Szcintillációs számláló részei
GAMMA-KAMERA GAMMAFelépítés, korrekciók
Fotoelektron-sokszorozó csı
Fény
Varga József
Jelfeldolgozó
Diszkriminátor
Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet
Számláló
Na-jodid kristály Anód Fotokatód Optikai ablak
2010. 2010
2
Gamma-kamerák felépítése
Anger-rendszerő gammaAngergamma-kamera felépítése
Gamma--kamerák Gamma
1. Kollimátor 2. Kristály: NaI (Tl) 3. Fotoelektronsokszorozók 4. Impulzusok 5. Anger-áramkör 6. X, Y Koordináták 7. „Jó” események 8. Tárolócsöves oszcilloszkóp 9. Analóg-digitál átalakítók 10. Számítógép 2010
3
Gamma-kamerák felépítése
2010
„Teljesen” digitális gammagamma-kamera
Mátrixáramkör
Differenciáldiszkriminátor
Gamma-kamerák felépítése
4
Gamma--kamerák típusai Gamma • Analóg: Anger-féle mátrix-áramkör dekódolja a koordinátákat (számítógéphez csatlakozhat)
• (Fél-) digitális: digitális korrekciók (energia, linearitás, érzékenység) • „Teljesen” („full”) digitális: külön ADC minden fotoelektron-sokszorozón a koordináták és korrekciók digitális számolása
2010
5
Gamma-kamerák felépítése
2010
Gamma-kamerák felépítése
6
Kollimátoros képalkotás Detectors for the Gamma Gamma--Camera are in most cases large area scintillator detectors, typically Nal Nal-- crystals with up to 50 cm diameter and 6-12 mm thickness which emit a blue green light of λ=415 nm nm..
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Kristály A typical spectrum for γ -radiation of Eγ 150 keV indicates a resolution of 1010 -12 %. Phototubes are closely packed and optically coupled to the scintillator crystal to achieve high light collection efficiency. efficiency. The typical arrangement gives an hexagonal array for 7, 19, 19, 37, 37, up to 61phototubes 61 phototubes..
Detek Dete ktor
Gamma-kamerák felépítése
fotoelektron-sokszorozók + elıerısítık
•
A képalkotáshoz ismerni kell az érzékelt fotonok mozgási irányát
•
A kollimátor azokat a γ-kvantumokat engedi tovább, amelyek kb. merılegesek a detektor síkjára. Forrás: Freek Beekman et al., Utrecht
Forrás: A. Aprahamian, Univ. of Notre Dame 2010
⇐
Ólom Ólomkollimá ollim átor
7
2010
Gamma-kamerák felépítése
8
A furatok falán áthatoló sugárzás következményei
Áthatolás a lyukak falán I-131 pontforrás képe alacsony energiájú, nagy felbontású (LEHR=„low energy, high resolution”) kollimátorral
• Csökkent felbontás
„septal penetration”
A LEHR kollimátor lyukjai hatszögletőek
2010
9
Gamma-kamerák felépítése
2010
Kollimátorok SPECTSPECT-hez: nyalábformák
Kúpos
• A vékony nyalábra mért és az „effektív” elnyelési együttható lényegesen különbözik
Gamma-kamerák felépítése
10
Kollimátor hatása a felbontásra
Legyezı
Közepes felbontású kollimátorral begyőjtve
Ferde 2010
• Megnövekedett háttér
3 detektoros kamera, legyezı nyalábú kollimátor
Párhuzamos
Gamma-kamerák felépítése
11
2010
Gamma-kamerák felépítése
12
13
2010
Gamma-kamerák felépítése
14
Pinhole kollimátor
Forrás: Meikle S., Sydney 2010
Gamma-kamerák felépítése
Korrekciók a modern gammagamma-kamerákban: ENERGIA
•
Klinikai SPECT térbeli felbontása: ~ 15 mm
• •
Jelenlegi kisállat SPECT és PET: térbeli felbontása: 1.0-2.5 mm Micro-SPECT = speciális kisállat SPECT, 0.2-0.4 mm felbontással
• Annak kompenzálása, hogy ugyanolyan energiájú részecskére a fotoelektron-sokszorozók különbözı jelnagysággal válaszolnak – Megoldás: energia-ablak csúsztatása
Felbontás hatása patkányagy-fantomra:
2 mm
1 mm
0.5 mm
0.25 mm
0 mm
Forrás: Freek Beekman et al., Utrecht 2010
Gamma-kamerák felépítése
16
2010
Gamma-kamerák felépítése
17
2010
Gamma-kamerák felépítése
18
19
2010
Gamma-kamerák felépítése
20
Korrekciók a modern gammagamma-kamerákban: LINEARITÁS • A becsapódásokhoz tartozó koordináták számolásakor fellépı helyfüggı torzítás kompenzálása – Megoldás: koordináta-csúsztatás („event shifting”) (valós idıben)
2010
Gamma-kamerák felépítése
Korrekciók a modern gammagamma-kamerákban: ÉRZÉKENYSÉG (Uniformitás) • Az összes maradék torzítás: a kristály egyenletes besugárzásakor nyert képen az energiaés linearitás-korrekció után még megmaradt egyenetlenségek kompenzálása – Megoldás: események véletlenszerő hozzáadása ill. „elnyelése”.
2010
Gamma-kamerák felépítése
21
Érzékenység--korrekció hatása Érzékenység
2010
Gamma-kamerák felépítése
22
A rendszer felbontásának összetevıi • „Belsı” felbontás • Energia-felbontás (Tc-99m: általában 11% alatt 15%-os ablak használható) • A kollimátor felbontása • Statisztikai (Poisson) zaj
Forrás: J.R. Halama, Loyola Univ. 2010
Gamma-kamerák felépítése
23
2010
Gamma-kamerák felépítése
24
Pontszétterjedési függvény távolságfüggése
2010
25
Gamma-kamerák felépítése
2010
Távolság és felbontás
26
Gamma-kamerák felépítése
Példa: Szürkeállomány
Félérték-szélesség (mm)
MRI-bıl kiemelve (szegmentálás)
Távolság (cm)
2010
„szétterjesztve” a PET felbontásával 27
Gamma-kamerák felépítése
2010
Felbontás és érzékenység
28
Gamma-kamerák felépítése
Szokásos kollimátorok Kollimátor
Energia (keV)
Falvastagság Izotópok (mm)
Alacsony en. (LE)
140-200
0,2 - 0,3
Közepes en. (ME)
<300
1,1 - 1,4
Magas en.
360-500
Tc-99m, Tl-201, Xe-133, I-123 Ga-67, In-111, I-123
1,3 – 3,0
I-131
3,0 – 4,0
pozitron-sugárzók
(HE) Ultra-magas 511 en. (UHE)
2010
29
Gamma-kamerák felépítése
2010
Holtidı
Gamma-kamerák felépítése
30
Számlálási sebesség és holtidı beérkezırészecskék
detektált részecskék
bénítható beérkezırészecskék
detektált részecskék
nem bénítható 2010
Gamma-kamerák felépítése
31
2010
Gamma-kamerák felépítése
32
Impulzusok torlódása és spektrum
2010
Kristályvastagság és érzékenység
33
Gamma-kamerák felépítése
2010
34
Beütésszámok hibája:
Az emissziós leképezés nehézségei • Zaj: Poisson közelítés: Gauss, a beütés szórása ≈
Gamma-kamerák felépítése
beütés
n ∗100% n 2n 1 n VC(2n) = * 100% = * *100% 2n 2 n VC(n) =
• Elnyelés: homogén közegben exponenciális • Szórás: – A felbontást csökkenti – Tc-99m, 20%-os ablak: a szórt sugárzást belemérjük 60o-os eltérítésig!
2010
Gamma-kamerák felépítése
A sugárzásmérés eredménye tehát annál pontosabb, * minél nagyobb a minta radioaktivitása, és * minél hosszabb a mérési idı.
35
Bomlás statisztikai leírása Normális eloszlás: f norm (µ , σ , x ) = ,
1
Gamma-kamerák felépítése
36
Felbontás és zaj
Poisson-eloszlás:
(x − µ ) exp − 2σ 2 2
σ 2π
2010
f Poisson ( µ , x ) =
µ x ∗ e −µ x!
σ= µ
0.140 0.120
Sőrőség-függvények
0.100
Normális Poisson
0.080 0.060 0.040 0.020 0.000 0
2010
5
10
15
20
25
30
37
Gamma-kamerák felépítése
2010
38
Szórás
A palettapaletta-választás szerepe Terh.
Gamma-kamerák felépítése
Nyugalmi a terheléseshez normalizálva; magas küszöb
Nyug. Nem folytonos paletta
2010
Gamma-kamerák felépítése
39
2010
Gamma-kamerák felépítése
40
Átszórás korrigálása kép esetén
2010
•
Kiindulás: magasabb energiájú csatorna képe
•
Szétterjesztés
•
Arányos kivonás
Gamma-kamerák felépítése
EKG--kapuzás EKG
41
2010
Gamma-kamerák felépítése
42
A „DISA” SPECT vizsgálat elve (Double isotope, simultaneous aquisition)
Példa: Kapuzott szív vértartalom
UHE kollimátorok
Tc-99m és F-18 egyidejő impulzusgyőjtés Képfeldolgozó számítógép
Vezérlı-adatgyőjtı számítógép 2010
43
Gamma-kamerák felépítése
2010
Tc Tc--99m és FF-18 spektruma Tc-99m
Gamma-kamerák felépítése
44
Spectrumok Spectr umok:: Tc Tc--99m & KrKr-81m
F-18
Szórt F-18
2010
Gamma-kamerák felépítése
45
• Szívizom perfúzió és anyagcsere SPECT Embolia
•
Gammakamera nagy energiájú kollimátorral:
•
Dedikált PET kamera
Perfúzió: 99m-Tc MIBI
•
Gammakamera-detektorok koincidencia-módban:
• Ventilláció: Kr-81m gáz
46
lehetıségek
(nagy energiájú kollimátorral)
Perfúzió: 99m-Tc MAA
Gamma-kamerák felépítése
Pozitron--sugárzók leképezése: Pozitron
Kettıs jelzéses vizsgálatok • Tüdı perfúzió és ventilláció
2010
- igen alacsony érzékenység - rossz felbontás - a legjobb képminıség - drága
- a kezelhetı fluxus korlátozott gyengébb képminıség - kedvezıbb ár a PET-nél
Anyagcsere: F-18 FDG
Életképes 2010
Gamma-kamerák felépítése
47
2010
Gamma-kamerák felépítése
48
Koincidencia--leképezés: elınyök Koincidencia •
Koincidencia-detektálás 180°-on: - magasabb érzékenység (nincs kollimátor) - jobb jel/zaj viszony
•
Könnyebb elnyelés-korrekció (a két út összege = testvastagság)
•
Fiziológiásabb radiofarmakonok (C-11, N-13, O-15, F-18)
•
Dinamikus tomográfia lehetséges PET-tel (folyamatos detektálás minden irányból)
2010
Gamma-kamerák felépítése
*
49
