Metódy diagnostiky materiálov Marcel MiGLiERiNi

Transcript

1 Metódy diagnostiky materiálov Marcel MiGLiERiNi 9. Diagnostika v nukleárnej medicíne gama kamera CT PET kombinované techniky

2 Obsah historické poznámky diagnostika metódy o gama kamera o CT o PET kombinované techniky 2

3 Historické míľniky 1895 Objavenie RTG žiarenia W. K. Röntgen 1896 Objav prirodzenej rádioaktivity H. Becquerel 1900 Používanie RTG na detekciu tuberkulózy 1912 Teória rádioaktivity, liečba RTG lúčmi 1930 Objav umelej rádioaktivity 1936 Liečba rádionuklidom 32 P 1946 Úplne potlačená rakovina štítnej žľazy 1950 Zobrazenie srdca a kostry (gama kamera) 1952 Prvý linický linac (lineárny urýchľovač) 1970 RTG mamografia 1972 Computer Tomography (CT) 1978 Digitálne spracovanie obrazu RTG 1980 Magnetic resonance imaging (MRI) prvýkrát aplikované na ľudský mozog D zobrazovanie dát z CT alebo MRI 1985 PET + Zavedenie počítačových sietí a zdieľanie CT informácií na celom svete 1989 Špirálové CT + MR angiografia 1993 Otvorené MR systémy 3

4 Zdroje žiarenia rádionuklidy o g žiarenie z jadrových rozpadov o energia, polčas rozpadu o generátor rádionuklidov urýchľovače o produkcia rádionuklidov o lúče X vyššie energie (dosah) o elektrónová terapia o hadrónová terapia protóny, ióny reaktory o produkcia rádionuklidov o bórová neutrónová záchytová terapia (BNCT) 4

5 Diagnostika podľa činnosti morfologická o usporiadanie, tvar, veľkosť, funkčná o činnosť orgánov dynamická o časové závislosti 5

6 Diagnostika podľa usporiadania absorpčná o RTG, CT emisná o gama kamera, PET o MRI kombinovaná o NAA, CT+PET 6

7 Jadrová medicína diagnostika pomocou zavedenia rádionuklidmi značkovaných farmák (rádiofarmák) do ľudského organizmu dynamická scintilografia o časové zmeny priestorového rozloženia rádionuklidov o vyšetrenie funkčnosti vnútorných orgánov planárna scintilografia o statická vizualizácia ionizujúceho žiarenia v zobrazovacích rovinách scintilačná gama kamera o H. O. Anger,

8 Základné komponenty gama kamery kolimátor scintilačný kryštál svetlovod fotonásobiče pozičný obvod tienenie 8

9 Kolimátor paralelný mnohokanálový kolimátor o výber smeru fotónov g o geometrické zorné pole kamery o priestorový rozptyl o citlivosť systému výber kolimátora o energia registrovaných fotónov o požadované rozlíšenie (veľkosť orgánu) o požadovaná citlivosť o skenovacia hĺbka výsledný obraz o počet otvorov, priemer otvorov, dĺžka otvoru, hrúbka septy, materiál 9

10 Snímanie obrazu 10

11 Gama kamera 11

12 Celotelový scintigraf 12

13 Časti tela 13

14 Krvný obeh srdca 14

15 Aplikácia vo veterinárstve 15

16 Výber rádionuklidov polčas rozpadu niekoľko hodín produkcia g žiarenia niekoľko stoviek kev ľahko zabudovateľný do farmaceutika môže byť dodaný do nemocnice vo forme, v ktorej vydrží niekoľko dní 16

17 Generátor 99m Tc 17

18 Generátory rádionuklidov materské jadro T 1/2 jadrová reakcia dcérske jadro T 1/2 99 Mo 67 hod. 98 Mo (n, g) 99m Tc 6 hod. 113 Sn 117 dní 112 Sn (n, g) 113m In 100 min. 81 Rb 4.7 hod. 79 Br (a, 2n) 81m Kr 13 sek. 82 Sr 25 dní 85 Rb (p, 4n) 82 Rb 75 sek. 191 Os 15.3 dní 190 Os (n, g) 191m Ir 4.9 sek. 195 Hg 41.6 hod. 197 Au (p, 3n) 195m Au 30.6 sek. 137 Cs 30 rokov rozpad 137m Ba 2.6 min. 18

19 Röntgenové žiarenie Röntgen I I 0 exp m t I 0, I - intenzita žiarenia m - lineárny koeficient zoslabenia t - hrúbka vrstvy I 0 m I t Počítačová tomografia (CT) OBRAZ j-riadkov i-stĺpcov I j I m m m t I exp m t j0 exp j1 j 2 j3 j0 ji 19

20 CT 20

21 Snímanie projekcií zoslabenie závisí na tkanive projekcia = kompletná sada zoslabení 21

22 Tvorba obrazu rekonštrukcia obrazu z projekcií sinogram = kompletný súbor projekcií o grafická závislosť polohy objektu od uhla projekcie Q 22

23 CT obraz kvalita obrazu počet projekcií počet zoslabení v jednej projekcii veľkosť mriežky energia fotónov kvalita detektora šírka rezu objemový element (VOXEL) obrazový element (PIXEL) veľkosť obrazu (512 pixelov) 23

24 Spätná projekcia počet projekcií o zahmlenie (artefakty) filtrovaná spätná projekcia 24

25 Kontrast v CT obraz odtiene šedej CT číslo: o N CT = vzduch o N CT = 0 voda o [N CT ] = Hounsfield (HU) N CT 1000 m mw m m lineárny koeficient zoslabenia m w lineárny koeficient zoslabenia pre vodu w 25

26 3D CT veľké množstvo rezov spätne poskladané do 3D objektu zobrazovanie celých orgánov virtuálna endoskopia 26

27 Príklady 3D zobrazení kolenný kĺb ruka neurón 27

28 Základné časti CT tomografu gantry RTG trubica kolimácia a filtrácia detektory systém získavania údajov vyšetrovacie lôžko 28

29 Špirálové CT súčasné skenovanie + pohyb stola s pacientom multirezové snímanie 29

30 Princíp PET fyzikálna podstata elektrón-pozitrónová anihilácia + premena A X A Z Z 1 Y e pozitrónový žiarič fotón č.1 (E=511 kev) susedný atóm e + e - pozitrónová anihilácia Dosah pozitrónu ~ mm fotón č.2 (E=511 kev)

31 PET Pozitrónová emisná tomografia (PET) o aplikácia zdroja pozitrónov (e + ) o anihilácia: e - + e + 2g (0.511 MeV) Prstenec detektorov 31

32 Základné časti PET tomografu gantry vyšetrovacie lôžko o nízky útlm o pohodlnosť systém detektorov o súvislý kruh (šírka cm) o multiprstencový tomograf počítač laserové zameriavače gantry = cm vyšetrovacie lôžko detektorový prstenec 32

33 Detektory PET scintilačné detektory o rozlíšenie ~ počet detektorov (tisícky ks) o prehľad: Scintilátor (g/cm 3 ) Z ef (%) (ns) max (nm) NaI(Tl) Bi 4 Ge 3 O 12 (BGO) Gd 2 SiO 5 :Ce (GSO) Lu 2 SiO 5 :Ce (LSO) blokový detektor 33

34 Tvorba obrazu projekcia sinogram vzorkovanie kvalita obrazu o lineárne o radiálne filtrovaná spätná projekcia Usporiadanie detekovaných udalostí podľa uhlov. sinogram Distribúciu žiariča na základe projekcií. rekonštrukčný algoritmus Rekonštruovaný obraz. 34

35 Rozlíšenie obrazu faktory rozlíšenia (narušenie koincidencie) o útlm hrúbka tkaniva fotoefekt Comptonov efekt I( x) I(0) e μx o Comptonov rozptyl (efekt) o náhodná koincidencia 35

36 Rádionuklidy pre PET rádionuklid 1/2 (min) E max (MeV) a max (mm) <a> (mm) reakcia 11 C N(p,a) 11 C 13 N O(p,a) 13 N 15 O N(p,n) 15 O 18 F O(p,n) 18 F 68 Ga Zn(p,n) 68 Ga 82 Rb Sr generátor Fluórdeoxyglukóza 18 FDG výroba rádionuklidov cyklotrón ( 11 C, 13 N, 15 O,...) jadrový reaktor ( 82 Rb) 36

37 PET Funkčná diagnostika počúvanie mozog v kľude videnie FDG 37

38 Overovanie 12 C terapie projektilová fragmentácia 12 C 10 C + 11 C PET Braggov pík výpočet distribúcie dávky (CT sken) 38

39 Porovnanie rtg. a SR zobrazenie pomocou röntgenových lúčov o prst ruky klasický rtg. záznam synchrotrónové žiarenie (20 kev) fázový kontrast 39

40 Porovnanie CT a PET 40

41 Kombinované CT + PET CT snímka PET snímka PET/CT snímka + = anatomická štruktúra biologické procesy anatomická štruktúra a biologické procesy 41