DE204818T1

DE204818T1 - Verfahren und vorrichtung zur zweidimensionalen lagekodierung durch photonenzaehlung.

Info

Publication number: DE204818T1
Application number: DE198686900407T
Authority: DE
Inventors: Edward Michael Casev; D. Terry Douglass; Ronald Nutt
Original assignee: Computer Technology and Imaging Inc
Current assignee: Computer Technology and Imaging Inc
Priority date: 1984-12-04
Filing date: 1985-11-27
Publication date: 1987-07-23
Also published as: EP0204818A4; EP0204818B1; JPH0695146B2; EP0204818A1; CA1244561A; US4749863A; JPS62500957A; WO1986003596A1; ATE101280T1; DE3587747T2; DE3587747D1

Claims

EP 2972 Paten.tansprüc he

1. Zweidimensionale Photonenortskodiersystem mit einem Sei ntiLI ationsdetektor, der die räumliche Auflösung des Ursprungsorts von Photonen, die auf ihn fallen, verbesssert, wobei das Ortskodiersystem umfaßt:

eine Vielzahl von ScintiIlatormaterial elementen, die mit einfallenden Gammastrahlen wechselwirken und eine quantifizierbare Menge von Photonen erzeugen; einen abgestimmten Lichtleiter, der mehrere optische Sperren einer bestimmten Länge aufweist, die Schlitze definieren, wobei die Schlitze jeweils mit einem der Scinti11atormaterialelemente zusammenarbeitet, indem Photonen, die die Scinti11atormaterial elemente anregen, in einem betriebsmäßig zugeordneten Schlitz des mit Schlitzen versehenen Lichtleiters eintreten und wobei die Schlitze eine bestimmte Tiefe haben, so daß sich die Photonen gesteuert in Axial- und quer zur Axialrichtung des geschlitzten Lichtleiters steuern lassen, sowie mit einer Einrichtung, die in Betriebsverbindung mit dem Lichtleiter an einem Ort entfernt von den

Scinti11 atormateria L elementen angeordnet ist, um die Photonenverteilung an bestimmten Stellen auf dem geschlitzten Lichtleiter zu erfassen, wobei die Gammastrahlen optische Photonen erzeugen, die mit Hilfe des abgestimmten Lichtleiters in einem kontrollierten statistischen Verteilungsmuster verteilt und mit der Nachweiseinrichtung zum Erfassen der Verteilung der Photonen nachgewiesen werden.

2. Zweidimensionales Kodiersystem nach Anspruch 1, wobei die Nachweiseinrichtung für die Photonen mehrere Photomultiplierer aufweist, die mit zugeordneten

ausgewählten Schlitzen des geschlitzten Lichtleiters zum Zählen der Photonen operativ in Verbindung stehen und den geschlitzten Lichtleiter an bestimmten Stellen seiner Länge anregen, wobei die Anzahl der Photomultiplierer kleiner als die Anzahl der Scinti11atormaterialelemente ist.

3. Kodiersystem nach Anspruch 1, wobei die Scintillatormaterialelemente Bismuthgermanatkristalle aufweisen, die in einer Reihe angeordnet sind und die eine bestimmte Anzahl von Kristallen in jeder Spalte und in jeder Zeile der Reihe aufweist.

4. Zweidimensionales Photonenortskodiersystem mit einem ScintiIlationsdetektor, der die räumliche Auflösung des Ursprungsorts der Photonen, die auf ihn fallen, verbessert, und wobei der Detektor einen Lichtleiter aufweist, der mit den ScintiIlatormaterial elementen in Funktionsverbindung steht und mit einer Einrichtung zum Zählen von Photonen, die an bestimmten Orten über die Länge des Lichtleiters wandern, so daß die Photonenverteilung bestimmt werden kann.

5. Scinti11 ationsdetektor

mit mehreren Scinti11atormateriale lementen, die mit einfallender Strahlung wechselwirken und eine quantifizierbare Anzahl von Photonen erzeugen, wobei die Scintillatormaterialelemente in einer Reihe angeordnet sind, die eine bestimmte Anzahl von Elementen in jeder Spalte und jeder Zeile der Reihe aufweist; mit einem abgestimmten Lichtleiter, der in Betriebsverbindung mit den Scinti11atormaterial elementen steht wobei der geschlitzte Lichtleiter mehrere Sperren aufweist, die eine vorbestimmte Anzahl von Schlitzen definiert und wobei wenigstens ein Schlitz in

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Betriebsverbindung mit wenigstens einem Scinti11atormaterialelement steht/ so daß Photonen, die die Elemente anregen, in die Schlitze in dem geschlitzten Lichtleiter eintreten, wobei die Schlitze eine vorbestimmte Tiefe besitzen, um die statistische Verteilung der Photonen, die durch den geschlitzten Lichtleiter wandern, steuern zu können und mit mehreren Photomultipliern, die mit dem geschlitzten Lichtleiter in Betriebsverbindung stehen, um die Photonen zu zählen, die bestimmte Abschnitte des Lichtleiters anregen.

6. Sei ntiIlationsdetektor nach Anspruch 5, wobei die Anzahl der Photomultiplier kleiner als die Anzahl der Scinti11atormaterial el ement ist.

7. Scinti11 ationsdetektor nach Anspruch 5, wobei die Scintillatormaterialelemente Bismutgermanatkristalle aufweisen.

8. Zweidimensionales Photonenortskodierverfahren zur Verbesserung der räumlichen Auflösung der Ursprungslage von Photonen, die auf einen Scinti11 ationsdetektor fallen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: es werden Scintillatormaterialelemente an bestimmten Orten angeordnet, um einfallende Photonen aufzufangen, wobei die Scintillatormaterialelemente in einer Reihe angeordnet sind und eine quantifizierbare Anzahl von Photonen abhängig von der Wechselwirkung zwischen den einfallenden Photonen mit den ScintiIlatormaterial elementen erzeugen; es wird dann die statistische Verteilung der Photonen, die Bereiche der Scinti11atormaterial elementenreihe mit einem abgestimmten Lichtleiter anregen, gesteuert und es wird dann die Verteilung der Photonen an vorbestimmten Bereichsabschnitten auf dem Lichtleiter gemessen, wobei die Photonen in die Scintillatormaterialelemente eintreten

und in einem gesteuerten statistischen Verteilungsmuster über den Lichtleiter verteilt und gemessen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Photonen gezählt werden, um ihre statistische Verteilung zu bestimmen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei in einer Verfahrenstufe das Muster der gezählten Photonen und ihre Verteilung einem Erkennungsverfahren unterzogen werden, um die Lage des Ausgangspunktes der Photonen festleger» zu können.

11. Positronenemissionstomographieverfahren zum Nachweisen und quantitativen Messen biochemischer und/oder physiologischer Veränderungen in lebenden Organismen, in denen eine radioaktive Verbindung mit radioaktiven Isotopen derart zugeordnet sind, daß die Isotope Positronen emittieren, wenn die Isotope sich im Organsimus umwandeln, wobei jedes emittierte Positron, das auf ein Elektron auftrifft, zusammen mit dem Elektron unter Emission von Gammastrahlung in der Form von zwei Photonen vernichtet wird, die dann an der Stelle, an der die Vernichtung stattgefunden hat, in entgegengesetzte Richtungen (180 ) voneinander weg emittiert werden, und wobei das Verfahren Verfahrensschritte umfaßt, bei denen mehrere Scinti11atormaterial etemente in einer Reihe angeordnet werden, so daß die Photonen dort auftreffen und eine quanitifi&zgr;ierbare Anzahl von Photonen erzeugen, die aus der Scinti11atormaterialreihe austreten, und wobei die statistische Verteilung der Photonen, die die

Scinti11atormateria I elemente verlassen, gesteuert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Photonen, die die Scintillatorelemente verlassen, gezählt werden, um Information über den Ort des Scintillationsereignisses zu

erhalten, das stattfindet/ wenn Photonen auf ausgewählte Scintillationsmaterialelemente auftreffen.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Information der gezählten Photonen mit einer vorbestimmten statistischen Photonenzählerverteilung verglichen wird, um den Ort des Sei ntiIlationsereignisses feststellen zu können, und wobei dann die Information in einen Computer eingegeben wird, um ein tomographisches Bild zu erzeugen.

14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Scintillationsmaterialelemente in einer Reihe angeordnet sind, die acht Scinti11atormaterial elemente in jeder Spalte und vier Sei ntiIlatormaterialelemente in jeder Spalte aufweisten.

15. Verfahren zur Herstellung eines abgestimmten Lichtleiters, der mehrere optische Sperren einer vorbestimmten Länge aufweist, die Schlitze definieren, zur Verwendung in Verbindung mit einem Photonenortskodiersystem, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

es wird ein Kristall, der aus Scinti11 ationsmaterial hergestellt ist, mit einer vorbestimmten Tiefe geschnitten, um so eine Reihe mit einer bestimmten Anzahl von Schlitzen zu erzeugen, wobei die Schnitte in Paral IeIrichtung zur Fortpflanzungsrichtung von Photonen durch den Lichtleiter eingebracht werden; es werden dann alle Oberflächen des Kristalls chemisch geätzt, wobei Photonen von den optischen Oberflächen reflektiert oder übertragen werden und es werden dann optische Sperren innerhalb der Schnitte geschaffen, die die Sc hlit&zgr;reihen festlegen, wobei die optischen Schwellen dazu dienen, die statische Verteilung von Photonen, die durch den Lichtleiter wandern, zu steuern .

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Sperrelen dadurch erzeugt werden, daß man in den Schnitten in den Lichtleitern eine reflektierende Farbe anordnet, die einzelne Abschnitte der Schlitze untereinander optisch i soliert.

17. Scinti11 ationsdetektor mit mehreren Kristallen, die aus einem Sei ntiIlationsmaterial hergestellt sind, wobei die Kristalle optisch voneinander isoliert sind und in einer Reihe mit einer bestimmten Anzahl von Zeilen und Spalten angeordnet sind und wobei die Kristalle eine erste zweidimensionale Fläche bilden, auf die Photonen auftreffen sowie eine gegenüberliegende zweidimensionale Fläche, durch die die Photonen die Krist al Ireihe wieder verlassen;

mit einem abgestimmten Lichtleiter, der mit den Scinti11atormaterial elementen in Betriebsverbindung steht, wobei der geschlitzte Lichtleiter mehrere Sperren aufweist, die eine bestimmte Anzahl von Schlitzen definieren, wobei jeder Schlitz in Betriebsverbindung mit wenigstens einem der Kristalle steht und wobei die Lichtleiter eine erste Fläche bilden, die optisch an die gegenüberliegende Fläche der KristalIreihe angeschlossen ist, derart, daß jeder Schlitz mit jedem Kristall ausgerichtet ist, so daß die Photonen, die aus den Kristallen austreten, in die zugeordneten ausgerichteten Schlitze in jeden Lichtleiter eintreten und daß der Lichtleiter eine gegenüberliegende Fläche bildet, durch die Photonen aus dem Lichtleiter austreten, wobei die Schlitze eine vorbestimmte Tiefe aufweisen, so daß die statistische Verteilung der Photonen, die durch den Lichtleiter wandern, am Ausgang auf der gegenüberliegenden Fläche gesteuert werden kann und mit mehreren Photomultipliern, die mit der gegenüberliegenden Fläche

des geschlitzten Lichtleiters, durch den die Photonen mit einem gesteuerten statistischen Verteilungsmuster wandern, betrieblich zugeordnet sind, wobei die Photomultiplierer in einer Reihe mit einer bestimmten Anzahl von Spalten und Zeilen angeordnet sind, wobei die Photomultipliererreihe eine kleinere Anzahl von Elementen als die KristalIreihe aufweist und wobei der Nachweis der statistischen Verteilung der Photonen Information darüber gibt, an welcher Stelle das Scinti11 ationsereignis stattgefunden hat.

18. Zweidimensionales Kodiersystem für einen Photonenort, mit einem Scinti11 ationsdetektor, der die räumliche Auflösung des Ausgangsorts der Photonen, die auf ihn fallen, verbessert, wobei das Ortskodiersystem umfaßt: mehrere Scinti11atormaterialelemente, die mit einfallenden Gammastrahlen wechselwirken und eine quantifizierbare Anzahl von Photonen erzeugen, wobei die SeintiIlatormaterialelemente integral in einem abgestimmten Lichtleiter ausgebildet sind, der mit mehreren optischen Sperren einer vorbestimmten Länge, die Schlitze definieren, versehen ist, wobei die Schlitze betrieblich mit einem der Sei ntiIlationsmaterialelemente verbunden sind, so daß Photonen, die in die Scinti11 ationsmaterial elemente eintreten, in einen betrieblich zugeordneten Schlitz in dem geschlitzten Lichtleiter eintreten, wobei die Schlitze eine vorbestimmte Tiefe haben, um so die Verteilung der Photonen in Axialrichtung und quer zur Axialrichtung in dem geschlitzten Lichtleiter steuern zu können und mit einer Einrichtung, die betrieblich mit dem Lichtleiter an einem entfernten Ort von den

ScintiL I ationsmateria I elementen verbunden ist, wobei mit dieser Einrichtung die Photonenverteilung an bestimmten Bereichen des geschlitzten Lichtleiters erfaßt werden

kann, wobei die GammastrahLen optische Photonen erzeugen, die im abgestimmten Lichtleiter nach einem gesteuerten statistischen Muster verteilt werden und mit der Meßeinrichtung zum Messen der Verteilung der Photonen nachgewiesen werden.

19. Zweidimensionales Photonenortskodiersystem mit einem Seinti1I ationsdetektor, der die räumliche Auflösung über die Lage des Ursprungsorts der auftreffenden Photonen verbessert, wobei das Kodiersystem umfaßt: einen Sei ntiIlationsmaterialkristalI, der mehrere ScintiIlationsmaterialelemente bildet, die mit einfallenden Gammastrahlen zur Erzeugung einer quantifizierbaren Anzahl von Photonen wechselwirken, wobei die Scinti11 ationsmaterial elemente durch mehrere optische Barrieren einer vorbestimmten Tiefe voneinander getrennt sind, so daß sie gemeinsam einen abgestimmten Lichtleiter zur Steuerung der Photonenverteilung bilden, die in die Scinti11 ationsmaterialelemente in Axial- und quer zur Axialrichtung der. ScintiI tationsmaterial elemente eintreten und mit einer Einrichtung, die mit dem Lichtleiter entfernt von den ScintiIlationsmaterial elementen in Betriebsverbindung steht, um die Verteilung der Photonen an bestimmten Stellen auf dem geschlitzten Lichtleiter nachweisen zu können, und wobei Gammastrahlen optische Photonen erzeugen, die in dem abgestimmten Lichtleiter nach einem gesteuerten statistischen Muster verteilt werden und von der Einrichtung zum Nachweis der Photonenverteilung erfaßt werden.