DE10035751C1 - Prüfkörper und Prüfkörpersysteme, deren Herstellung sowie Verwendung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Prüfkörper für nuklearmedizinische Geräte, wie beispielsweise für den Positronen-Emissions-Tomographen (PET), den Einzelphotonen-Tomographen (SPECT) oder auch für die Autoradiographie. Der Prüfkörper weist einen Festkörper auf, der selbst Gamma-Strahlung bzw. Positronen emittiert. Die Nachteile eines mit einer radioaktiven Flüssigkeit gefüllten Prüfkörpers können damit regelmäßig überwunden werden. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Prüfkörpers läßt Strukturierungen kleiner als 1 mm, insbesondere kleiner als 0,1 mm, zu. DOLLAR A Der erfindungsgemäße Prüfkörper kann erstmals sowohl für die Positionen-Emissions-Tomographie (PET) als auch für die Autoradiographie eingesetzt werden, da der Prüfkörper sowohl Gamma-Strahlung als auch Positronen-Strahlung emittieren kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Prüfkörper bzw. ein Prüf­ körpersystem für nuklearmedizinische Geräte, insbe­ sondere für die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und die Autoradiographie. Weiterhin betrifft die Erfin­ dung die Herstellung sowie die Verwendung solcher Prüf­ körper bzw. Prüpfkörpersysteme.

In der nuklearmedizinischen Diagnostik wird der Stoff­ wechsel von Gewebe untersucht, indem einem Patienten eine radioaktiv markierte Substanz injiziert wird, die dem Stoffwechsel entsprechend vom Gewebe aufgenommen wird und von dort Gamma-Strahlung aussendet. Der orts­ empfindliche Nachweis dieser Gamma-Strahlung, z. B. mittels Gamma-Kamera, Positronen-Emissions-Tomographie (PET) oder Einzelphotonen-Tomographie (SPECT), liefert Informationen über den Stoffwechsel. Zur Evaluierung dieser Diagnosegeräte ist es nötig, eindeutig bekannte Aktivitätsverteilungen abzubilden, um Aussagen über die Qualität bzw. Nutzbarkeit dieser Geräte treffen zu kön­ nen. Wünschenswert ist in diesem Zusammenhang auch eine Abbildung von realitätsnahen (morphologischen) Struktu­ ren.

Standardmäßig verwendete Prüfkörper bestehen aus Ple­ xiglas oder Glas in einer Anordnung, die über Hohlräume (z. B. kugelförmig oder zylinderförmig) verfügt, die mit einer radioaktiven Flüssigkeit gefüllt werden. Prüfkörper dieser Art werden z. B. auch vom NEMA- Standard (The National Electrical Manufacturers Association) zur Charakterisierung von Positronen- Emissions-Tomographen (J. S. Karp et al., "Performance Standards in Positron Emission Tomography", J. Nucl. Med. 12 (32), S. 2342-2350, vorgeschlagen. Durch Fortschritte auf dem Gebiet der Instrumentierung wurde die Ortsauflösung der Geräte jedoch stark verbessert. Die Prüfkörper müssen dieser verbesserten Ortsauflösung ge­ recht werden, indem kleinere Strukturen ausgebildet werden. Nachteilig wirkt sich bei befüllbaren Prüfkör­ pern aus, daß sehr kleine Strukturen aufgrund des Ka­ pillareffektes nicht oder nur sehr schlecht befüllt werden können. Insbesondere bei der Nachbildung einer morphologischen Struktur (z. B. Rattenhirn) mit einem 3-dimensionalen Prüfkörper muß auch die luftblasenfreie Befüllung innen liegender Strukturen gewährleistet sein. Bei einem Aufbau eines Prüfkörpers aus einzelnen Schichten, die über Ausfräsungen in Form der morpholo­ gischen Strukturen verfügen, stellt sich das Problem der radioaktiven Kontamination zwischen den Schichten durch Einbringen der radioaktiven Flüssigkeit und damit der Induzierung einer unerwünschten radioaktiven Unter­ grundstrahlung. Weiterhin kann sich nachteilig auswir­ ken, daß die Radioaktivität in einer Flüssigkeit nicht homogen verteilt ist oder sich sogar entmischt, was zu Artefakten in der Messung führt.

Aus US 5,502,303 ist ein Prüfkörper zur Kalibration von Gammastrahlungsgeräten bekannt. Eine langsame Positro­ nenquelle, bestehend aus einem mit Positronen emittie­ renden flüssigen-Radioisotopen gefüllten Zylinder, sen­ det einen Positronenstrahl auf einen Bildschirm. Beim Auftreffen der Positronen auf den Bildschirm werden Gammastrahlen erzeugt, die von PET oder SPECT-Kameras ausgelesen werden können. Der Positronenstrahl kann da­ bei derart beeinflußt werden, daß auf dem Bildschirm das Abbild des gewünschten Phantoms entsteht.

In US 5,165,050 wird ein kugelförmiger Testkörper (Prüfkörpersystem) beschrieben, mit dessen Hilfe Be­ triebscharakteristiken von Geräten geprüft werden kön­ nen, die Bilder von menschlichen Innereien in einer Ebene darstellen können. Innerhalb des Testkörpers sind vorteilhaft einzelne Testobjekte, wie beispielsweise Platten zur Bestimmung der Auflösung, Niedrigkontrast­ platten oder auch sensorische Assays angeordnet.

Weiterhin wird in US 4,499,375 ein Prüfkörper für nu­ klearmedizinische Geräte offenbart, der aus einem Hohlzylinder besteht. In seinem Inneren wird eine An­ ordnung aus gleichförmigen Stäben beschrieben, die par­ allel und gleichförmig, z. B. hexagonal angeordnet sind. Um die Stäbe befindet sich eine Flüssigkeit. Al­ ternativ sind die Flüssigkeit oder die Stäbe aus einem radioaktiven Material, so daß ein radioaktiver Kontrast zwischen den Stäben und der Umgebung entsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Prüfkörper bzw. ein Prüfkörpersystem für nuklearmedizinische Geräte sowie ein Verfahren zur Herstellung zu schaffen, der bzw. das Strahlung emittierende 2- und/oder 3-dimensionale Strukturen im Bereich kleiner als 1 mm aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Prüfkörper gemäß Anspruch 1, ein Prüfkörpersystem gemäß Anspruch 7, so­ wie durch Herstellungsverfahren gemäß den Ansprüchen 11, 15 oder 16. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den jeweils davon abhängigen Unteransprüchen zu entneh­ men.

Der erfindungsgemäße Prüfkörper nach Anspruch 1 weist einen Strahlung emittierenden Festkörper auf, der zu­ mindest teilweise eine definierte 3-dimensionale Struk­ turierung im Bereich kleiner als 1 mm aufweist.

Bei der Strahlung kann es sich beispielsweise um Po­ sitronen-Strahlung oder auch um Gamma-Strahlung han­ deln. Damit ist der erfindungsgemäße Prüfkörper für den Einsatz von nuklearmedizinischen Geräten, wie beispielsweise einer Gamma-Kamera, eines Positronen- Emissions-Tomographen (PET), eines Einzelphotonen- Tomographen (SPECT) oder auch eines Autoradiographen, geeignet.

Bei dem strahlungsemittierenden Festkörper handelt es sich um ein Material, insbesondere um Metall, welches durch entsprechende Bestrahlung, z. B. durch Neutronen oder im Zyklotron, selbst radioaktiv wird.

Weiterhin weist der erfindungsgemäße Prüfkörper zumin­ dest teilweise eine 2- oder 3-dimensionale Struktur im Bereich von kleiner als 1 mm auf. Darunter ist zu ver­ stehen, daß der Prüfkörper auf seiner Oberfläche und/oder in seinem Inneren eine definierte Struktur aufweist, wobei die Strukturen kleiner als 1 mm sind. Beispiele für solche Strukturen sind:

• - Netzartige Gewebe, mit einer Maschenweite kleiner als 1 mm oder einer Drahtstärke kleiner als 1 mm,
• - parallele Kanäle auf der Oberfläche mit einem Ab­ stand bzw. mit Stegen von weniger als 1 mm,
• - Punkteraster mit einem Abstand von weniger als 1 mm,
• - definierte Hohlräume im Inneren des Festkörpers, dessen Ausmaße kleiner als 1 mm in einer Dimension sind,
• - die Nachbildung einer morphologischen Struktur mit gleichförmigen Bereichen, die kleiner als 1 mm in einer Dimension sind.

Unter Strukturierung im Sinne der Erfindung ist eine 2- oder 3-dimensionale Strukturierung im Bereich von klei­ ner als 1 mm, insbesondere kleiner als 0,5 mm zu ver­ stehen. Vorteilhaft werden auch Strukturen im Bereich von ca. 0,1 mm und kleiner erzielt. Damit ist es mög­ lich, mit diesem erfindungsgemäßen Prüfkörper morpholo­ gische Strukturen, wie sie beispielsweise in einem Rat­ tenhirn vorkommen, detailgetreu abzubilden. Je nach Meßmethode und Gerät kann der Prüfkörper vorteilhaft in einer 3-dimensionalen Struktur, so z. B. für PET-Mes­ sungen, oder auch als 2-dimensionale Struktur ausgebil­ det sein, z. B. als Ultradünnschicht zur Auflage auf einem Film für die Messungen mit einem Autoradiogra­ phen.

Mit dem erfindungsgemäßen Prüfkörper können Diagnosege­ räte auf vorteilhafte Art evaluiert werden. Die Aktivi­ tätsverteilung der Prüfkörper wird gemessen und mit den tatsächlich vorhandenen Ausmaßen des strukturierten Prüfkörpers verglichen. Damit lassen sich Aussagen zum ortsempfindlichen Nachweis einzelner Meßgeräte treffen.

Weiterhin lassen sich aus dem erfindungsgemäßen Fest­ körper auf einfache Weise kleinste Strukturen ausbil­ den. Im Fall von Metallen als Festkörper kann die Strukturierung in geeigneter Weise in Analogie zur Schaltungselektronik oder Bauelementetechnik erfolgen, wobei die erwünschten Strukturen beispielsweise durch Maskierung und Ätzung hergestellt werden können.

In vorteilhaften Ausgestaltungen des Prüfkörpers nach Anspruch 5 und 6 kann über die Wahl des Materials des zu verwendenden Festkörpers und die Art der Bestrahlung jeweils ein Prüfkörper für einen speziellen Einsatz ge­ schaffen werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform setzt sich ein Prüfkörpersystem aus einzel­ nen erfindungsgemäßen Prüfkörpern zusammen. Geeignete einzelne Prüfkörper liegen dabei in Form von dünnen Scheiben oder Schichten vor, die, entsprechend zusam­ mengeführt, ein 3-dimensionales Prüfkörpersystem erge­ ben. Ein solches Prüfkörpersystem bildet vorteilhaft eine morphologische Struktur, wie beispielsweise ein Hirn oder ein anderes Organ, ab.

Bei den erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren eines Prüfkörpersystems bieten sich vorteilhaft zwei Alterna­ tiven an. Einerseits kann zunächst die Strukturierung des Festkörpers und das Zusammensetzen einzelner Prüf­ körper zu einem Prüfkörpersystem erfolgen, welches dann als eine Einheit radioaktiv bestrahlt wird. Andererseits kann aber auch zunächst die Strukturierung und die Be­ strahlung einzelner Prüfkörper erfolgen. Erst im An­ schluß werden die Prüfkörper zu einem 3-dimensionalen Prüfkörpersystem zusammengefügt.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels sowie einer Figur näher erläutert. Dabei zeigt die Fig. 1 Beispiele für die erfindungsgemäßen Prüfkörper in Form von einzelnen Schichten (Schnitten) die die morphologischen Strukturen eines Rattenhirns wiedergeben (in ca. 2¼-facher Vergrößerung).

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erstellung von Prüfkörpern für nuklearme­ dizinische Diagnosegeräte, die auf der Messung von Ra­ dioaktivitätsverteilungen basieren (z. B. PET, SPECT, Gamma-Kamera). Da es möglich ist, feste Körper (z. B. Kupfer, Silber, Gold) zu aktivieren (z. B. durch Be­ strahlung mit Neutronen oder durch Zyklotrone), kann ein Prüfkörper erstellt werden, indem zunächst aus einem geeigneten Material die interessierenden Struktu­ ren erstellt werden und dann das Material selbst, z. B. durch Bestrahlung, radioaktiv gemacht wird. Dabei wird die Ausführung des Prüfkörpers (z. B. 3-dimensionale Körper oder einzelne Schichten, Verwendung von Folien auf Trägermaterial etc.) und das Material von der je­ weiligen Fragestellung bestimmt.

Als Ausführungsbeispiel soll die Erstellung eines geschichteten Rattenhirn-Phantoms aus Kupfer für die Positronen-Emissions-Tomographie dienen. Nicht interes­ sierende Strukturen werden, analog zur Erstellung ge­ druckter Schaltungen in der Elektronik, weggeätzt, das übrig bleibende Kupfer kann durch Bestrahlung mit Neu­ tronen in den Positronenstrahler Cu-64 umgewandelt wer­ den.

Soll ein solcher Prüfkörper für ein anderes Verfahren verwendet werden, wird ein entsprechend geeignetes, z. B. für einen Einsatz in der SPECT Gamma-Strahlung emittierendes Material ausgewählt.

Insbesondere in der Positronen-Emissions-Tomographie erlaubt dieser Prüfkörper erstmalig, durch Verwendung des selben Prüfkörpers, einen direkten Vergleich des Verfahrens mit der Autoradiographie, die zum Teil durch hochauflösende Positronen-Emissions-Tomographie ersetzt werden kann. Bislang war die Verwendung identischer Prüfkörper nicht möglich, da mittels Autoradiographie Positronen direkt nachgewiesen werden, in der PET hin­ gegen die aus dem Positronenzerfall entstehenden Gamma- Quanten. In der notwendigen Umhüllung der flüssigen radioaktiven Substanz wurden die Positronen absorbiert, konnten den Meßbereich also nicht erreichen, so daß eine Messung nicht möglich war. Da eine Umhüllung bei einem festen Prüfkörper nicht nötig ist, ist die stö­ rende Schicht nicht existent und eine Messung mittels Autoradiographie und damit eine Kalibrierung des Po­ sitronen-Emissions-Tomographen möglich.

Claims (18)

1. Prüfkörper für nuklearmedizinische Geräte, gekennzeichnet durch einen Strahlung emittierenden Festkörper, der zu­ mindest teilweise eine 2- oder 3-dimensionale defi­ nierte Strukturierung im Bereich kleiner als 1 mm aufweist.

2. Prüfkörper nach Anspruch 1, bei dem der Festkörper Kupfer, Zink, Silber oder Gold aufweist.

3. Prüfkörper nach Anspruch 1 oder 2, der zumindest teilweise eine morphologische Struktur nachbildet.

4. Prüfkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in Form einer Schicht mit einer Dicke von weniger als 1 mm.

5. Prüfkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der Positronen-Strahlung emittiert.

6. Prüfkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der Gamma-Strahlung emittiert.

7. Prüfkörpersystem, umfassend wenigstens zwei Prüf­ körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

8. Prüfkörpersystem, umfassend wenigstens zwei Prüf­ körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine morphologiosche Struktur nachgebildet wird.

9. Verwendung eines Prüfkörpers nach Anspruch 5 für die Autoradiographie.

10. Verwendung eines Prüfkörpers nach Anspruch 6 für die Einzelphotonen-Tomographie.

11. Verfahren zur Herstellung eines Prüfkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit den Schritten

• - ein Festkörper wird derart bearbeitet, daß er zumindest teilweise eine 2- oder 3-dimensionale Strukturierung im Bereich kleiner als 1 mm auf­ weist;
• - der strukturierte Festkörper wird radioaktiv be­ strahlt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Strukturie­ rung durch eine Ätzung des Festkörpers erzielt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Strukturie­ rung durch eine Abscheidung auf einem Festkörper erzielt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem ein schichtförmiger Festkörper mit einer Dicke von weniger als 1 mm eingesetzt wird.

15. Verfahren zur Herstellung eines Prüfkörpersystems mit den Schritten

• - wenigstens zwei schichtförmige Festkörper werden derart bearbeitet, daß sie zumindest teilweise eine 2- oder 3-dimensionale definierte Struktu­ rierung im Bereich < 1 mm aufweisen;
• - die schichtförmigen, strukturierten Festkörper werden derart zu einem Schichtsystem angeordnet, daß dieses zumindest teilweise eine morphologi­ sche Struktur nachbildet;
• - das Schichtsystem wird radioaktiv bestrahlt.

16. Verfahren zur Herstellung eines Prüfkörpersystems mit den Schritten

• - wenigstens zwei schichtförmige Festkörper werden derart bearbeitet, daß sie zumindest teilweise eine 2- oder 3-dimensionale definierte Struktu­ rierung im Bereich < 1 mm aufweisen;
• - die schichtförmigen, strukturierten Festkörper werden derart zu einem Schichtsystem angeordnet, daß dieses zumindest teilweise eine morphologi­ sche Struktur nachbildet;
• - das Schichtensystem wird radioaktiv bestrahlt.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die Strukturierung der Festkörper durch Ätzung erfolgt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, bei dem als Festkörper Kupfer eingesetzt, und dieser strukturierte Festkörper durch Neutronenbestrahlung in einen Cu-64 Strahler umgewandelt wird.