Die Erfindung betrifft einen Scanner zur Erfassung von Strahlung sowie ein Verfahren, bei dem ein solcher Scanner eingesetzt wird.

Aus R. Wolf,"Handbuch der medizinischen Radiologie", Nuklearmedizin, Teil 1A, A, Springer Verlag, 1980, ist ein zweidimensionaler Scanner zur Erfassung von Gam- maquanten bekannt. Der darin beschriebene zweidimensio- nale Scanner weist einen Detektor auf, der eine defi- nierte Anordnung von Photomultipliern nach dem Anger- Prinzip, Szintillationskristalle und einen Kollimator mit Bohrlöchern umfaßt. Mit Hilfe dieses Detektors wer- den zweidimensionale Aufnahmen gefertigt, die sowohl Orts-, als auch Energieinformationen der registrierten Gammaquanten beinhalten. Aus den zweidimensionalen Auf- nahmen werden mit Hilfe bildgebender Verfahren Szinti- gramme erstellt, die zu quantitativen Aussagen über das Untersuchungsobjekt führen sollen.

Nachteilig bei der beschriebenen Meßvorrichtung ist, daß nicht nur die eigentliche Strahlung, die die Bohr- löcher des Kollimators passiert, von dem Szintillator detektiert wird, sondern auch die sogenannte septenpe- netrierte Strahlung. Darunter versteht man die Strah- lung, die die Septen (in der Regel Blei) durchdringt und dann den Szintillator erreicht und ebenfalls detek- tiert wird. Diese von außerhalb der Bohrlöcher auf den

Szintillator auftreffende Strahlung verfälscht das Meß- signal bezüglich der Orts-und Energieauflösung.

Ebenfalls aus R. Wolf,"Handbuch der medizinischen Ra- diologie", Nuklearmedizin, Teil 1A, A, Springer Verlag, 1980, ist bekannt, einen Linearscanner einzusetzen, dessen einziges Bohrloch im Kollimator von dicken Sep- ten umgeben ist, wodurch die septenpenetrierte Strah- lung weitgehend unterdrückt werden kann. Dieser Linear- scanner kann ein Meßobjekt in definierten Zeit-und Ortsintervallen abscannen und so ebenfalls eine zweidi- mensionale Orts-und Energieauflösung der vom Meßobjekt ausgehenden Strahlung liefern. Nachteilig bei diesem Verfahren sind jedoch die langen Meßzeiten, die durch das Abscannen hervorgerufen werden.

Ferner ist in J. C. W. Crawly, N. Veall ; Medical Radio- isotope Scintigraphy, Vol. 1 (1973) 105, ein Multikri- stall-Scanner aus mehreren aneinandergereihten, nur schwach absorbierenden NaJ (Tl)-Kristallen beschrieben.

Dieser weist jedoch nachteilig eine schlechte Ortsauf- lösung aufgrund der Comptonereignisse in der Kristall- anordnung ("Crosstalk") auf, insbesondere bei energie- reicher Strahlung größer 200 keV.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Scanner zur Erfas- sung von Strahlung, insbesondere radioaktiver Strahlung zu schaffen, bei dem eine hohe Ortsauflösung innerhalb einer kurzen Meßzeit erreicht wird, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Scanners bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Scanner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren ge-

maß Nebenanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweils rückbezogenen Ansprüchen.

Anspruch 1 Der erfindungsgemäße Scanner zur Erfassung von Strah- lung, insbesondere radioaktiver Strahlung, umfaßt we- nigstens einen im Ruhezustand ortsauflösenden Sensor, der die Strahlung detektiert, sowie Mittel zur Erzeu- gung einer Relativbewegung zwischen Scanner und Meßob- jekt. Ein solcher Sensor kann eine Mehrzahl an Meßstel- len bzw. Detektionsbereiche aufweisen, die räumlich voneinander getrennt sind.

Radioaktive Strahlung entsteht beim spontanen Zerfall instabiler Atomkerne. Bei dieser Kernreaktion wird Strahlung und/oder Teilchen frei, beispielsweise die energiereichen a-oder p-Teilchen oder auch Gammaquan- ten. Beispiele für instabilen Atome, die radioaktive Strahlen aussenden, sind unter anderem 238Uran, 239Plutonium oder 131 Jod.

Der anspruchsgemäße ortsauflösende Sensor detektiert ortsaufgelöst die Strahlung, insbesondere radioaktive Strahlung. Ein geeigneter Sensor ist zum Beispiel ein Halbleitersensor, bei dem Elektronen durch Strahlung angeregt werden, und ein dadurch entstehender resultie- render Strom ein Maß für die Strahlung ist.

Ein besonders vorteilhafter Sensor für die Detektion von radioaktiver Strahlung kann beispielsweise aus einem ortsauflösenden Photomultiplier und einem Szin- tillator bestehen. Eine solche Sensoranordnung kann vorteilhaft sowohl die Intensität der radioaktiven Strahlung detektieren, als auch die Art der Strahlung

unterscheiden, z. B. a-oder ß-Teilchen. Ein ortsauflö- sender Sensor mißt nicht nur die auf den Sensor auf- treffende radioaktive Strahlung im Ganzen. Ein solcher Sensor ist in der Lage, die in einer zweidimensionalen Ausdehnung auf den Sensor auftreffende Strahlung lokal verschiedenen, durch die Auflösung des Sensors vorgege- benen Bereichen zuzuordnen. Die Ortsauflösung ist ein Maß dafür, wieviel unterscheidbare einzelne Meßbereiche pro Meßfläche des Sensors zur Verfügung stehen. Weist ein Scanner mehrere gleichartige Sensoren in einem re- gelmäßigen Gitterabstand von z. B. 4 mm auf, so ergibt sich die Ortsauflösung in ruhendem Zustand regelmäßig zu 8 mm (doppelter Abstand). Bei Verwendung eines orts- auflösenden Photomultipliers hängt die Ortsauflösung in ruhendem Zustand beispielsweise von der spezifischen (intrinsischen) Ortsauflösung des Photomultipliers ab.

Der anspruchsgemäße Scanner weist ferner Mittel auf, um zwischen dem Scanner und dem Meßobjekt eine Relativbe- wegung zu erzeugen. Eine Relativbewegung kann zum einen dadurch bewirkt werden, daß die anspruchsgemäßen Mittel den Scanner bewegen, während das Meßobjekt ortsfest ist, oder aber auch dadurch, daß die Mittel das Meßob- jekt bewegen, während der Scanner ortsfest ist. Die Mittel können aber auch sowohl den Scanner als auch das Meßobjekt derart bewegen, daß sich zwischen ihnen eine Relativbewegung ergibt. Ein Mittel, welches zwischen einem Scanner und einem Meßobjekt eine Relativbewegung erzeugen kann, umfaßt beispielsweise einen Schrittmotor oder eine steuerbare rotierende Scheibe, welche mit dem Scanner und/oder dem Meßobjekt gekoppelt sind.

Die Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen Scanner und Meßobjekt bewirken, daß während des Meßvor-

ganges andere Teile der vom Meßobjekt ausgehenden Strahlung vom Scanner detektiert werden können, als im Ruhezustand. Dabei fällt die vom Meßobjekt ausgehende Strahlung als Projektion auf die auf das Meßobjekt aus- gerichtete Meßfläche der Sensors (Projektionsebene).

Die Meßfläche des Sensors ist die strahlungssensitive Fläche des Sensors. Durch die Mittel zur Relativbewe- gung können die Abmessungen des Scanners auch kleiner sein, als die zu vermessende Fläche des Meßobjektes.

Zudem benötigt die Relativbewegung, anders als bei einem Abscannen des Meßobjektes, nur eine kurze Meßzeit für die ortsaufgelöste Detektion.

Der anspruchsgemäße Scanner verbindet daher vorteilhaft die Vorteile der sensitiven Ortsauflösung der zu detek- tierenden Strahlung bei kurzen Meßzeiten.

Anspruch 2 Eine vorteilhafte Ausgestaltung des anspruchsgemäßen Scanners weist Mittel zur Erzeugung einer Relativbewe- gung zwischen Scanner und Meßobjekt derart auf, daß diese Relativbewegung eine definierte Bewegung ist.

Definiert bedeutet dabei, daß zu jedem Zeitpunkt der Meßwertaufnahme die genaue Position (Meßposition), bzw. die Relativposition zwischen Scanner und Meßobjekt be- kannt sind. Dadurch kann jedes aufgezeichnete Meßsignal einer bestimmten Position, bzw. einer relativen Posi- tion zwischen Scanner und Meßobjekt zugeordnet werden.

Eine definierte 1-oder 2-dimensionale Bewegung ist beispielsweise durch einen steuerbaren Schrittmotor oder eine programmierbare rotierende Scheibe möglich.

Anspruch 3 Ferner ist es besonders vorteilhaft, eine Relativbewe- gung zu erzeugen, bei der der Abstand zwischen Scanner und Meßobjekt konstant gehalten wird, d. h. eine zweidi- mensionale Relativbewegung in der Projektionsebene, bei der Scanner bzw. Meßobjekt nur parallel gegeneinander bewegt werden. Dies bewirkt eine deutlich einfachere Auswertung des Meßsignals und verbessert auf vorteil- hafte Weise die Ortsauflösung der detektierten Strah- lung.

Anspruch 4 Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des anspruchs- gemäßen Scanners weist wenigstens einen Kollimator auf.

Der Einsatz eines Kollimators macht eine verbesserte Ortsauflösung der einfallenden Strahlung möglich.

Ein Kollimator ist eine Vorrichtung, die einfallende Strahlung nur in einem örtlich begrenzten Bereich durchläßt. Ein einfaches Beispiel für einen Kollimator ist eine Blende, ein Spalt oder ein schmales zylindri- sches Rohr, welche typischerweise eine strahlungsun- durchlässige Einfassung bzw. Wände oder Septen aufwei- sen. Ein geeigneter Kollimator zur Verbesserung der Ortsauflösung ist beispielsweise auch eine Platte mit mehreren Bohrlöchern, wobei die Platte selbst aus einem Material besteht, welches die zu detektierende Strah- lung nicht durchläßt. Ein typisches Material, welches je nach Schichtdicke des Materials für z. B. radioaktive Strahlen undurchlässig ist, ist Blei. Wird ein Kolli- mator beispielsweise vor einem Szintillator angeordnet, der an einen ortsauflösenden Photomultiplier ange- schlossen ist, so können Rückschlüsse bezüglich der Flugbahn bzw. bezüglich des Ursprungs der detektierten

Strahlung gezogen werden. Somit wird eine Verbesserung der Ortsauflösung der detektierten Strahlung möglich.

Beim Einsatz eines Kollimators ergeben sich jedoch fol- gende Probleme. Wenn die durchlässigen Bereiche nur von dünnen Wänden getrennt sind, werden die Meßsignale von durch die Wände dringender Störstrahlung verfälscht.

Werden die Wände dicker gewählt, um diese Störstrahlung auszuschließen, verschlechtert sich die Ortsauflösung, da im Bereich der Wände die auftreffende Strahlung nicht zu einem verwertbaren Signal beitragen kann (so- genannte"tote Bereiche"). Der erfindungsgemäße Scanner verbindet nun vorteilhaft unverfälschte Meßergebnisse (durch den Einsatz geeignet dicker Wände) mit einer gu- ten Ortsauflösung (durch die Relativbewegung in der Projektionsebene, die die"toten Bereiche"überbrückt) und ermöglicht zudem kurze Meßzeiten.

Bei dem Einsatz einer Platte mit Bohrlöchern als Kolli- mator spielen zwei Effekte eine Rolle. Je breiter und tiefer die Zwischenstege zwischen den einzelnen Bohrlö- chern ausgestaltet sind, desto besser ist die Abschir- mung gegen von der Seite her einfallende Störstrahlung.

Dies führt regelmäßig zur Verbesserung der Ortsauflö- sung. Andererseits trägt der Teil der einfallenden Strahlung, die auf den Bereich der Zwischenstege trifft, nicht zu einem detektierbaren Signal bei und verringert die Meßempfindlichkeit (Sensitivität) des Scanners.

Durch eine variable Gestaltung der Dicke, bzw. der Tiefe der Zwischenstege kann eine solche Meßanordnung dahingehend angepaßt werden, ob für eine Messung die Ortsauflösung oder die Meßempfindlichkeit optimiert werden sollen. Eine besonders geeignete Ausführungsform des Scanner weist daher einen scheibenweise aufgebauten

Kollimator auf, der eine flexible Anpassung an die Meß- anforderung in besonders einfacher Art ermöglicht.

Anspruch 5 Vorteilhaft bei der Ausgestaltung des anspruchsgemäßen Scanners ist die Verwendung eines Sensors mit wenig- stens einem Szintillator und wenigstens einem Photomul- tiplier.

Ein Szintillator ist ein fluoreszierender Leuchtstoff, der beim Auftreffen energiereicher Teilchen (z. B. Gam- maquanten) einen Lichtblitz hervorbringt. Typische Szintillatoren sind ZnS, Anthracen oder auch das flüs- sige Toluol. Ein besonders guter Szintillator für Gam- maquanten ist beispielsweise ein mit Thallium aktivier- ter Einkristall (Szintillationskristall) aus NaJ wäh- rend für energiereichere Teichen z. B. ein Kristall aus CsJ, Luthetium-Oxy-orthosilikat (LSO) und Bismuth-Ger- manat (BGO) besonders vorteilhaft ist.

Unter Photomultiplier ist ein Gerät zu verstehen, bei dem die einfallende optische Strahlung in ein elektri- sches Signal umgewandelt und elektronisch vervielfacht wird.

Eine Sensoranordnung mit wenigstens einem Photomulti- plier und wenigstens einem Szintillator weist regel- mäßig eine besonders gute Ortsauflösung bei der Erfas- sung speziell von radioaktiver Strahlung auf und ist zudem gut handhabbar.

Anspruch 6 Eine besonders geeignete Ausführungsform des Scanners weist einen gekapselten Szintillator auf. Darunter ist zu verstehen, daß der Szintillator durch eine 2-dimen- sionale Einfassung, z. B. durch einen Bleimantel eines Kollimators, gegen Streustrahlung innerhalb des Szin-

tillators ("Crosstalk") abgeschirmt wird. Dadurch kann die Ortsauflösung des Scanners verbessert werden.

Anspruch 7 Für eine hohe Lichtausbeute und eine gute Energieauflö- sung der einfallenden Strahlung wird vorteilhaft ein einzelner, durchgehender Szintillationskristall im Scanner eingesetzt. Diese Ausführungsform minimiert die Lichtverluste, die durch Reflexion an den Kristallwän- den des Szintillators entstehen. Man erhält eine bes- sere Energieauflösung, die gleichzeitig den effektive- ren Einsatz eines Energiediskriminators ermöglicht, der u. a. der Eliminierung von Störstrahlung dient.

Anspruch 8 Das anspruchsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Scan- ners setzt einen Scanner gemäß Anspruch 1 bzw. gemäß eines darauf rückbezogenen Anspruchs ein. Der Scanner wird auf das Meßobjekt ausgerichtet, so daß die vom Meßobjekt ausgehende Strahlung vom Scanner detektiert werden kann. Die erzeugte Relativbewegung zwischen Scanner und Meßobjekt ist insbesondere eine definierte Bewegung und klein gegenüber der 2-dimensionalen Meß- fläche des Sensors.

Definierte Bewegung bedeutet dabei, daß zu jedem Zeit- punkt der Meßaufnahme die genaue Position, bzw. die Re- lativposition zwischen Scanner und Meßobjekt bekannt ist. Dadurch kann jedes aufgezeichnete Meßsignal einer bestimmten Position, bzw. einer relativen Position zwi- schen Scanner und Meßobjekt zugeordnet werden. Eine de- finierte Bewegung ist beispielsweise durch einen steu- erbaren Schrittmotor oder eine programmierbare rotie- rende Scheibe möglich.

Die Relativbewegung soll klein gegenüber den Ausmaßen des Meßobjektes sein. Das bedeutet zum einen, daß sich der Scanner nicht soweit vom Meßobjekt entfernt, daß er die vom Meßobjekt ausgehende Strahlung nicht mehr de- tektieren kann. Andererseits soll die Relativbewegung auch nicht derart sein, daß der Scanner Strecken zu- rücklegt, die größer als die 2-dimensionale Meßfläche des Sensors sind, wie das z. B. bei der Verwendung von Linearscannern üblich ist. Kleine Relativbewegungen be- nötigen regelmäßig nur eine geringe Zeitspanne zwischen den einzelnen Meßpositionen und beschleunigen so das gesamte Meßverfahren. Kleine Relativbewegungen reichen zudem schon aus, um die Ortsauflösung des Verfahrens zu erhöhen. Dabei wird der Teil der einfallenden Strah- lung, der vom Sensor im ruhenden Zustand nicht detek- tiert werden kann, durch eine geringe Relativbewegung einer Detektion zugänglich.

Vorteilhaft sind Mittel vorhanden, die aus der vom Scanner erfaßten Strahlung in Verbindung mit der jewei- ligen Meßposition eine ortsaufgelöste Darstellung der vom Meßobjekt ausgehenden Strahlung bereitzustellen vermögen. Dies kann insbesondere durch eine geeignete Meßdatenerfassung und Auswertung erfolgen.

Das anspruchsgemäße Verfahren ist somit in der Lage, die von einem Meßobjekt ausgehende Strahlung ortsaufge- löst und in kurzer Meßzeit zu detektieren. Insbesondere ist eine ortsaufgelöste Darstellung der vom Meßobjekt ausgehenden radioaktiven Strahlung möglich.

Anspruch 9 In einer vorteilhaften Verfahrensausführung werden Re- lativbewegungen erzeugt, die kleiner als die Ortsauflö- sung des ruhenden Sensors sind. Solche Relativbewegun-

gen bewirken, daß die Meßempfindlichkeit gegenüber ei- ner ruhenden Anordnung Scanner-Meßobjekt gesteigert wird.

Anspruch 10 Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens erzeugt Relativbewegungen, die größer als ein Achtel der Ortsauflösung des ruhenden Sensors sind, insbeson- dere gleich einem Viertel der Ortsauflösung.

Sehr kleine Relativbewegungen, insbesondere Relativbe- wegungen, die kleiner als ein Achtel der Ortsauflösung des ruhenden Sensors sind, bewirken regelmäßig nur eine geringe Verbesserung der Empfindlichkeit des Meßverfah- rens. Eine vorteilhafte Kombination ergibt sich bei kleinen Relativbewegungen, die zwar schon erheblich zur Verbesserung der Meßempfindlichkeit beitragen, aber noch kurze Meßzeiten ermöglichen. Die Lange dieser vor- teilhaften Relativbewegungen liegt insbesondere in dem Bereich eines Viertels der Ortsauflösung des ruhenden Sensors.

Dieses Verfahren kombiniert somit die Vorteile der sehr guten Ortsauflösung mit einer weiter verkürzten Meß- zeit.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 Bismuth Germanat (BGO) Szintillationskristalle in einem Blei-Kollimator Fig. 2 projizierte Positionen zwischen Schilddrüse und Scanner mit angedeuteter Kollimatoraufsicht

Die Figur 1 zeigt den Einsatz von quaderförmigen Szin- tillationskristallen (2x2x10 mm BGO-Szintillationskri- stalle) in einer entsprechenden Bleilochmatrix (10 mm dick). Durch diese Anordnung wird die Streustrahlung zwischen den einzelnen Szintillationskristallen ("Crosstalk") verhindert, die durch in den einzelnen Kristallen entstehenden Comptonphotonen entsteht.

In der Figur 2 wird am Beispiel von vier diskreten Meß- positionen das Meßprinzip deutlich. In jeder dieser vier Meßpositionen werden während einer bestimmten Meß- zeit planare Ortsverteilungen vom Meßobjekt emittierter Teilchen aufgenommen. Die unterschiedlichen Meßpositio- nen werden durch eine definierte Relativbewegung in der Projektionsebene erreicht. Die Meßpositionen sind so definiert, daß die"toten Bereiche", verursacht durch die Bleisepten, ausgefüllt werden. Durch eine angepaßte Software wird anschließend aus den einzelnen planaren Aufnahmen ein Gesamtbild berechnet.