Nuclear physics science template

1
NUKLEÁRNA MEDICÍNA Prístroje na detekciu žiarenia
Tvorba scintigrafického obrazu
01
2
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Konštrukcné usporiadanie detekcného systému
  gamakamery

Obr. Schéma detekcného systému
gamakamery
02
3
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Detekcia žiarenia gama pomocou scintilacného
  detektora
• Scintilacný detektor využíva vlastnosti
  niektorých látok
• scintilátorov, ktoré pri prechode fotónov
  ionizujúceho
• žiarenia vyvolávajú záblesky - scintilácie.
• Kryštál scintilacného detektora gamakamery je
  vyrobený
• z iodidu sodného aktivovaného táliom NaI(Tl).

03
4
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Detekcia žiarenia gama pomocou scintilacného
  detektora

Obr. Detektor gamakamery
04
5
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Detekcia žiarenia gama pomocou scintilacného
  detektora
• 1.) Vstup fotónu gama (o urcitej energii) do
  scintilacného kryštálu.
• 2.) Prechod fotónu gama scintilacným kryštálom -
  strata energie na úkor excitácie atómov kryštálu
  (predáva svoju energiu atómom kryštálu).
• 3.) Energia excitovaných atómov kryštálu sa
  zvýšila, atómy sa snažia
• nadobudnút pôvodný stav a dosiahnu to tým,
  že vyžiaria fotóny svetla.
• Pocet fotónov svetla je úmerný energii
  dopadajúceho fotónu gama.
• (Cím vyššia je energia fotónov gama
  vstupujúcich do scintilacného kryštálu, tým viac
  svetla vypudí.)
• 4.) Fotóny svetla putujú k fotokatóde a po
• dopade na fotokatódu z nej vybudia
  elektróny.
• Pocet vybudených elektrónov je úmerný
• poctu svetelných fotónov.

05
6
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Detekcia žiarenia gama pomocou scintilacného
  detektora
• 5.) Vybudené elektróny sú napätím medzi
  fotokatódou a prvou dynódou
• urýchlované smerom k prvej dynóde.
• 6.) Systém dynód zabezpecuje znásobenie poctu
  elektrónov.
• 7.) Elektróny z poslednej dynódy sú zozbierané
  na anóde, kde vzniká
• elektrický impulz.
• 8.) Zosilnenie elektrického impulzu (signálu).
• 9.) Analýza energie impulzu.
• 10.) Analýza polohy scintilácie pomocou
• polohových obvodov.
• 11.) Obrazový výstup (interpretácia detekcie
• a spracovania signálov).

06
7
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Elektronické spracovanie detekovaného signálu

FOTÓN SVETLA
FOTÓN GAMA
Obr. Detekcia fotónu gama pomocou detetektora
gamakamery a spracovanie signálu.
07
8
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Elektronické spracovanie detekovaného signálu

Obr. Elektronické spracovanie signálu z
detektora do formy obrazu.
08
9
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Elektronické spracovanie detekovaného signálu
• 1. Analýza energie
• S urcením polohy scintilácie
• prebieha i analýza intenzity
• scintilácie.
• V prípade scintilacných kryštálov
• je intenzita scintilácie (vzniknuté svetlo)
  úmerná energii absorbovanej
• v scintilátore (kryštále) ? je generovaný signál
  Z.
• Vytvorenie signálu Z zabezpecujú tzv. sumacné
  obvody, ktoré scítavajú
• velkost odozvy všetkých fotonásobicov a
  prevádzajú ju na absorbovanú
• energiu scintilácie.
• Takto vytvorený signál vstupuje do
  amplitúdového
• analyzátora.
• Pre každú scintiláciu je takto urcená jej poloha
  a
• energia fotónu gama, ktorý scintiláciu vyvolal.

09
10
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Elektronické spracovanie detekovaného signálu
• Amplitúdový analyzátor
• Gamagrafia vychádza z predpokladu, že detekuje
  gama žiarenie
• rádionuklidu, ktorý bol vo forme rádiofarmaka
  aplikovaný do organizmu
• pacienta. Vhodne orientované fotóny gama žiarenia
  prechádzajú
• kolimátorom a sú zachytené detektorom.
• V skutocnosti však istá cast vyžiarených gama
  fotónov interaguje s
• tkanivom pacienta vo forme Comptonovho rozptylu.
  Comptonovým
• rozptylom sa jednak znižuje energia gama fotónu a
  jednak fotón
• gama môže zmenit svoj smer. Prítomnost
  rozptýlených gama
• fotónov spôsobuje v obraze šum, je preto
  vhodné ich
• eliminovat.
• Urcité množstvo rozptýlených fotónov je
  možné zo
• zobrazovania vylúcit pomocou amplitúdového
  analyzátora.

10
11
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Elektronické spracovanie detekovaného signálu
• Amplitúdový analyzátor nastavenia okna fotopíku
• Amplitúdový analyzátor je dôležitou súcastou
  detekcného retazca každej
• gamakamery. Signál Z, ktorý nesie informáciu o
  energii dopadajúceho
• fotónu je vedený cez amplitúdový analyzátor.
  Užívatel má možnost nastavit
• tzv. hornú a dolnú hladinu okienka analyzátora.
• Okienko analyzátora prepustí len impulz, ktorý
  bol vyvolaný fotónom
• o energii vyššej ako dolná diskriminacná hladina
  a nižšej ako horná
• diskriminacná hladina.
• Oblast medzi dolnou a hornou diskriminacnou
  hladinou
• sa nazýva okno fotopíku.

11
12
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Elektronické spracovanie detekovaného signálu

Obr. Amplitúdový analyzátor.
Okno fotopíku.
12
13
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Elektronické spracovanie detekovaného signálu

Obr. Energetické okno fotopíku pre 99mTc.
13
14
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Elektronické spracovanie detekovaného signálu

Obr. Energetické okno fotopíku pre 99mTc pri
prechode fotónov gama telom pacienta.
14
15
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Elektronické spracovanie detekovaného signálu

Nesprávne nastavenie- oblast spojitého
spektra, zhoršenie kvality obrazu.
Správne symetrické nastavenie energet. okna.
Nesprávne nastavenie- eliminuje síce
rozptýlené žiarenie, avšak výrazne znižuje
citlivost.
Obr. Energetické okno fotopíku pre 99mTc
pri scintigrafii štítnej žlazy.
15
16
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Elektronické spracovanie detekovaného signálu

Obr. Možnost nastavenia i viacerých
energetických okien pre rádionuklidy s
viacerými fotopíkmi.
16
17
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Elektronické spracovanie detekovaného signálu
• 2. Urcenie polohy scintilácie
• Svetelné fotóny, ktoré vznikli v dôsledku
  interakcie žiarenia gama s
• kryštálom sa v nom šíria všetkými smermi. Najviac
  svetla sa dostane do
• fotonásobica, ktorý je najbližšie k miestu
  interakcie fotónu gama s
• kryštálom (miesto scintilácie).
• Na výstupe tohto fotonásobica vznikne impulz,
  ktorého amplitúda je
• väcšia ako amplitúda odoziev zo vzdialenejších
  fotonásobicov.
• Na základe hodnotenia odoziev zo všetkých
  fotonásobicov urcia
• tzv. polohové obvody výslednú súradnicu
  scintilácie X,Y.

17
18
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Elektronické spracovanie detekovaného signálu
• Urcenie polohy scintilácie

Obr. Scintilácia po absorbcii fotónu gama a
následné ožiarenie fotonásobicov.
18
19
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Elektronické spracovanie detekovaného signálu
• Urcenie polohy scintilácie

Obr. Urcenie polohy scintilácie pomocou
polohových obvodov.
19
20
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Elektronické spracovanie detekovaného signálu
• Urcenie polohy scintilácie

Obr. Funkcia polohových obvodov.
fdfg
20
21
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Elektronické spracovanie detekovaného signálu
• Urcenie polohy scintilácie
• Obrázok ilustruje funkciu polohových obvodov.
• Keby distribúcia rádiofarmaka bola zobrazená len
  pomocou jednotlivých
• fotonásobicov, získaný obraz by mal velmi zlé,
  klinicky nedostacujúce
• rozlíšenie. Bolo by možné sledovat len
  fotonásobice, ktoré zaznamenali
• nejaký impulz.(Ak by každému impulzu bola
  priradená len súradnica
• odpovedajúceho fotonásobica, pocet bodov by bol
  obmedzený len na
• pocet fotonásobicov).
• Použitím polohových obvodov sa dosiahne výrazného
  zlepšenia
• v rozlíšení, pretože pri každom jednotlivom
  zaznamenamom
• impulze je urcená jeho súradnica (adresa do
  buniek)
• presne podla prednastavenej akvizicnej matice.

21
22
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Scintigrafický obraz analógová gamakamera

22
23
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Scintigrafický obraz analógová gamakamera
• Analógová scintilacná gamakamera podla obrázku
  poskytuje tzv.
• analógové scintigrafické obrazy na tienidle
  osciloskopu.
• Obraz je na obrazovke osciloskopu prítomný
  pocas detekcie
• fotónov gamakamerou. Po skoncení snímania
  (odchode pacienta)
• takýto obraz mizne. V súcasnosti sa táto
  technológia už nepoužíva.
• Aby bolo možné obraz uchovat, fotografoval sa
  z obrazovky
• fotoaparátom.
• Z praktických dôvodov sa tiež používal tzv.
  perzistentný osciloskop.
• Z obrazovky perzistentného osciloskopu nemizli
  obrázky
• okamžite, ostávali tam pocas nastavenej
  doby
• a potom plynule slabli až zmizli.

23
24
Tvorba scintintigrafického obrazu
Scintigrafický obraz prechod od analógovej k
digitálnej kamere

• Analógový obraz je tvorený stopami,
• ktorých poloha na obrazovke osciloskopu
• odpovedá polohe zábleskov v scintilacnom
• kryštále - obr a).
• V súcasnosti sa analógový obraz nepoužíva
• a pre jednoduchšiu prácu sú analógové
• gamakamery v praxi digitalizované.
• Na analógový obraz je premietnutá zvolená
• matica zobrazenia, ktorá vymedzuje, kde
• sa budú impulzy ukladat v pamäti pocítaca
• do obrazových elementov /pixelov obr b).
• Každému pixelu je priradená adresa a je
• vypocítaný pocet impulzov, ktorý sa v danom
• pixeli nachádza obr c).
• V pamäti pocítaca sa ukladá digitalizovaný
• obraz, ktorý je tvorený poctom impulzov v
• jednotlivých pixeloch obr d).

24
25
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Scintigrafický obraz digitálna kamera

25
26
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Scintigrafický obraz digitálna kamera
• Plne digitálna gamakamera sa od analógovej líši v
  tom, že každý
• fotonásobic má svoj analógovo-digitálny prevodník
  ADC ?
• osciloskopická obrazovka je nahradená ADC a
  pamätou pocítaca.
• Vlastný proces konevrzie na digitálny signál je
  spustený impulzom Z,
• ktorý oznamuje že bol detekovaný validný fotón
  žiarenia gama.
• Súradnice X a Y potom AD prevodník prevedie na
  bitovú kombináciu
• a pošle ju na odpovedajúcu adresu bunky v
  pocítaci.
• V pamäti pocítaca je pre zápis digitalizovaných
  impulzov
• vyclenená tzv. obrazová matica (býva to 64x64,
  
• 128x128, 256x256 , výnimocne i 512x512 buniek).
• Každá bunka - pixel v obrazovej matici
  topograficky
• odpovedá urcitému miestu v zobrazovanom objekte.

26
27
Tvorba scintintigrafického obrazu
Vplyv matice na scintigrafický obraz
Obr. CT obraz, nahrávaný do matice
512x512 a postupne výpoctovo
prevádzaný do nižších matíc až po 64x64.
27
28
Tvorba scintintigrafického obrazu
Vplyv matice na scintigrafický obraz
Obr. Vplyv matice zobrazenia na
kvalitu scintigrafického obrazu. Cím je väcší
rozmer matice zobrazenia, tým je velkost pixelu
menšia a detaily obrazu sú lepšie
rozlíšitelné. Od urcitého bodu je však zbytocné
dalej zväcšovat maticu, pretože
kvalita zobrazenia je limitovaná
možnostami rozlíšenia samotného
zobrazovacieho Zariadenia - gamakamery.
28
29
Tvorba scintintigrafického obrazu

• Dakujem za pozornost!

29