Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών ΙΙ Tμήμα Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων. Gamma camera

Transcript

1 Εργαστήριο Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών ΙΙ Tμήμα Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων Gamma camera

2 Ραδιοφάρμακα Τι είναι ραδιοφάρμακο: Ένα χημικό υλικό, με ιδιαίτερες φυσικές και βιολογικές ιδιότητες Κάποια μόριά του έχουν αντικατασταθεί με ένα ραδιονουκλίδιο, που έχει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά ραδιενεργού εκπομπής (επισήμανση) Κλινικές απαιτήσεις: Επιλεκτική συγκέντρωση στην περιοχή-στόχο Εκπομπή μόνο ακτίνων-γ κατάλληλης ενέργειας Εύκολη μεταφορά Περιορισμένη ακτινοβόληση του εξεταζόμενου Εύκολη παρασκευή Χορήγηση: Συνήθως ενδοφλέβια Μέσω της κυκλοφορίας του αίματος το ραδιοφάρμακο συγκεντρώνεται επιλεκτικά στην περιοχή-στόχο

3 transmission emission No collimator

4 transmission emission With collimator

5 Μπλόκ διάγραμμα γ-κάμερας Hal O. Anger

6 SPECT

7 γ-camera

8 Αναπαράσταση κεφαλής γ- κάμερας

9 Κατευθυντήρας Παράλληλος εξαγωνικός κατευθυντήρας Βολφραμίου διαμέτρου 0.5 mm και 0.11 mm πάχος διαφραγμάτιου τοιχώματος (septα) 5mm πάχος και διαστάσεων ενεργής περιοχής 52 mm x 105 mm.

10 Κατευθυντήρας εξαγωνικού τύπου

11 Κατευθυντήρες Αριστερά γενικής χρήσης δεξιά υψηλής ευαισθησίας

12 Κατευθυντήρες Αποκλίνων Οπής

13

14

15

16

17 Επίδραση του πάχους του κατευθυντήρα

18

19 LEHR_LEGP_LEHS_MEHS

20 Συγκλίνων-αποκλίνων-οπής

21

22 Κατευθυντήρας οπής (pinhole)

23 Κρύσταλλος & Φωτοπολλαπλασιαστές σε σύζευξη

24

25 Διακριτοποιημένοι σπινθηριστές

26 Pixellated κρύσταλλος

27

28 Energy Σπινθηριστές Conduction Band Trap caused by impurity Valence Band Impurities in a crystal (e.g. Thallium atom in a Sodium-Iodide Crystal) can introduce extra energy levels. Radiation causes electrons to be excited into the conduction band Excited electrons are trapped in the energy level due to the impurity Electrons relax back to the valence band emitting a lower energy photon

29 Μπλοκ ανιχνευτών

30 Λειτουργία Φωτοπολλαπλασιαστή (PMT)

31 Scintillation Detectors Photo-multiplier tube to pulse analyser Crystal Photocathode Dynodes Collector Anode

32 Number of Pulses Scintillation Detectors Size of Pulse

33 Τοποθέτηση του ενεργειακού παραθύρου

34 Compton Scattering probability varies with photon energy (Klein-Nishina Formula) 1 kev 10 kev 2 MeV Diagram from Results in Blurring Can be modelled with a point-spread-function

35 Number of Pulses Scatter correction Measure scatter fraction and subtract. Size of pulse (energy)

36

37 Κρύσταλλος & Φωτοπολλαπλασιαστές

38 Κρύσταλλος & Φωτοπολλαπλασιαστές

39

40

41

42 Είδη φωτοπολλαπλασιαστών

43 Κατανομή 37 εξαγωνικών και κυκλικών φωτοπολλαπλασιαστών πάνω στον κρύσταλλο μιας γ-κάμερα

44 Κάμερες με τετράγωνους PMTs

45

46 Μήτρα αντιστάσεων Position-based Signal Weights Weighted Sum Position Signal (x or y) X/Z Y/Z Normalized Position Signal (x or y) Normalization Total Sum Energy Signal (Z) Pulse Height Analyzer

47 PULSE HEIGHT ANALYZER ENERGY SIGNAL POSITION SIGNALS Y X Z X NaI(Tl) Crystal COLLIMATOR PMT ARRAY Y Image Display

48 Μήτρα αντιστάσεων Energy = X + + X - + Y + + Y - X position= k (X + - X - ) / Σ Y position = k (Y + - Y - ) / Σ

49

50 Fig. 28. (a) A group of 5 PMTs responding to a single light event. Their signal amplitudes and those of their surrounding neighbors determine the event position on the crystal surface. (b) nonlinear amplification of these signals removes low amplitude signals that do not exceed a certain threshold. These do not carry important spatial information.

51 Analysis of the Positioning System (a) Fig. 29 -X +X (b) (a) Signal pattern for one horizontal line of the PMT array corresponding to a radiation event located to the right hand side of the tube array (b) Corresponding +X and X positioning signals following summation of the right half and the left half of the row signals, respectively. The +X and X signals are applied to the horizontal deflection plates of the CRO.

52 Analysis of the Positioning System (a) Fig. 30 -X +X (b) (a) Signal pattern for one horizontal line of the PMT array corresponding to a radiation event located to the left hand side of the tube array (b) Corresponding +X and X positioning signals following summation of the right half and the left half of the row signals, respectively. The +X and X signals are applied to the horizontal deflection plates of the CRO.

53 Διάδοση σήματος με και χωρίς αναλυτή ύψους παλμών (SCA)

54 Σήμα στην έξοδο του ενισχυτή μορφοποίησης παλμών

55

56 Τοποθέτηση εξεταζομένου για σπινθηρογράφημα θυροειδούς

57 Πλάγια λήψη

58

59 ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟΥ ΓΙΑ ΣΠΙΝΘΗΡΟΓΡΑΦΗΜΑ ΣΤΑΤΙΚΟ ΝΕΦΡΩΝ (DMSA)

60

61 ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟΥ ΓΙΑ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΝΕΦΡΩΝ(DTPA)

62

63 ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΕΞΕΤΑΖΟΥΜΕΝΟΥ ΓΙΑ ΣΠΙΝΘΗΡΟΓΡΑΦΗΜΑ ΜΥΟΚΑΡΔΙΟΥ

64

65 Εξέλιξη των SPECT καμερών single head triple head (fixed 120) dual head (fixed 180)

66 Εξέλιξη των SPECT καμερών dual head dual head triple head (fixed 90) (variable (variable angle) angle)

67 P.E.T

68 + Decay Neutron-deficient isotopes can decay by emitting positrons positron anti-neutrino Net effect: one proton replaced by neutron anti-neutrino positron

69 PET Instrumentation

70 PET

71 Σύστημα PET και ανιχνευτές Σύστημα PET Ανιχνευτές

72 Annihilation (simple) annihilation photon g electron/positron annihilation - + annihilation photon decay via positron emission g conservation of momentum: before: system at rest; momentum ~ 0 after: two photons created; must have same energy and travel in opposite direction. conservation of energy before: 2 electrons, each with a rest mass of 511keV after: 2 photons, each with 511keV.

73 Φαινόμενο εξαύλωσης Electron Positron Παράγονται 2 φωτόνια 511 kev

74 PET Detector Ring Measured g path g 1 g 2 Real g path PET Detector Module Spatial error in path

75 Coincidence Event Annihilation location

76 Πραγματική σύμπτωση: Ιδανική περίπτωση. Καταγράφονται τα γεγονότα μίας και μόνο εξαΰλωσης, που συμβαίνει κατά μήκος της ευθείας Αποτελεί την πλέον χρήσιμη σύμπτωση για την ένδειξη του σημείου εξαΰλωσης του ποζιτρονίου.

77 Τυχαία σύμπτωση: Η ανίχνευση και καταγραφή δυο μη σχετιζόμενων φωτονίων ως ένα γεγονός Ρυθμός τυχαίων συμπτώσεων: R12= 2t (R1)(R2)

78 Σύμπτωση λόγω σκέδασης: Η ανίχνευση δύο φωτονίων εκ των οποίων το ένα έχει υποστεί σκέδαση Compton, από τα γύρω ηλεκτρόνια. Αποτέλεσμα: η δημιουργία λανθασμένης γραμμής σύμπτωσης και η λήψη λανθασμένης πληροφορίας για το σημείο εξαΰλωσης.

79 Πολλαπλές συμπτώσεις: Συμβαίνει σε υψηλούς ρυθμούς εξαΰλωσης Οφείλεται στην εμπλοκή τριών ή και περισσότερων ανιχνευτών Αποτέλεσμα: η δυσκολία στην δημιουργία της γραμμής σύμπτωσης και στην εύρεση του σημείου εξαΰλωσης Hal O. Anger

80 Important Detector Properties - Time resolution - Affects acceptance of random coincidences - Currently ~ 1-10 ns - Time-of-flight (TOF)? - c = ~ 1 ft/ns - Need << 1 ns resolution Random (accidental) coincidence

81 Important Detector Properties - Energy resolution - Scattered gammas change direction AND lose energy - Affects acceptance of scattered coincidences - Currently ~ 20% 511 kev 511 kev 400 kev - Deadtime - Handle MHz count rates! Scatter and Attenuation

82 Time-of-Flight PET Dt = (d 2 -d 1 )/c x = Dt c/2 = 2x/c d 2 x Detector midpoint Annihilation location Dt d 1

83 Time of Flight Systems Direct Image Reconstruction

84

85 PET/CT

86 PET PET/CT

87 Συστήματα γ-κάμερας S.P.E.C.T και P.E.T

88 Σύστημα 1: γ-κάμερα πεδίου 5x10 cm για μοριακή απεικόνιση μικρών ζώων

89 Απεικόνιση σε ποντίκι

90 Τομογραφία με περιστρεφόμενο ικρίωμα (Gantry)

91 Χωρικά Ευαίσθητοι Φωτοπολλαπλασιαστές 2 Hamamatsu H8500 PSPMTs Ενεργός περιοχή 48mm x 48mm Τάση λειτουργίας 795Volts 2X και 2Y σήματα απο κάθε PMT διαβάζονται απο 2 κάρτες της εταιρίας National Instruments PCI6110 Kmax λογισμικό

92 Χωρικά Ευαίσθητοι Φωτοπολλαπλασιαστές Position information on single PMT anode Διακριτοποιημένος κρύσταλλος (σπινθηριστής) Πλέγμα δυνόδων που ενισχύει τα ηλεκτρόνια αποδίδοντας ταυτόχρονα και χωρική πληροφορία Άνοδος ευαισθησίας θέσης που μας δίνει την χωρική πληροφορία του σημείου αλληλεπίδρασης.

93 Σύστημα 2: Ποζιτρονιακή τομογραφική κάμερα ΡΕΤ μικρού πεδίου (2 κεφαλών)

94 Το σύστημα P.E.T

95 Κύκλωμα σύμπτωσης (Coincidence mode) DET 1 DET 2 Pulse Processing Pulse Processing AND

96 Σύστημα 3: Κάμερα Σπινθηρομαστογραφίας

97

98 Το σύστημα σπινθηρομαστογραφίας Κατευθυντήρας εξαγωνικός υψηλής διακριτικής ικανότητας Κρύσταλλος CsI(Tl) 2x2x3 mm 3 και 3x3x5 mm 3 Πλήρης σύστημα απεικόνισης Κεφαλή γ-κάμερας

99 Ηλεκτρονικά του συστήματος

100 Ευχαριστώ