NL8005558A - Inrichting voor het lokaliseren van gebied in het menselijk lichaam. 081080 inrichting voor het lokaliseren van een gebied in het menselijk lichaam. - Google Patents

Description

* Nr - 1 -

Inrichting voor het lokaliseren van een gebied in het menselijk lichaam.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het lokaliseren van een gebied in het menselijk lichaam door het opnemen van een verbinding, die is gemerkt met 125 een radio-actieve stof, in het bijzonder I-vibrinogeen, 5 door middel van een detector voor desintegratiestraling vanuit het opneemgebied.

Het risico van bloedpropjes (thrombi) na bepaalde chirurgische operaties vereist in veel gevallen een nauwkeurige bewaking over de patiënt, zodat de diagnose 10 kan plaatsvinden in een vroeg stadium. Thrombi in diep gelegen aderen zijn van bijzonder belang, aangezien deze thrombi (in tegenstelling met thrombi in aan de oppervlakte gelegen aderen) bijzonder gevaarlijk zijn, doordat zij gedurende hun bloedcirculatie in het uiterste geval teniet 15 doen, mogelijk losraken, en via de bloedcirculatie in de longen terechtkomen met schadelijke zo niet fatale gevolgen.

Het is daarom van vitaal belang, dat therapeutische middelen zo snel mogelijk worden toegepast. Aangezien de therapie in kwestie bijwerkingen kan veroorzaken, dient deze echter 20 alleen te worden toegepast in gevallen van werkelijke noodzaak, en zal zij bijv. niet worden gebruikt, indien de patiënt slechts aan thrombi aan de oppervlakte leidt.

Vormen van röntgenstraalonderzoek, waarbij gebruik gemaakt wordt van een contrastmedium, zijn gebruikt 25 voor het bepalen van de aanwezigheid en plaats van thrombi.

Deze methoden bezitten evenwel nadelen in die zin, dat zij betrekkelijk omslachtig zijn en kostbaar, en tevens pijnlijk kunnen zijn, om niet te zeggen gevaarlijk voor de patiënt.

Het is daarbij niet geheel uitgesloten, dat een dergelijk 30 onderzoek als flebografie zelf aanleiding kan geven tot thrombose.

Een alternatieve methode voor het bepalen van 125 de aanwezigheid en plaats van thrombi is de zgn. I- fibrinogeen-opneemtest, die regelmatig wordt gebruikt 35 voor de diagnose van thrombi in de beenaders. De methode 125 is gebaseerd op de toediening van I-fibrinogeen (het finAEcc a - 2 - fibrine van het bloed), dat bij coagulatie accumuleert als fibrinedraden in de thrombe. De daarbij verhoogde activiteit kan uitwendig worden waargenomen door middel van een. detector, die gevoelig is voor de vervalstraling 125 5 van het I-fibrinogeen, bijv. een scintillatiedetector. Het nadeel inherent aan deze methode is, dat deze niet kan onderscheiden tussen thrombi in oppervlakte-aders en thrombi in diepe aders, dat wil zeggen, de methode maakt het alleen mogelijk de plaats van een thrombe te bepalen, 10 berekend vanaf het oppervlak van het lichaam, en niet de dieptelokatie van de thrombe.

125

In vergelijking met flebografie geeft de I-fibrinogeenopneemtest ongeveer 20 % "valse positieve" resultaten bij onderzoek van thrombi in het been, en het 15 is waarschijnlijk, dat dit verschil in verband kan worden gebracht met de aanwezigheid van thrombi in de oppervlakte-aders .

Het doel van de uitvinding is nu het tot stand brengen van een onderzoekinrichting, die de voordelen 20 van de bovenbeschreven methodes verenigt, dat wil zeggen, de nauwkeurigheid van de plaatsbepaling van flebografie en de bloedeloosheid, veiligheid en eenvoudigheid van de 125 I-fibrinogeentest, waarbij het resultaat wordt bereikt zonder de nadelen van elk der methodes mee te nemen.

25 Dit doel wordt bereikt in een inrichting van het type, zoals in de aanhef omschreven, en daarbij gekenmerkt door een discriminatorinrichting, verbonden met een detector voor het onderscheiden tussen desintegraties, die aanleiding geven tot emissie van niet-30 coïncidente fotonen van een energie binnen een eerste interval, en desintegraties, die aanleiding geven tot de emissie van nagenoeg coïncidente fotonen met een totale energie in een tweede interval, dat in wezen gescheiden is van het eerste interval, en middelen, verbonden met 35 de discriminatorinrichting voor het tellen van het aantal desintegraties van elk type en voor het berekenen van de afstand van de detector tot het opneemgebied uit de betrekking tussen de twee aantallen.

De uitvinding maakt gebruik van een unieke 125 40 eigenschap in de karakteristiek van het verval van I.

8005558 * ƒ - 3 -

Deze isotoop vervalt via elektroneninvangst tot een geëx- 125 citeerd niveau in Te. Bij deze overgang worden gemiddeld 0,74 K röntgenstralen per desintegratie geëmitteerd. De-excitatie van het geëxciteerde niveau geschiedt hoofdzakelijk 5 door inwendige conversie, die gemiddeld 0,67 K röntgenstralen per desintegratie geeft. Een klein gedeelte (7 %) van de deëxcitatie geschiedt via γ-emissie. De energie van de röntgenstralen varieert van 27 keV tot 31 keV met een gewogen gemiddelde waarde van 28 keV.

10 In bij benadering de helft van deze integraties wordt een foton geëmitteerd zowel gedurende de elektron-invangst als bij de deëxcitatie. Het gemiddelde aantal van dergelijke gebeurtenissen per desintegratie wordt gegeven door het produkt 0,74 . (0,67 + 0,07) dat ongeveer 15 gelijk is aan 0,54. Twee röntgenstraalfotonen of één röntgenstraal en één γ-fotoon worden dan nagenoeg simultaan geëmitteerd zonder richtingscorrelatie.

De waarschijnlijkheid van het detecteren van de beide co'incidente fotonen hangt onder andere af van de 20 grootte van de gebruikte detector, de afstand tussen de detector en het gebied, dat de radio-actieve isotoop heeft, en de verzwakking van het materiaal tussen de detector en dit gebied. Een soortgelijke afhankelijkheid staat in verband met de waarschijnlijkheid van totale detectie 25 van zowel de coincidente als niet-coïncidente fotonen.

Het quotiënt tussen het aantal coincidente registraties,

Nc, een het totaal aantal geregistreerde fotonen Nt, kan in het bijzonder gezien het feit, dat de geëmitteerde 125 straling relatief monochromatisch is in het geval van I, 30 worden aangetoond als te zijn van het type: N /N, = K . . e“ud . ε c t a 4ττ waarin K& een constante is, Ω de vaste hoek, waaronder de detector wordt gezien vanaf een puntbron voor de straling, 35 μ de effektieve verzwakkingscoëfficiënt van het tussenliggende materiaal, welke coëfficiënt materiaal- en energie-afhankelijk is, d de afstand tussen de stralingsbron en de detector, en ft η n e c r λ - 4 - ε het rendement van de detector.

In de bovengegeven formule geldt verder Nt = Nn + 2Nc, waarbij Nn het aantal van de gedetecteerde niet-coïncidente fotonen is.

5 Voor praktische metingen is een experimentele bepaling vereist van de betrekking tussen de afstand d en het quotiënt N /N.J.. Het is gebleken, dat de afstand d kan worden beschreven door middel van een vergelijking van het soort: d = k^ . In ^ + Nj-/Nc) r waarin k^^ en ^ 10 constanten zijn.

Als gevolg van het gebruik van de inrichting volgens de uitvinding is het tevens mogelijk om de diepte-lokatie vast te stellen van een thrombe, waardoor het bovenaangegeven doel wordt bereikt.

15 Aldus is de eigenschap, die wordt benut in 125 de vervalkarakteristiek voor de isotoop I, de aanwezigheid van nagenoeg coïncident-geëmitteerde fotonen in een bepaalde zone van de desintegratie, waarbij deze coïncidente fotonen afzonderlijk detecteerbaar zijn, dat wil zeggen een totale 20 energie hebben, die ligt binnen een energie-interval, waarin geen individuële fotonen worden geëmitteerd. Andere 125 radio-actieve isotopen dan I kunnen natuurlijk deze 125 eigenschap ook bezitten, maar I is de isotoop, die momenteel de voorkeur heeft.

25 De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. In de tekening toont: fig. 1 de energieverdeling van de fotonen 125 geëmitteerd door een I-bron, 30 fig. 2 experimenteel afgeleide betrekkingen tussen de diepte in water van een stralingsbron en het quotiënt N_/N.,

v W

fig. 3 een blokschema van één uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding, en 35 fig. 4 een aantal van de bufferketens, opgenomen in de inrichting volgens de uitvoeringsvorm van fig. 3.

De grafiek in fig. 1 geeft de energieverdeling 125 van fotonen, geëmitteerd door een I-stralingsbron/ waarbij deze fotonen zijn gedetecteerd door middel van een 40 met thallium geactiveerde natriumjodidedetector. Een derge- 8005558 - 5 - gelijke scintillatiedetector kan bijv. een scintillatie-kristal hebben met een diameter van 124 mm en een dikte van 1,5 mm, alsook zijn voorzien van een kopereollimator met een lengte van 50 mm, een openingsdiameter van 40 mm 5 en een dikte van 5 mm. De verdelingskromme bezit één piek bij ongeveer 28 keV, een piek, in betrekking kan staan met afzonderlijk gedetecteerde fotonen, en één piek bij ongeveer 56 keV, welke laatste piek in betrekking staat met paarsgewijs coïncident-gedetecteerde fotonen, die zijn 10 geregistreerd.door de detector als een enkel foton van een energie in het gebied van ongeveer 56 keV.

Zoals eerder werd uiteengezet, verdient een experimentele bepaling van de betrekking tussen enerzijds de verhouding tussen het aantal (N ) gedetecteerde fotonen 15 met een energie van ongeveer 56 keV en het totale aantal (Nfc) gedetecteerde fotonen, en anderzijds de afstand tussen de stralingsdetector en de stralingsbron de voorkeur. Voorbeelden van deze relatie zijn getoond in fig. 2, waarin getoond wordt, hoe het quotiënt Nc/Nt varieert met de 20 afstand tussen een stralingsdetector en een puntvormige (kromme A) of lineaire (krommes B en C) stralingsbron, die is ondergedompeld in water, waarbij de verzwakkings-coëfficiënt van water hoofdzakelijk overeenkomt met de verzwakkingscoëfficiënt van het spierweefsel van het 25 menselijk lichaam.

De uitvoering van de inrichting volgens de uitvinding, getoond in fig. 3 omvat twee stralingsdetectoren 1 en 2, die scintillatiedetectoren van het bovengenoemde type kunnen zijn, gecombineerd met fotovermenigvuldigers, 30 die op bekende wijze een uitgangspuls geven voor elk gedetecteerd foton of gedetecteerd paar coïncidente fotonen, waarbij deze uitgangspuls van een amplitude is, die nagenoeg evenredig is aan de energie van het foton of het paar coïncidente fotonen resp. De uitgangspulsen van elke 35 detector 1, 2 worden versterkt door versterkers 3 en 4, en vervolgens toegevoerd naar discriminatoren 5 en 6, die elk kunnen bestaan uit twee enkelkanalige analysatoren resp. 5a en 5b, en 6a en 6b. Aangezien de inrichting bedoeld is om te gebruiken voor het registreren van het 125 40 opnemen van een met I gemerkte verbinding, zi^n de 8005558 - 6 - analysatoren 5a en 6a zodanig ingesteld, dat zij reageren op fotonen met een energie binnen een interval (een zgn. venster) rond de waarde van 28 keV, terwijl de corresponderende waarde voor de analysatoren 5b en 6b bij benadering 5 56 keV bedraagt. Pulsen, geëmitteerd door de analysatoren 5a, 6a, 5b, en 6b, waarvan de aantallen overeenkomen met het aantal registraties in elk resp. venster, worden opgedrukt op corresponderende bufferketens in een buffer en interface eenheid 7, naar welke en van welke eenheid 10 informatie-overdracht kan worden uitgevoerd resp. van en naar een microcomputer 8.

De bovenbeschreven buffer en interface eenheid 7 kan voor elke eenkanalige analysatoruitgang zijn voorzien van een bufferketen van het type, getoond in fig. 4.

15 Meer nauwkeurig omvat deze keten twee binaire tellers 10, 11 (bijv. van het 74LS193 type), die de pulsen telt, die optreden aan elke resp. eenkanalige analysatoruitgang, waarbij een stuursignaal van de computer 8 bepaalt, . of de telling wordt uitgevoerd naar boven of naar beneden.

20 De tellers 10 en 11 zijn aan één zijde verbonden met twee uitgangspoorten 12, 13 van de computer 8 en aan de andere zijde gekoppeld aan twee ingangspoorten 14 en 15 aan de computer, elk door tussenkomst van hun grendelketens 16 resp. 17 (bijv. van het 74LS175 type). Het uitvoeren van 25 de inhouden van de tellers 10 en 11 naar de grendelketens 16 en 17, en vandaar naar de ingangspoorten 14 en 15 van de computer 8 wordt tot stand gebracht door middel van een uitleespuls van de computer 8, waarbij deze uitlees-puls wordt toegevoerd aan een multivibratorketen 18 30 (bijv. van het 74L221 type) met twee monostabiele multi-vibratoren, waardoor de inhouden van de tellers 10 en 11 eerst worden overgedragen aan de grendelketens 16 en 17 en de tellers 10 en 11 daarna op nul worden gesteld.

Het gebruik van de bovenbeschreven inrichting 35 in samenhang met de bepaling van de lokatie van aderthrombi in een been zal in het onderstaande worden beschreven.

125

Bij wijze van voorbereiding werd I-fibrinogeen geïnjecteerd in de patiënt. De detectoren 1 en 2 werden vervolgens geplaatst, bijv. boven het hart, waarna de enkelkanalige 40 analysatoren werden ingesteld met betrekking tot het 8005558 % * - 7 - centrum van elk resp. venster op een zodanige wijze, dat een maximale gevoeligheid in elk kanaal werd verkregen. Voor het instellen van een norm van vervolgens te meten waarden, werd vervolgens een meting uitgevoerd aan het hart, 5 hetgeen een referentie gaf voor stralingsactiviteit. Vervolgens werd de plaats van de thrombe over het been vastgesteld, hetgeen met de hand, mechanisch of elektrisch onder besturing van de computer 8 kan geschieden. Bij met de hand lokaliseren van de plaats van de thrombe, wordt 10 de detector 1 bijv, verplaatst langs het been, terwijl de activiteit langs het been wordt gemeten. Een maximale waarde van een aldus verkregen activiteitskromme onthult de positie van een aderthrombe. Mechanisch kan de lokalisering van de plaats van de thrombe geschieden door een detector 15 te monteren op bijv. een geleidingsschroef, die onder besturing van de computer de detector beweegt over de lengte van het been, waarbij de activiteit wordt gemeten op dezelfde wijze als bij het handonderzoek. De plaats van de thrombe over het been kan tevens langs zuiver 20 elektrische weg worden bepaald doordat een aantal detectoren is opgesteld langs het been, waarbij de activiteiten, gemeten door de verschillende detectoren, worden gebruikt door de computer voor het bepalen van de positie over het been, waar de thrombe optreedt.

25 Wanneer de plaats van de thrombe is vastgesteld, wordt de detector 1 geplaatst in een geschikte positie boven de thrombe, terwijl de detector 2 wordt geplaatst op een corresponderende plaats aan het andere been van de patiënt voor het detecteren van achtergrondstraling, welke 30 niet noodzakelijk is bij het eerste onderzoek voor het bepalen van de plaats van de thrombe over het been. Vervolgens begint de registratie, die wordt beëindigd na een vastgestelde tijd of, nadat een vastgesteld aantal coïnci-dente fotonen is geteld, of ten slotte, wanneer de diepte-35 positie van de thrombe kan worden vastgesteld met een bepaald nauwkeurigheidsniveau. Combinaties van deze condities kunnen eveneens worden gebruikt voor het beëindigen van de registratie.

Bij registratie gedurende een vastgestelde 40 tijdsperiode worden het aantal pulsen, geregistreerd in de r - 8 - tellers 10 en 11 en in de corresponderende teller periodiek overgedragen, dat wil zeggen bij een interval van 100 ms, aan de computer 8 via de grendelketens 16 en 17 en de ingangspoorten 14 en 15. Bij registratie van een vastgesteld 5 aantal fotonen kan een geschikt getal worden ingesteld in de tellers 10 en 11 via de uitgangspoorten 12 en 13 van de computer 8, waarna de tellers door middel van een stuursignaal van de computer 8 worden gedwongen om omlaag te tellen bij ontvangst van pulsen van elke resp. detector.

10 De bovenbeschreven bufferketens, getoond in fig. 4, zijn nodig, wanneer bijv. de computer van het.

ABC80 type wordt gebruikt, en wanneer het programma is geschreven in BASIC1^.

Indien het programma in plaats daarvan is 15 geschreven in assembleertaal, kan men de computer zo snel laten werken, dat er geen bufferketens vereist zijn.

Als modificatie van de inrichting, getoond in fig. 3, kunnen derhalve de bufferketens in de eenheid 7 komen te vervallen. Als verdere modificatie kan een analoog-20 digitaalomzetter worden ingekoppeld in plaats van de eenkanalige analysatoren, of parallel-gekoppeld worden met deze analysatoren. Een analoog-digitaalconversie van de amplitude van de pulsen van bijv. de versterker 3 maakt het terugwinnen mogelijk van een spectraalverdeling van de 25 geregistreerde fotonen. Wanneer een analoog-digitaalomzetter wordt gebruikt in plaats van de eenkanalige analysatoren, vervangt elke analoog-digitaalomzetter 2 eenkanalige analysatoren. Voor collectie van data op deze wijze is het noodzakelijk, dat de microcomputer wordt geprogrammeerd 30 in assembleertaal, zodat voldoende snelheid wordt verkregen. Verder is het vereist, dat de analoog-digitaalomzetter een voldoende capaciteit heeft, dat wil zeggen een capaciteit van 10 tot 12 bits, en tegelijk een kortere conversie-tijd (100 ;is) dan de corresponderende snelste coincidentie-35 tijd (ongeveer 1 ms). De weergeefinrichting 19 van de computer kan worden gebruikt voor het presenteren van de verdelingskromme, waarvan de verschijning progressief kan worden bijgewerkt.

^ Beginner's Allpurpose Symbolic Instruction Code 8005558 - 9 -

Zoals eerder werd opgemerkt, kan de bovenbeschreven inrichting volgens de uitvinding bij ëén uitvoeringsvorm een aantal detectoren bezitten, geplaatst langs het been in onderzoek. In dit geval begint de 5 microcomputer zijn onderzoek eerst door via de buffer en interface eenheid de telpulsen in te lezen, die worden uitgestuurd van elke resp. detector. Vervolgens bepaalt de microcomputer, onder welke detector een mogelijke thrombe kan zijn gelokaliseerd, en maakt aldus een nauw-10 keurige collectie van data, waarna de diepte van de thrombe wordt berekend. Indien de thrombe is gelegen tussen twee detectoren, wordt een meting uitgevoerd met elk van deze detectoren, en de daadwerkelijke positie van de thrombe wordt daarna berekend, alsook zijn afstand tot de huid.

- conclusies - 8005558

Claims (4)

1. Inrichting voor het lokaliseren van een gebied in het menselijk lichaam door het opnemen van een verbinding, gemerkt met een radio-actieve stof door middel van een detectorinrichting voor desintegratiestraling van dit 5 gebied, gekenmerkt door een discriminator-inrichting (5,6) verbonden met de detector (1,2) voor het onderscheiden tussen desintegraties, die aanleiding geven tot de emissie van niet-coïncidente fotonen met een energie in een eerste interval, en desintegraties, die 10 aanleiding geven tot de emissie van nagenoeg coïncidente fotonen met een totale energie in een tweede interval, dat in wezen gescheiden is van het eerste interval, en middelen (7,8) verbonden met de discriminatorinrichting voor het tellen van het aantal desintegraties van elk 15 type en voor het berekenen van de afstand van de detector ’ tot het opneemgebied uit de betrekking tussen deze twee aantallen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij gebruik 125 gemaakt wordt van I als radio-actieve stof, met 20 het kenmerk, dat de discriminatorinrichting (5,6) het eerste interval gecenterd heeft rond ongeveer 28 keV en het tweede interval gecenterd rond ongeveer 56 keV.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, m e t het kenmerk, dat de detectorinrichting (1,2) 25 twee. detectors omvat, waarvan de een is bedoeld voor het meten van de desintegratiestraling van het opneemgebied, en de andere is bedoeld voor registratie van desintegratiestraling van een referentiegebied voor het bepalen van achtergrondstraling. 30

4. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, m e t het kenmerk, dat de detectorinrichting een aantal detectors omvat, en dat de middelen voor het tellen van het aantal desintegraties werkzaam is voor het aftasten van de detectoren, teneinde voorafgaand aan de detectie 35 van coïncidente en niet-coïncidente fotonen, die detector 8005558 - 11 - vast te stellen, waaronder de activiteit het hoogst is. 8005558