Gerätekunde-Tomographie Inhalt

Gerätekunde-Tomographie
Inhalt
Technologische Konzepte der Tomographie
(Emission und Transmission), sowie wichtige
infrastrukturelle Komponenten
Transmissions CT
•
Detektoren
Emissions CT
•
•
•
Datenakquisition in SPECT und PET
Radionuklid
Maßnahmen des Strahlenschutzes
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Werner Backfrieder
Folie 2
1
Spiral CT
•kontinuierliche Rotation von
Röhre und Detektor
(Schleifringe)
•dauernde Datenerfassung
und –übertragung
•stetiger Tischvorschub
•verringerte mechanische
Belastung des Systems
•Schicht <1s
•beliebige Schichtposition
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Folie 3
Somaton Sensation Cardiac 64
im ZRI des AKH-Linz
Gemeinsam mit der FH-Hagenberg schaffte das AKH-Linz
im November 2005 ein 64-Zeilen Multislice-CT an.
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Folie 4
2
Gasdetektoren
Röntgenstrahlung tritt in gasgefüllte Ionisationskammer
ein (Xe)
Hüllenelektronen herausgeschlagen
-
+
Hochspannung beschleunigt e- zur Anode
Elektrisches Signal proportional zur Strahlung
Xe: Edelgas, hohe Massenzahl, hoher
Wirkungsquerschnitt
Wechselwirkung erhöhen -> hoher Druck, lange Kammer
1mm x 100mm
Inhärente Kollimation durch Septen
10kV
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Folie 5
Halbleiter-Detektor
Im Cäsium Jodid Kristall wird die
Röntgenstrahlung in sichtbares
Licht umgewandelt.
γ-Quant
CsJSzintillator
Die Quantenabsorption ist sehr
hoch im Bereich 40-150keV.
aSiHalbleiter
Die Photonen treffen auf die
Photodiode auf und werden in
ein elektrisches Signal
transformiert.
Photonen
elektrisches
Signal
Glassubstrat
Die Zählausbeute des aSi ist
100%.
aSI … amorphes Silizium
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Folie 6
3
Multislice CT
•Mehrere Detektoren schichtweise nebeneinander
•Simultane Aufnahme
mehrerer Schichten
•moderne Systeme messen
64 Schichten
16 * 0.75 mm slices
16 * 1.5 mm slices
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Folie 7
Definition der Schichten
Blende
definiert
Schichtdicke
Detektormatrix
bestimmt
Schichten
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Folie 8
4
Radon Transformation
Die Information entlang einer Linie im Objektraum wird in
einen Punkt im Projektionsraum aufsummiert (Multiplexing).
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Folie 9
Emissions-Tomographie
In der Emissionstomographie wird die Verteilung
von radioaktiven Tracern im Körper abgebildet.
PET
Tumordiagnostik (Akkumulation von Tracer)
Metabolismus(dynamische Verteilung des
Tracers)
Nierenstudien
Hämodynamik (Gehirn, Herz)
Aufgrund der erzeugten Gammaquanten erfolgt
die Unterscheidung zwischen
SPECT
SPECT (Single Photon Emission
Computed Tomography)
PET (Positron Emission Computed
Tomography)
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Folie 10
5
SPECT- γ-Kamera
Prinzip nach Anger
• γ-Quant emittiert
•
•
•
•
•
Kollimator grenzt zählbare
Ereignisse auf “Gerade” ein
Kristall (NaJ-Szintillator)
wandelt γ-Quant in Licht um
Lichtleiter bringen Licht zu
Photomultiplieren (PMT)
PMT erzeugen elektrisches
Signal und verstärken es
Positions-Logik berechnet
aus PMT-Signalen (Schwerpunkt) Ort des
Zählereignisses
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Folie 11
Photomultiplier
•Photon tritt in PMT ein
•löst Elektron aus
Photokathode heraus
•wird durch Hochspannung
beschleunigt
•schlägt kaskadenartig aus
einer Serie von Dynoden
Elektronen heraus
(Lawineneffekt)
•Beschleunigung zwischen
den Dynoden durch
Hochspannung
•Am Ausgang liegt
messbares Signal an.
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Folie 12
6
PMT-Array im Kamerakopf
Im hochgeklappten Kopf einer Schilddrüsenkamera sind
nach dem Entfernen des Kollimators die Positionen der
einzelnen PMTs auf der Kristall-Schutzhülle sichtbar.
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Folie 13
Projektionen
Kameraköpfe rotieren
360o um den Patienten
und detektieren ein
Projektionsbild.
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Folie 14
7
Einkopf Kamera
Schilddrüden Kamera
-kleines Gesichtsfeld
-möglichst nahe Positionierung
am Patienten
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Folie 15
Doppelkopf-System
zwei Köpfe in 180o
50% Reduktion der
Aufnahmezeit
Detektorradien
unabhängig
voneineander
Ganzkörperscan
durch lineares
Verschieben der
Gantry
Koinzidenzfunktion
(low cost PET)
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Folie 16
8
Dreikopf-Kamera
3 Kamera Köpfe
Matrixgrößen: 64,
128, 256 und 512
Positionierung der
Köpfe:
90o und 120o
Kreis oder Konturscan
Typische Parameter
für Hirn-SPECT:
128x128, t=30s, 120
Projektionen auf 360o,
Studiendauer 20min
Dreikopfsystem PRISM-IRIX (Philipps) mit Köpfen in 90o Stellung
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Folie 17
Prism-Irix
Blick in die Gantry
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Folie 18
9
Kollimatoren
Kollimatoren schränken die Richtung der
einfallenden g-Quanten ein
Es werden vornehmlich Quanten normal zur
Detektoroberfläche registriert
Schief einfallende werden absorbiert
Detektormaterial Blei, zwei Bauarten
• feine Bohrungen
• Wabenartige Struktur aus Bleiblech -> höhere
Quantenausbeute
Typen
• Beispiele:
• HRLEpar (high resolution low energy parallel)
• HEGPfan (high energy, general purpose, fan geometry)
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Folie 19
Kollimatoren
Kollimatoren wegen hohen Gewichts
auf Kollimatorwagen gelagert.
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Folie 20
10
Moderne Hybridsystem:
SPECT+CT kombiniert
SPECT/PET
Attenuation
Correction
Inherent
Image
Registration
CT
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Folie 21
SPECT - Perfusion I
SPECT
120 projections/360 degrees
40s / step
128x128 matrix
pixelsize 2.33 x 2.33 mm2
LEUHR-PAR collimator
740 MBq Tc99m
MR-FLAIR
Matrix 256x256x25, 0.9x0.9x5.5mm3
coronal
sagittal
transaxial
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Folie 22
11
SPECT - perfusion II
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Folie 23
SPECT – beta-CIT I
•
•
•
•
•
SPECT: 120 projections/360 degrees
128x128 matrix
pixelsize 2.33 x 2.33 mm2
LEHR-PAR collimator, 185 MBq I123
MR-T2: 336x384x25, 0.6x0.6x6 mm3
coronal
sagittal
transaxial
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Folie 24
12
SPECT – beta-CIT II
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Folie 25
Technetium Generator
99mTc
am häufigst verwendetes Nuklid in der
Nuklearmedizin
•
•
γ-Strahler
Energie 140 keV
Halbwertszeit ca. 6h
Bereitstellung
• Durch Zerfall des Nuklids 99Mo wird Technetium generiert
• Halbwertszeit des Molybdäns ist 66h, daher Transport
•
•
möglich
99Mo ist fest am Kunstharzuntergrund fixiert
99mTc ist wasserlöslich und wird für gebrauch mit HClLösung ausgespült (eluiert)
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Folie 26
13
Technetium Generator
HCl-Lösung (nicht strahlend)
Eluat (strahlend)
99Mo
99mTc
auf Substrat
Lösung
Bleiabschirmung
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Folie 27
Tc-Generator Detail
HCl-Lösung und Eluatseinheit
Abschirmung
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Folie 28
14
Tc-Generator Detail
Eluatseinheit ohne Abschirmung
Andockstelle für Eluatsfläschchen mit Kanülle
Aufgesetztes Eluatsbehältnis
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Folie 29
Tc-Generator Detail
Eluierungseinheit mit Abschirmung
Abschirmung
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Folie 30
15
Heißer Raum
Im heißen Raum werden die Radiopharmazeutika zur Applikation vorbereitet
Abzug
(Digestivum)
Bleiburg mit
Tc-Generator
BleikristallSichtfenster
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Folie 31
Strahlenschutz
Bleiburg und Spritzenbehälter in den Kameraräumen,
Strahlenschutz und Abschirmung gegenüber Akquisition
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Mobiles Dosimeter,
tägliche Kontrolle des
Strahlenbereichs
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Folie 32
16
Persönlicher Strahlenschutz
Tägliche Messung von
Händen und Fußsohlen mit
dem Strahlungsmonitor.
Kontrolle erfolgt zu
Dienstschluss.
Messwerte werden
protokolliert.
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Folie 33
Positronen Emissions Tomographie
(PET)
physikalische Grundlage ist ß+-Zerfall
ein Positron wird aus dem Kern geschossen
und legt gewebeabhängig eine kurze Strecke
zurück
Positron trifft auf ein Elektron
Annihilation
• zwei γ-Quanten bewegen sich in nahezu 180o voneinander
•
weg
Energie der Quanten entspricht der Ruheenergie der
Teilchen (511keV pro Quant, hohe Durchdringungsfähigkeit)
inhärente Fehler
• mittlere freie Wegstrecke des Positrons im Gewebe (z.B.
•
einige mm in Lunge)
nicht exakt 180o zwischen den Bewegungsrichtungen
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Folie 34
17
PET Abbildungsprinzip
1. γ-Quant wir in Detektor registriert
2. Zeitfenster τ geöffnet
3. Detektion des zweiten Quants innerhalb τ
−> Koinzidenz
4. Zählereignis wird Verbindungslinie zugeordnet
Effizienzsteigerung:
Aufgrund der Geometrie
ausgewählte Detektoren werden
zur Koinzidenz-messung
zusammengeschaltet.
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Folie 35
Pet-Nuklide
Herstellung von ß+-Strahlern durch
Kernreaktionen im Zyklotron
gebräuchliche Nuklide und Halbwertszeiten
• 18F : 110 Minuten (für Transport geeignet)
• 11C : 20,3 Minuten
• 13N : 10,1 Minuten
• 15O : 2,03 Minuten
• 68Ga : 68 Minuten
• 82Rb : 75 Sekunden
FDG Bild des Gerhirns
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Folie 36
18
Detektor-Ring PET
PET-Detektorring besteht aus kreisförmig angeordneten
Detektorblöcken, üblicherweise werden 4 Ringe aneinandergereiht
Detektorblock: 64-Szinitlations-Kristalle gekoppelt mit jeweils 4 PMTs.
Kristalle hohen Schwächungskoeffizient -> große Ausbeute
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Folie 37
Modernes PET-CT
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Folie 38
19
PET-CT
PET ist Grundlage moderne TumorDiagnostik.
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Folie 39
PET-CT klinische Studie
Schilddrüsenkarzinom 5 Jahre nach der Behandlung
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Folie 40
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Neueste Entwicklung:
Time of Flight (ToF) PET
Durch Messung der
Zeitdifferenz (Δt=2.5 10-10s) in
einem Koinzidenzereignis
kann das Zerfallsereignis auf
einen Bereich von 7.5 cm
(roter Bereich) eingeschränkt
werden.
-> exaktere Rekonstruktion
der Verteilung
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Folie 41
ToF Pet: klinische Daten
Abbildung einer Läsion im Vergleich von konventionellem PET und ToF
PET. Die Läsion ist im CT klar zu erkennen
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Folie 42
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