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