beschriebenen Lagen erkennt man am besten in Fig. 3, wo die Streifen 25 senkrecht zur Ebene des Querschnitts verlaufen.

Auf der unteren Seite der Sperrschicht 31 sind parallele N&spplus;-Streifeneinsätze 29 vorgesehen mit entsprechenden Aluminiumstreifen 28 zur Bereitstellung einer guten elektrischen Verbindung. Eine elektrische Trennung der N&spplus;-Streifen 29 wird mit einer P&spplus;-Lage 30 erreicht. Eine Feldoxidlage 26 ist zwischen den Aluminiumstreifen 28 vorgesehen. Weiterhin ist eine Passivierungslage 27 aus SiO&sub2; vorgesehen, welche die Aluminiumstreifen 28 und die Feldoxidlage 26 abdeckt. Die Struktur der Lagen und Streifen unter der Sperrschicht 31 erkennt man am besten in Fig. 4, wo der Querschnitt entlang der Linie B-B senkrecht zu der Linie der Streifen 29 verläuft.

Es wird dementsprechend klar sein, daß die Streifen 25 senkrecht zu den Streifen 29 verlaufen. Dementsprechend kann mit Streifen, die in zueinander senkrechten Richtungen verlaufen, ein zweidimensionales Detektorraster bereitgestellt werden. Bei dem Beispiel eines doppelseitigen Siliziumstreifendetektors, wie er in den Fig. 2 bis 4 gezeigt ist, müssen Beta-Teilchen durch die Lagen 21, 22 und 23 hindurchdringen, um die Sperrschicht 31 zu erreichen. Die Dicke des Eintrittsfensters (das die Kombination der Lagen 21, 22 und 23 ist) kann 1 bis 2 um klein sein. Wie es oben erwähnt wurde, kann als ein Resultat der oberhalb und unterhalb der Sperrschicht 31 senkrecht zueinander verlaufenden Streifen eine zweidimensionale Detektion des Ortes des einfallenden Strahles erfaßt werden. Dies wird erreicht, indem man die Ladung erfaßt, die von dem auf die nächsten benachbarten Streifen 25 und 29 einfallenden Strahl verursacht wird. Die Größe der erzeugten Ladung hängt von der Energie des einfallenden Strahls ab.

Fig. 5 erläutert einen alternativen Streifendetektor, diesmal einen einseitigen Streifendetektor. Wie die Fig. 2 bis 4, ist Fig. 5 lediglich schematisch, und in der Praxis umfaßt der Detektor viele parallele Streifen und nicht nur die zwei, die in Fig. 5 gezeigt sind. Eine zentrale Sperrschicht 39 und parallele P&spplus;-Streifen 36 sind an der unteren Oberfläche der Sperrschicht 39 ausgebildet. Die P&spplus;- Streifen 36 haben angefügte Aluminiumstreifen 35, um einen elektrischen Kontakt für die Ladungssammlung zu erreichen. Eine Feldoxidlage 34 erstreckt sich zwischen den Aluminiumstreifen 35. Eine Passivierungslage 33 aus Siliziumdioxid ist über den Aluminiumstreifen 35 und der Feldoxidlage 34 ausgebildet.

An der oberen Oberfläche der Sperrschicht 39 ist ein Muster aus N&spplus;-Streifen 38 vorgesehen, um einen guten elektrischen Kontakt zu der Ausleseschaltung zu erzielen, um eine gute Zuverlässigkeit zu gewährleisten, während gleichzeitig die Dicke des Eintrittsfensters, das von der Feldoxidlage 37 und einem Mylarfilm 32 gebildet wird, minimiert wird. Eine Vorspannung wird an die N&spplus;-Streifen 38 durch eine herkömmliche Busleitung (in Fig. 5 nicht dargestellt) bereitgestellt. Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, können mehrere Detektoren unter Ausbildung eines größeren Erfassungsbereichs ohne irgendeine Drahtverbindung an der Eintrittsoberfläche des Detektors miteinander verbunden sein. Der Verbunddetektor kann somit eine flache Eintrittsoberfläche mit einem glatten Kontakt mit der Beta-strahlungsaktiven Probe haben.

Die Mylarlage auf der Kontaktoberfläche des Halbleitersubstrats sollte so dünn wie möglich gehalten werden, damit die Strahlung die Sperrschicht der oben beschriebenen Detektoren erreichen kann. Wie dünn die Lage sein muß, hängt von der Energie der Strahlung, die erfaßt werden soll, ab. Vorzugsweise hat die Mylarlage die Form eines Films mit einer Dicke von 10 um oder weniger, besonders bevorzugt 5 um oder weniger und ganz besonders bevorzugt 2 um oder weniger. Da der Mylarfilm im wesentlichen die Dicke des Strahlungseintrittsfensters bildet, hat das Strahlungseintrittsfenster zu einer Zelle somit eine Dicke von 10 um oder weniger, vorzugsweise 5 um oder weniger und besonders bevorzugt 2 um oder weniger.

Fig. 6 zeigt schematische Unterseiten- und Querschnittsansichten eines doppelseitigen Streifendetektormoduls für das Strahlungsdetektorsystem 10 aus Fig. 1. Das Detektormodul umfaßt einen Streifendetektor 20, wie er schematisch in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist, befestigt auf Hybridplatten 42 und 43. Die Detektorstreifen sind mit Auslesechips 41 und 48 über Draht 47 verbunden. Kabel 40 und 46 stellen eine Verbindung zu Steuer- und Datenerfassungselektronik bereit (in Fig. 6 nicht dargestellt). Das Detektormodul wird mittels einer Struktur 45 getragen, die auf der Seite (also der unteren Oberfläche, wie in den Fig. 2 bis 4 gezeigt ist) gegenüber derjenigen, auf der die Probe anzuordnen ist, angeklebt oder auf andere Weise angeheftet ist. Wie es in einem schematischen Querschnitt entlang der Linie C-C gezeigt ist, sind Auslesechips 41 für die Streifen 29 (siehe Fig. 4) auf der unteren Seite des Detektors 20 in einer Vertiefung 44 in der tragenden Struktur 45 vorgesehen. Wie es in einem Querschnitt entlang der Linie D-D gezeigt ist, bietet eine Abdeckungsstruktur 49 Schutz für die Auslesechips 48 und dazugehörige Drahtverbindungen zu den Streifen 25 (siehe Fig. 3) auf der (oberen) Eintrittsseite des Detektors 20. Die Auslesechips 41 und 48 liefern eine Energieauflösung auf der Grundlage von Ladung, die für jeden auftreffenden Beta-Strahl angesammelt wurde. Typische Beta-Strahlenergie, die zur Kennzeichnung oder Markierung verwendet wird, variiert von 5 keV bis etwa 1700 keV. Ladung und folglich Energieauflösung, welche mit handelsüblich erhältlichen Ladungsverstärkern erreicht werden kann, liegt in der Größenordnung von 5%. Vorzugsweise werden Auslesechips 48 im selbststartenden Modus betrieben, bei dem für jedes erfaßte Signal, welches oberhalb des minimalen Schwellenwertes liegt, der Wert der Ladung dann festgehalten wird.

Einzelne aus Silizium hergestellte Detektormodule können eine aktive Aufzeichnungsoberfläche von bis zu 10 cm · 10 cm haben. Wenn größere Flächen benötigt werden, ist dies möglich, indem einzelne Siliziummodule miteinander kombiniert werden, wie es zum Beispiel in Fig. 7 gezeigt ist. Fig. 7 zeigt die (untere) Rückseite von zwei einseitigen Streifendetektoren 51 und 53, die unter Ausbildung einer größeren Detektionsfläche miteinander verbunden sind. Der N&spplus;-Einsatz 52 ist in einer streifenartigen Anordnung gemustert, um die Dicke des Eintrittsfensters zu minimieren, wie es oben beschrieben ist. Die Vorderseitenvorspannung wird durch Busleitungen 50 geliefert. Elektrischer Kontakt zwischen den Detektoren 51 und 53 wird durch herkömmliche Drahtverbindung oder eine dünne Lage aus leitfähigem Klebstoff oder leitfähigen Polymeren 54 gewährleistet.

Fig. 8 ist eine schematische Darstellung der Verarbeitung, die von der Vorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, durchgeführt wird. Speziell ist Steuerungs- und Datenerfassungselektronik 56 über die Kabel 40 und 46 mit den selbststartenden Auslesechips 41 und 48 verbunden. Die Auslesechips 41 und 48 umfassen Ladungsverstärker, die zum Beispiel bei 100 kHz betrieben werden können und 100000 Proben pro Sekunde liefern. Typische Zählraten, die bei Autoradiographie eingesetzt werden, reichen von 0,01 Zählern/(Min. · mm²) bis 1000 Zählern/(Min. · mm²), so daß 100 kHz normalerweise ausreichend sind. Die Ladungsverstärker können so angeordnet sein, daß sie einen einfallenden Beta-Strahl für erfaßte Ladungswerte, welche für eine Energie oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes repräsentativ sind, zum Beispiel für Energien von mehr als 1 keV oder einem weiteren bevorzugten Wert von 4 keV, signalisieren. Wenn die Auslesechips 48 einen Ladungswert größer als ein vorgegebener Schwellenwert erfassen und diesen Ladungswert der Steuerungs- und Datenerfassungselektronik 56 zuführen, antwortet letztgenannte darauf, indem sie Adresseninformation 57 einem digitalen Signalprozessor 58 zuleitet, welcher durch den Personal Computer, wie oben beschrieben, zur Bereitstellung von Bildverarbeitung implementiert sein kann. Der analoge Ladungswert wird auch einem Analog/Digital-Wandler 59 zugeleitet, welcher den Ladungswert in eine digitale Zahl für die Verarbeitung durch den digitalen Signalprozessor 58 umwandelt.

Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das die Verarbeitung eines auftreffenden Beta-Strahltreffers erläutert.

Wenn bei 60 eine Ladung registriert wird, die für einen Strahlungstreffer mit mehr als einer vorgegebenen Energie (zum Beispiel 1 keV oder 4 keV) repräsentativ ist, dann wird der analoge Ladungswert über die Elektronik 56 dem Analog/Digital-Wandler 59 zugeleitet, und die Adresse, welche die Position auf dem Detektor angibt, bei der die Strahlung erfaßt wurde, wird dem digitalen Signalprozessor 58 zugeleitet. Der von dem Analog/Digital-Wandler 59 erhaltene digitale Wert wird in dem digitalen Signalprozessor 58 an einem geeigneten Ort in einer Pixelkarte gespeichert 64. Wenn der erfaßte Ladungswert oberhalb des ausgewählten Markierungsschwellenwertes 66 liegt, dann wird der Pixelposition ein erster Farbwert 68 zugewiesen, andernfalls wird der Pixelposition ein zweiter Farbwert 70 zugewiesen. Das resultierende Abbild kann in der Anzeige 14 in Echtzeit abgebildet werden, während das Abbild gesammelt wird. Die Pixelkarte zur Steuerung der Anzeige 14 kann in dem digitalen Signalprozessor in einem herkömmlichen Speicher gespeichert werden. Die Pixelkarte kann so eingerichtet werden, daß für jeden Markertyp für jedes Pixel Intensitätswerte angesammelt werden. Mit anderen Worten für jeden Markertyp, welcher für jedes Pixel auf der Anzeige aufgezeichnet wird, wird die Anzahl von Treffern für diesen Markertyp aufgezeichnet, wodurch die Intensität des speziellen Markertyps für jedes Pixel auf der Anzeige geliefert wird.

Zusätzlich dazu, daß zwischen Energiebereichen unterschieden wird, kann der digitale Signalprozessor eingerichtet werden, Strahlungstreffer innerhalb jeweiliger Bereiche zu zählen und jedem Farbwert Intensitätswerte zuzuordnen, wodurch eine Anzeige der Anzahl und Energie der Strahlungstreffer ermöglicht wird. Der digitale Signalprozessor ist eingerichtet, das angezeigte Abbild in vom Benutzer wählbaren oder vorgegebenen Intervallen zu aktualisieren.

Bei Verwendung der Vorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, ist es daher möglich, zwei getrennte Markierungen für eine Probe zur Bildung des Objekts der Autoradiographie zu verwenden. Zum Beispiel können für toxikologische und pharmakokinetische Untersuchungen, bei denen Proben von menschlichem oder tierischem Gewebe eingesetzt werden, Arzneimittel mit zwei verschiedenen Markern markiert werden, welche verschiedene Beta-Strahl-Strahlungscharakteristika emittieren. Anschließend, wenn die Gewebeprobe an der Oberfläche des Detektors befestigt ist, können die jeweiligen Verteilungen der Marker in der Probe gleichzeitig gemessen werden, um einen direkten Vergleich der Verteilung der radioaktiven Marker in der Probe zu liefern. Dies bedeutet, daß der Detektor Strahlung von beiden Markern erfaßt, aber durch die Verwendung des Markerschwellenwertes bei 66 in dem in Fig. 9 beschriebenen Verfahren werden den aufgezeichneten Ladungswerten verschiedene Farben zugeordnet je nachdem, ob diese Ladungswerte oberhalb oder unterhalb des in rage stehenden Schwellenwertes liegen. Die "Farben" können bestimmte Farben oder alternativ Graustufungen einer bestimmten Farbe sein. Dementsprechend ist klar, daß es wünschenswerte ist, daß die ausgewählten Marker verschiedene Strahlungsemissionsverteilungscharakteristika (Spektren) haben, so daß die Verwendung eines Schwellenwertes Emissionen von dem ersten und von dem zweiten Marker ohne weiteres unterscheiden kann. In der Praxis wird es eine gewisse Überlappung zwischen den Emissionen von den zwei Markern geben, da die Beta-Strahlenemissionscharakteristika eher über einen Bereich gestreut sind als daß sie auf einen einzelnen Energiewert beschränkt sind.

Der gleiche grundsätzliche Ansatz kann zum Beispiel für die autoradiographische Analyse von "Blots" verwendet werden. Somit kann durch Anwendung von zwei verschiedenen RNA/DNA- Sonden mit verschiedenen radioaktiven Markern ein direkter, unmittelbarer und in Echtzeit erfolgender Vergleich der erhaltenen Blots unter identischen Bedingungen erreicht werden. Mit anderen Worten, der Blot wird für jeden der zwei Marker verschiedene Banden enthalten, so daß der oben beschriebene Markerschwellenwert dazu verwendet werden kann, die aus jedem der Marker resultierenden Banden zu unterscheiden. Es ist klar, daß durch die Verwendung von Markern mit verschiedenen Strahlungsemissionsverteilungscharakteristika (Spektren) eine gleichzeitige Untersuchung unter Verwendung verschiedener Sonden unter identischen Bedingungen erreicht werden kann, wobei Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des autoradiographischen Testverfahrens verbessert werden.

Somit wurde eine neue Technik zur Durchführung des Aufzeichnens der Autoradiographie mit mehreren Kennzeichnungen oder Markierungen auf der Grundlage einer Energie unterscheidenden Aufzeichnungstechnik beschrieben. Auftreffende Beta-Strahlen, die aus verschiedenen Isotopen innerhalb der gleichen Probe stammen, werden entsprechend ihrer Energie aufgezeichnet/gefärbt. Mit derzeit verfügbaren Ladungsverstärkern, welche eine Auflösung der Energie in der Größenordnung von 5% oder besser bieten, ist ein hohes Unterscheidungsmaß möglich. In der bevorzugten Ausführungsform kann ein Streifenhalbleiterdetektor (doppel- oder einseitig) verwendet werden. Die inaktive Tiefe in der Halbleitereintrittsphase beträgt typischerweise wenige Mikrometer, und weil eine Probe in Berührung mit dem Halbleiter gebracht und gepreßt werden kann, ist die Effizienz äußerst hoch im Vergleich mit jedem anderen Verfahren, das heute zur Beta-Strahlenaufzeichnung und Autoradiographie verwendet wird. Für 14-C kann eine Effizienz von mehr als 70% mit einer Positionsauflösung, die besser als 50 um ist, erzielt werden. Große Aufzeichnungsbereiche können durch Kombinieren einzelner Halbleiterstreifendetektormodule in der unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschriebenen Art und Weise oder auf anderen Wegen (z. B. Kacheln) aufgebaut werden. Wie es oben erwähnt ist, kann das Aufzeichnen in Echtzeit mit vom Benutzer definierten Abbildungsanzeigeaktualisierungen durchgeführt werden.

Obwohl spezielle Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, ist klar, daß viele Modifikationen und/oder Ergänzungen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, wie sie durch die anhängenden Patentansprüche definiert ist, gemacht werden können.

Zum Beispiel, obwohl Silizium als der bevorzugte Halbleiter beschrieben wurde, können andere Möglichkeiten Cadmiumteilurid (CdTe), Cadmium-Zink-Tellurid (CdZnTe), Quecksilberiodid (HgI), Bleiiodid (Pbl) usw. umfassen.

Obwohl Streifendetektoren beschrieben wurden, könnten andere Detektoranordnungen, zum Beispiel auf der Grundlage von einzeln adressierbaren Pixelzellen, verwendet werden.

Obwohl bei den bevorzugten Ausführungsformen ein Personal Computer zur Implementierung des digitalen Signalprozessors eingesetzt wurde, ist auch klar, daß einige oder alle der Funktionen, die in der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, mittels Spezialhardware unter Verwendung von zum Beispiel ASIC oder ähnlicher Technologie implementiert werden können.

Darüber hinaus umfaßt die Erfindung, obwohl die Verwendung von zwei Markern mit jeweiligen Energieverteilungen beschrieben wird, die Verwendung von drei oder mehr Markern und die Unterscheidung von drei oder mehr Energiebereichen in Bezug auf geeignete Schwellenwerte zur Bereitstellung von radiographischer Aufzeichnung mit Mehrfachmarkierung.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum autoradiographischen Aufzeichnen mit:

a) Bilden eines Objektes (11) mit mindestens ersten und zweiten Markierungen, wobei jede Markierung eine Strahlung vorsieht mit einer charakteristischen Energieverteilung;

b) Erfassen der Strahlung aus dem markierten Objekt (11) unter Verwendung eines Halbleiterstrahlungsdetektors (10) mit einer Gruppierung von Zellen, von der jede Zelle einen Ladungswert je nach der auf diese einfallenden Strahlungsenergie aufzeichnet;

c) Verarbeiten des Ausgangs aus den Zellen mit Unterscheiden der Ladungswerte in mindestens zwei Ladungswertebereichen und Zuweisen eines Anzeigefarbwertes zu jeder Zellposition in der Gruppierung je nach dem aufgezeichneten Ladungswert; und

d) Bilden einer Aufzeichnung für die Darstellung mit einzelnen Zellpositionen mit einer für die Farbwerte typischen Farbe.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Farbwerte besondere Graustufungswerte für eine vorbestimmte Farbe sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede Farbe eine besondere, unterschiedliche Farbe ist.

4. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Markierungen radioaktive Markierungen aufweisen.

5. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Markierungen radioaktive Isotope aufweisen, die aus der folgenden Liste ausgewählt sind: 3H, 35S, 32P, 33P, 14C und 1251.

6. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Markierungen Hochenergiestrahlung mit einer Energie über 1 keV emittieren.

7. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei jede der Markierungen Betastrahlen emittiert und eine andere Energieverteilung vorsieht.

8. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schritt (a) das Bilden eines Objektes in der Form eines DNA-, RNA-, Protoein- oder Kohlenwasserstoffblots unter Verwendung erster und zweiter Meßfühler aufweist, deren jedes eine andere radioaktive Markierung hat.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren das Markieren einer Gewebeprobe mit mindestens zwei Markierungen aufweist.

10. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schritt (b) das Abfühlen der Strahlung aus dem markierten Objekt aufweist, wobei ein Halbleiterstrahlungsdetektor verwendet wird, der eine eindimensionale Gruppierung von Streifenzellen hat.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Schritt (b) das Erfassen der Strahlung aus dem markierten Objekt aufweist unter Verwendung eines Halbleiterstrahlungsdetektors, der erste und zweite eindimensionale Gruppierungen von Streifen hat, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, um eine zweidimensionale Gruppierung bzw. ein Feld von Zellen zu bestimmen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Schritt (b) das Erfassen der Strahlung von dem markierten Objekt aufweist unter Verwendung eines Halbleiterstrahlungsdetektors mit einer zweidimensionalen Gruppierung von Pixelzellen.

13. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch mit dem in Kontaktbringen des markierten Objektes mit dem Halbleiterstrahlungsdetektor.

14. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch mit dem Aktualisieren der Aufzeichnung für die Darstellung in von dem Benutzer auswählbaren oder vorbestimmten Intervallen.

15. Autoradiographische Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem vorhergehenden Anspruch, mit einem Halbleiterstrahlungsdetektor (10) mit einer Gruppierung von Zellen zum Aufzeichnen eines Ladungswertes je nach der von einem markierten Objekt (11) auf diese einfallenden Strahlungsenergie und mit Verarbeitungsmitteln (12) zum Verarbeiten des Ausgangs aus den Zellen, wobei die Verarbeitungsmittel (12) angeordnet sind, um Ladungswerte innerhalb mindestens zweier Ladungswertbereiche zu unterscheiden und einen Anzeigefarbwert jeder Zeilposition in der Gruppierung je nach dem aufgezeichneten Ladungswert zuzuweisen zum Bilden einer Aufzeichnung für die Darstellung mit einzelnen Zellpositionen mit einer für die Farbwerte typischen Farbe.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Farbwerte besondere Graustufungswerte für eine vorbestimmte Farbe sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei jede Farbe eine besondere, unterschiedliche Farbe ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Markierungen radioaktive Markierungen aufweisen.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Markierungen radioaktive Markierungen aufweisen, die aus der folgenden Liste 3H, 35S, 32 P, 33P, 14C und 1251 ausgewählt sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Markierungen Hochenergiestrahlung mit einer Energie über 1 keV emittieren.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei jede der Markierungen Betastrahlung emittiert und eine andere charakteristische Energieverteilung vorsieht.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei das Objekt ein DNA-, RNA-, Protein- oder Kohlenwasserstoffblot ist, welcher unter Verwendung von ersten und zweiten Meßfühlern gebildet ist, deren jeder eine unterschiedliche radioaktive Markierung hat.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei das Objekt eine Gewebeprobe mit mindestens zwei Markierungen ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei der Strahlungsdetektor eine eindimensionale Gruppierung von Streifenzellen hat.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei der Strahlungsdetektor erste und zweite eindimensionale Gruppierungen von Streifen hat, die orthogonal zueinander angeordnet sind, um eine zweidimensionale Gruppierung von Zellen zu bestimmen.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei der Strahlungsdetektor eine zweidimensionale Gruppierung von Pixelzellen hat.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, wobei der Halbleiterstrahlungsdetektor mit einer Schutzschicht versehen ist, um eine Verunreinigung eines Halbleitersubstrats des Detektors zu vermeiden, wenn das markierte Objekt mit dem Detektor in Berührung gebracht wird.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Schutzschicht einen Mylarfilm aufweist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei der Mylarfilm eine Dicke von 10 um oder weniger, vorzugsweise 5 um oder weniger und besonders bevorzugt 2 um oder weniger aufweist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 29, wobei der Halbleiterdetektor eine Strahlungseingangsfensterdicke für die Zelle von 10 um oder weniger, vorzugsweise 5 um oder weniger und besonders bevorzugte 2 um oder weniger vorsieht.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 30, wobei die Vorrichtung ein Ladungsverstärkungsmittel für das Ausgeben analoger Signale aufweist, die für aufgezeichnete Ladungswerte typisch sind, Analog/Digital-Wandlermittel aufweist für das Umwandeln der Ausgangssignale in digitale Signale und digitale Verarbeitungsmittel aufweist zum Unterscheiden digitaler Werte innerhalb betreffender Bereiche, die durch eine oder mehrere Schwellen bestimmt sind, und entsprechendes Zuweisen von Farbwerten.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die digitalen Verarbeitungsmittel Strahlungstreffer innerhalb betreffender Bereiche aufspeichern und dem jeweiligen Farbwert Intensitätswerte zuweisen.

33. Vorrichtung nach Anspruch 31 oder Anspruch 32, wobei die Aufzeichnung für die Darstellung bei vom Benutzer auswählbaren oder vorbestimmten Intervallen aktualisiert wird.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 33 mit Darstellungsmitteln für das Darstellen der Aufzeichnung.







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