Ugrás a tartalomhoz

Orvosi leképezéstechnika

Balkay László (2011)

Debreceni Egyetem

2. fejezet - Gamma-kamerák

2. fejezet - Gamma-kamerák

A szcintillációs gamma-kamera a radioizotópos leképező vizsgálatok végzésére legáltalánosabban használt eszköz. Első változatának kifejlesztése Hal Anger nevéhez fűződik (1957), aki után ezt az ún. analóg gamma-kamerát Anger-kamerának is hívják. A nagy látómezejű kamerák kb. 50·40 cm-es terület radioizotóp-eloszlásáról készítenek egyszerre vetületi képet.

Az Anger-kamera legfontosabb részei

  1. A kollimátor (általában párhuzamos) furatokat tartalmazó ólomkorong. A beteg testéből érkező sugárzás csak a furatok hosszában tud áthaladni rajta, mert egyébként elnyelődik a lyukak falában. Ezáltal egy pont "képe" a kristályon egy kis kiterjedésű folt lesz. A kamera felbontását alapvetően a kollimátor határozza meg.

    A párhuzamos furatún kívül legyező alakú furatrendszerű ("fan-beam") kollimátort is használnak, mert ekkor a felbontás kevésbé romlik a távolsággal (v.ö. url="orvosilekepezes.xml#_Ref110409679".

  2. A szcintillációs kristály általában talliummal szennyezett nátrium-jodid egykristály, mely korong vagy tégla alakú. Technécium-99m leképezéséhez vastagsága általában 9 mm körüli. A kristályba becsapódó gamma-részecskék egy-egy fényfelvillanást keltenek.

  3. A kamera detektorában sok (19-100) fotoelektron-sokszorozó van az egyetlen kristályra ráillesztve. Ezek mindegyike "látja" a fényfelvillanásokat; a közelebbiek nagyobbat, a távolabbiak halványabbat.

  4. A fotoelektron-sokszorozók kimeneti jeleit az úgynevezett mátrix- (vagy Anger-) áramkörbe vezetik.

  5. Ez a sok jelből kiszámolja az X és Y koordinátákat, valamint a becsapódott részecske energiájával arányos (Z) jelet.

  6. A három (X,Y,Z) jelet átvezetik egy differenciál-diszkriminátorba.

  7. Innen csak azon beütések koordináta-jelei juthatnak tovább, amelyek energiája (Z-jele) a kiválasztott szűk, általában 15-20 %-os szélességű "ablakba" esik (energiaszelektív számlálás). Így a felbontást lerontó szórt sugárzás részben kiszűrhető.

  8. A beteg pozicionálását régen tárolócsöves oszcilloszkóp, ma általában a számítógép képernyőjén kirajzolódó kép segíti.

  9. Az X és Y jelszinteket ún. analóg-digitál átalakítók (ADC-k) számpárrá alakítják, és átadják egy számítógépnek.

  10. A számítógép egy digitalizált képet (számtáblázatot) állít össze, melynek minden egyes képeleme („pixele") a detektor megfelelő kis (négyzet alakú) részét ért beütések számával egyenlő. Ezeket a digitalizált képeket jelenítjük meg a képernyőn, dolgozzuk fel, illetve tároljuk háttértárolón.

    Nagyobb energiájú sugárzás detektálásához vastagabb kristályt célszerű alkalmazni, ez viszont a térbeli felbontás rovására megy.

Anger-rendszerű gamma-kamera részei

Segédletek

További adatokat talál az elektronikus tankönyvben:

url="">http://www.nmc.dote.hu/nmtk/.

Gamma-kamerák főbb minőségi jellemzői

Ebben a fejezetben a gamma-kamerák működésének legfontosabb mutatóit tekintjük át.

Uniformitás

A gamma-kamerák legáltalánosabban használt jósági paramétere, ugyanis a várható hibák döntő többsége lerontja az uniformitást.

Azt fejezi ki, hogy a látómező különböző részeinek érzékenysége mennyire tér el egymástól.

A NEMA (Amerikai Elektromos Készülék Gyártók Szövetsége) által kidolgozott, általánosan elfogadott definíció két területre, a hasznos és a központi látómezőre ad meg kétféle mérőszámot, amelyeket 64·64-es képmátrixszal, 9 pontos súlyozott lineáris simítás (ld. url="">Error! Reference source not found.) után kell számolni:

  • hasznos látómező: a teljes képátmérő 95%-a

  • központi látómező: átmérője a hasznos látómező átmérőjének 75%-a

  • 2.1. ábra - eq_1_1.png

    eq_1_1.png


  • integrális: a látómező legnagyobb és legkisebb beütésszámának %-os eltérése:

  • differenciális: a legmagasabb érték, ha vesszük a látómező összes olyan részterületét, amely öt egymás melletti vagy öt egymás alatti képelemből áll, és kiszámoljuk ezen részterület legnagyobb és legkisebb értéke közötti %-os eltérést (mint fent).

Érzékenység

Az egységnyi aktivitás leképezésekor mérhető számlálási sebességet határozza meg, mértékegysége cps/MBq. (1 cps = 1 beütés/másodperc).

Mérésekor ügyelni kell arra, hogy a leképezett minta (fecskendőbe felszívott aktív oldat) térfogata ne nagyon kicsi legyen (hanem néhány ml), ne legyen nagyon közel a kollimátorhoz, ne legyen túl nagy aktivitású (a holtidő miatt, ld. alább), és ne legyen jelentős árnyékolás (pl. a tű) a minta és a detektor között.

Térbeli felbontás

Azt határozza meg, hogy egymástól milyen távolságra lévő objektumok különíthetők el a képen. Mérőszáma a vonalszétterjedési függvényből (vagyis egy vonalforrás képére merőleges egyenes mentén mért aktivitásprofilból) számolt félérték-szélesség (angol rövidítése: FWHM). A gyakorlatban általában igen vékony vonalforrás képéből számoljuk (zajcsökkentés céljából a sorokat kiátlagolva) az ábra szerint.

(a) Vonalforrás képe

(b) Félértékszélesség definíciója

Felbontás és érzékenység összefüggése

A kollimátor kiválasztásával a felbontás és az érzékenység egymás rovására javítható: nagyobb átmérőjű, vékonyabb falú furatok esetén a felbontás romlik, az érzékenység pedig nő; és fordítva.

Ha pontforrást távolítunk a párhuzamos furatú kollimátortól, a képe egyre nagyobb és halványabb folt lesz (a pontszétterjedési függvény ellapul). Fontos azonban tudni, hogy a teljes képen mérhető összbeütésszám (azaz az érzékenység) párhuzamos furatú kollimátor esetén független a távolságtól!

A részleteket ld. a "Kollimátorok, felbontás és érzékenység" c. fejezetben.

Holtidő

Egy részecske becsapódása után egy rövid ideig (néhány mikroszekundumig) a kamera nem tud újabb becsapódást érzékelni; ezt az időtartamot nevezzük holtidőnek.

A holtidő kezelése szerint az áramköri és a jelfeldolgozó egységek kétféle módon viselkedhetnek, ha egy jelet (becsapódást) követő érzéketlenségi időintervallum (a holtidő) alatt egy újabb jel érkezik, amint az alábbi diagram szemlélteti.

  • Ha az újabb jel kitolja az érzéketlenségi időtartam végét, szélsőséges esetben csak egyetlen, a legelső jelet észlelhetjük, utána a rendszer folyamatosan érzéketlen ("bénult") marad, ld. a felső diagramot. Az ilyet bénítható körnek nevezzük.

  • Ha az újabb jelet ugyan nem kezeli külön a jelfeldolgozó egység, de az nem nyújtja meg az érzéketlenségi időt, a maximális időegységenként detektált jelet akkor kapjuk, ha a jelek épp a holtidő elteltével követik egymást. A maximális számlálási sebesség tehát a holtidő reciproka lesz.

  • 2.2. ábra - eq_1_2.png

    eq_1_2.png


Pl. ha 5 mikroszekundum a holtidő, a maximális számlálási sebesség:

Ezen jelenségek miatt igen nagy aktivitások leképezésekor a kamera érzékenysége lecsökken. Ez a torzítás akkor jelentős, ha a teli fecskendőt képezzük le, vagy a teljes beadott aktivitás benne van a látómezőben, pl. első átfolyásos szívvizsgálatnál.

A detektált események alakulása 5 mikrosecundumos holtidejű rendszernél.