Gammakamera
En gammakamera ( γ-camera ), även kallad scintillationskamera eller Anger camera , är en enhet som används för att avbilda gammastrålning som sänder ut radioisotoper, en teknik som kallas scintigrafi . Tillämpningarna av scintigrafi inkluderar tidig läkemedelsutveckling och nukleär medicinsk bildbehandling för att se och analysera bilder av människokroppen eller distributionen av medicinskt injicerade, inhalerade eller intagna radionuklider som avger gammastrålar .
Bildtekniker
.jpg)
Scintigrafi ("scint") är användningen av gammakameror för att fånga emitterad strålning från interna radioisotoper för att skapa tvådimensionella bilder.
SPECT (single photon emission computed tomography) avbildning, som används i kärnkraftstestning av hjärtstress , utförs med gammakameror. Vanligtvis roteras en, två eller tre detektorer eller huvuden långsamt runt patientens bål.
Flerhövdade gammakameror kan också användas för positronemissionstomografi (PET) skanning, förutsatt att deras hårdvara och mjukvara kan konfigureras för att upptäcka "tillfälligheter" (nästan samtidiga händelser på två olika huvuden). Gammakamera PET är markant sämre än PET-avbildning med en specialdesignad PET-skanner, eftersom scintillatorkristallen har dålig känslighet för högenergiförintelsefotoner, och detektorområdet är betydligt mindre. Men med tanke på den låga kostnaden för en gammakamera och dess extra flexibilitet jämfört med en dedikerad PET-skanner, är denna teknik användbar där kostnads- och resurskonsekvenserna av en PET-skanner inte kan motiveras.
Konstruktion
En gammakamera består av ett eller flera plana kristallplan (eller detektorer) som är optiskt kopplade till en grupp av fotomultiplikatorrör i en anordning som kallas "huvud", monterad på en portal. Portalen är ansluten till ett datorsystem som både styr kamerans funktion och hämtar och lagrar bilder. Konstruktionen av en gammakamera är ibland känd som en kompartmentell strålningskonstruktion.
Systemet ackumulerar händelser, eller antal, av gammafotoner som absorberas av kristallen i kameran . Vanligtvis används en stor platt kristall av natriumjodid med talliumdopning i ett ljusförseglat hölje. Den mycket effektiva fångstmetoden för denna kombination för att detektera gammastrålar upptäcktes 1944 av Sir Samuel Curran medan han arbetade på Manhattan-projektet vid University of California i Berkeley . Nobelprisvinnande fysikern Robert Hofstadter arbetade också med tekniken 1948.
Kristallen scintillerar som svar på infallande gammastrålning. När en gammafoton lämnar patienten (som har injicerats med ett radioaktivt läkemedel ), slår den loss en elektron från en jodatom i kristallen, och en svag ljusblixt produceras när den förskjutna elektronen åter finner ett minimalt energitillstånd. Det initiala fenomenet med den exciterade elektronen liknar den fotoelektriska effekten och (särskilt med gammastrålar) Compton-effekten . Efter att ljusblixten har producerats detekteras den. Fotomultiplikatorrör (PMT) bakom kristallen upptäcker fluorescerande blixtar (händelser) och en dator summerar räkningarna. Datorn rekonstruerar och visar en tvådimensionell bild av den relativa spatiala räknedensiteten på en monitor. Denna rekonstruerade bild återspeglar fördelningen och den relativa koncentrationen av radioaktiva spårämnen som finns i de avbildade organen och vävnaderna.
Signalbehandling
Hal Anger utvecklade den första gammakameran 1957. Hans ursprungliga design, ofta kallad Anger-kameran, används fortfarande i stor utsträckning idag. Anger-kameran använder uppsättningar av vakuumrörsfotomultiplikatorer (PMT) . I allmänhet har varje rör en exponerad yta på cirka 7,6 cm i diameter och rören är anordnade i hexagonkonfigurationer, bakom den absorberande kristallen. Den elektroniska kretsen som förbinder fotodetektorerna är kopplad för att reflektera den relativa sammanfallningen av ljusfluorescens som avkänns av delarna av hexagondetektoruppsättningen. Alla PMT:er upptäcker samtidigt (förmodat) samma ljusblixt i varierande grad, beroende på deras position från den faktiska individuella händelsen. Således reflekteras den rumsliga platsen för varje enskild fluorescensblixt som ett mönster av spänningar inom den sammankopplande kretsuppsättningen.
Placeringen av interaktionen mellan gammastrålen och kristallen kan bestämmas genom att bearbeta spänningssignalerna från fotomultiplikatorerna; enkelt uttryckt kan platsen hittas genom att vikta positionen för varje fotomultiplikatorrör med styrkan på dess signal och sedan beräkna en medelposition från de viktade positionerna. Den totala summan av spänningarna från varje fotomultiplikator, mätt med en pulshöjdsanalysator, är proportionell mot energin i gammastrålningsinteraktionen, vilket möjliggör diskriminering mellan olika isotoper eller mellan spridda och direkta fotoner.
Optisk upplösning
För att erhålla rumslig information om gammastrålning från en avbildande subjekt (t.ex. en persons hjärtmuskelceller som har absorberat en intravenöst injicerad radioaktiv, vanligtvis tallium-201 eller technetium-99m, medicinskt avbildningsmedel) en metod för att korrelera de detekterade fotoner med deras ursprungspunkt krävs.
Den konventionella metoden är att placera en kollimator över detektionskristall/PMT-matrisen. Kollimatorn består av ett tjockt ark av bly , vanligtvis 25 till 55 millimeter (1 till 2,2 tum) tjockt, med tusentals intilliggande hål genom den. Det finns tre typer av kollimatorer: lågenergi-, medelenergi- och högenergikollimatorer. När kollimatorerna övergick från lågenergi till hög energi ökade också hålstorlekarna, tjockleken och avstånden mellan hålen. Givet en fast septumtjocklek minskar kollimatorupplösningen med ökad effektivitet och även ökande avstånd mellan källan och kollimatorn. Pulshöjdsanalysatorn bestämmer den fulla bredden vid halva maximum som väljer ut vissa fotoner för att bidra till den slutliga bilden, vilket bestämmer kollimatorupplösningen.
De individuella hålen begränsar fotoner som kan detekteras av kristallen till en konform; spetsen på konen är i mitten av mitten av ett givet hål och sträcker sig från kollimatorytan utåt. Kollimatorn är dock också en av källorna till suddighet i bilden; bly dämpar inte infallande gammafotoner helt, det kan förekomma viss överhörning mellan hål.
Till skillnad från en lins, som används i kameror med synligt ljus, dämpar kollimatorn de flesta (>99 %) av infallande fotoner och begränsar därmed kamerasystemets känslighet avsevärt. Stora mängder strålning måste vara närvarande för att ge tillräckligt med exponering för att kamerasystemet ska kunna upptäcka tillräckligt med scintillationspunkter för att bilda en bild.
Andra metoder för bildlokalisering ( nålhål , roterande lamellkollimator med CZT ) har föreslagits och testats; dock har ingen kommit in i utbredd rutinmässig klinisk användning.
De bästa nuvarande designerna för kamerasystem kan skilja mellan två separata punktkällor av gammafotoner belägna på 6 till 12 mm beroende på avståndet från kollimatorn, typen av kollimator och radionukleid. Den rumsliga upplösningen minskar snabbt vid ökande avstånd från kameran. Detta begränsar datorbildens rumsliga noggrannhet: det är en suddig bild som består av många punkter av upptäckt men inte exakt lokaliserad scintillation. Detta är en stor begränsning för hjärtmuskelavbildningssystem; den tjockaste normala hjärtmuskeln i den vänstra ventrikeln är cirka 1,2 cm och den största delen av den vänstra ventrikelns muskel är cirka 0,8 cm, alltid i rörelse och mycket av den bortom 5 cm från kollimatorns ansikte. För att hjälpa till att kompensera begränsar bättre bildsystem scintillationsräkningen till en del av hjärtkontraktionscykeln, kallad gating, men detta begränsar systemets känslighet ytterligare.
Se även
Vidare läsning
- H. Ilska. Ett nytt instrument för kartläggning av gammastrålare. Biology and Medicine Quarterly Report UCRL, 1957, 3653: 38. (University of California Radiation Laboratory, Berkeley)
- Anger, HO (juli 1964). "Scintillationskamera med flerkanalskollimatorer". Journal of Nuclear Medicine . 5 : 515–31. PMID 14216630 .
- Sharp, Peter F.; Gemmell, Howard G.; Murray, Alison D. (2005). Praktisk nuklearmedicin . London: Springer. ISBN 978-1-85233-875-6 .
- US 6359279 , Gagnon, Daniel & Matthews, Christopher G., "Detector for nuclear imaging", utfärdat 19 mars 2002
- US 6552349 , Gagnon, Daniel & Matthews, Christopher G., "Detektor med icke-cirkulärt synfält", utfärdat 2 april 2003
- Cherry, Simon R.; Sorenson, James A.; Phelps, Michael E. (2012). Fysik i nuklearmedicin (4:e uppl.). Philadelphia: Elsevier/Saunders. ISBN 978-1-4160-5198-5 .
externa länkar
-
Media relaterade till gammakameror på Wikimedia Commons
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
