Гамма-камера

Гамма -камера ( γ-камера ), также называемая сцинтилляционной камерой или камерой гнева , представляет собой устройство, используемое для получения изображения гамма-излучения, испускающего радиоизотопы, метод, известный как сцинтиграфия . Применения сцинтиграфии включают раннюю разработку лекарств и ядерную медицинскую визуализацию для просмотра и анализа изображений человеческого тела или распределения введенных с медицинской точки зрения, вдыхаемых или проглатываемых радионуклидов, излучающих гамма-лучи .

Методы визуализации

Сцинтиграфия («сцинт») — это использование гамма-камер для улавливания испускаемого излучения внутренних радиоизотопов для создания двумерных изображений. ^[1] изображения.

ОФЭКТ (однофотонная эмиссионная компьютерная томография), используемая при ядерном стресс-тестировании сердца , выполняется с использованием гамма-камер. Обычно вокруг пациента медленно вращают один, два или три детектора или головки.

Строительство

Гамма-камера состоит из одной или нескольких плоских кристаллических плоскостей (или детекторов), оптически соединенных с массивом фотоумножителей в узле, известном как «головка», установленном на портале. Портал подключен к компьютерной системе, которая управляет работой камеры, а также получает и сохраняет изображения. ^[2]^: 82 Конструкцию гамма-камеры иногда называют конструкцией отсекающего излучения.

Система накапливает события или подсчитывает гамма- фотоны , которые поглощаются кристаллом в камере. Обычно используется крупный плоский кристалл йодида натрия с легированием таллием NaI(Tl) в светогерметичном корпусе. Высокоэффективный метод захвата этой комбинации для обнаружения гамма-лучей был открыт в 1944 году сэром Сэмюэлем Карраном. ^[3]^[4] когда он работал над Манхэттенским проектом в Калифорнийском университете в Беркли . Лауреат Нобелевской премии по физике Роберт Хофштадтер также работал над этой техникой в 1948 году. ^[5]

Кристалл мерцает в ответ на падающее гамма-излучение. Когда гамма-фотон покидает пациента (которому ввели радиоактивный фармацевтический препарат ), он выбивает электрон из атома йода в кристалле, и возникает слабая вспышка света, когда смещенный электрон снова находит минимальное энергетическое состояние. Первоначальное явление возбужденного электрона похоже на фотоэлектрический эффект и (особенно в случае гамма-лучей) эффект Комптона . После возникновения вспышки света она обнаруживается. Фотоумножительные трубки (ФЭУ), расположенные за кристаллом, обнаруживают флуоресцентные вспышки (события), а компьютер суммирует результаты. Компьютер реконструирует и отображает на мониторе двухмерное изображение относительной пространственной плотности счета. Это реконструированное изображение отражает распределение и относительную концентрацию радиоактивных индикаторных элементов, присутствующих в отображаемых органах и тканях. ^[6]^: 162

Анимированная схема физики гамма-камеры и ее основных компонентов.

Обработка сигналов

Хэл Энгер разработал первую гамма-камеру в 1957 году. ^[7]^[8] Его оригинальная конструкция, которую часто называют камерой Anger, широко используется и сегодня. В камере Anger используются наборы на электронных лампах фотоумножителей (ФЭУ). Обычно каждая трубка имеет открытую поверхность диаметром около 7,6 см , а трубки расположены в форме шестиугольника позади поглощающего кристалла. Электронная схема, соединяющая фотодетекторы, подключена так, чтобы отражать относительное совпадение световой флуоресценции, воспринимаемой элементами шестиугольной детекторной матрицы. Все ФЭУ одновременно обнаруживают (предположительно) одну и ту же вспышку света в разной степени, в зависимости от их положения относительно фактического отдельного события. Таким образом, пространственное расположение каждой отдельной вспышки флуоресценции отражается в виде структуры напряжений внутри массива взаимосвязанных схем.

Место взаимодействия гамма-кванта с кристаллом можно определить путем обработки сигналов напряжения с фотоумножителей; Проще говоря, местоположение можно найти, взвесив положение каждого фотоумножителя по силе его сигнала, а затем вычислив среднее положение на основе взвешенных положений. ^[2]^: 112 Общая сумма напряжений каждого фотоумножителя, измеренная анализатором амплитуды импульса , пропорциональна энергии взаимодействия гамма-лучей, что позволяет различать различные изотопы или рассеянные и прямые фотоны. ^[6]^: 166

Пространственное разрешение

Чтобы получить пространственную информацию об излучении гамма-излучения от объекта визуализации (например, клеток сердечной мышцы человека, которые поглотили внутривенно введенный радиоактивный препарат, обычно таллий-201 или технеций-99m , медицинский визуализирующий агент), метод корреляции обнаруженных фотонов с указанием их точки происхождения.

Обычный метод заключается в размещении коллиматора над матрицей детекторных кристаллов/ФЭУ. Коллиматор состоит из толстого листа свинца , обычно толщиной от 25 до 55 миллиметров (от 1 до 2,2 дюйма), с тысячами соседних отверстий в нем. Существует три типа коллиматоров: коллиматоры низкой энергии, средней энергии и коллиматоры высокой энергии. По мере перехода коллиматоров от низкой энергии к высокой энергии размеры, толщина и перегородки между отверстиями также увеличивались. ^[9] При фиксированной толщине перегородки разрешение коллиматора уменьшается с увеличением эффективности, а также с увеличением расстояния источника от коллиматора. ^[10] Анализатор амплитуды импульса определяет полную ширину на половине максимума , которая выбирает определенные фотоны для внесения вклада в окончательное изображение, тем самым определяя разрешение коллиматора. ^[11]^[10]

Отдельные отверстия ограничивают фотоны, которые могут быть обнаружены кристаллом, до формы конуса; точка конуса находится в центре средней линии любого данного отверстия и простирается от поверхности коллиматора наружу. Однако коллиматор также является одним из источников размытия изображения; Свинец не полностью ослабляет падающие гамма-фотоны, могут быть некоторые перекрестные помехи между дырками .

В отличие от линзы, используемой в камерах видимого света, коллиматор ослабляет большую часть (>99%) падающих фотонов и, таким образом, значительно ограничивает чувствительность системы камеры. Должно присутствовать большое количество радиации, чтобы обеспечить достаточную экспозицию для того, чтобы система камеры могла обнаружить достаточное количество сцинтилляционных точек для формирования изображения. ^[2]^: 128

другие методы локализации изображения ( обскура , вращающийся пластинчатый коллиматор с CZT ); Были предложены и апробированы ^[12] однако ни один из них не получил широкого распространения в рутинной клинической практике.

Лучшие современные конструкции систем камер могут различать два отдельных точечных источника гамма-фотонов, расположенных на расстоянии от 6 до 12 мм, в зависимости от расстояния от коллиматора, типа коллиматора и радионуклеида. Пространственное разрешение быстро снижается по мере увеличения расстояния от лица камеры. Это ограничивает пространственную точность компьютерного изображения: оно представляет собой нечеткое изображение, составленное из множества точек обнаруженных, но не точно локализованных сцинтилляций. Это основное ограничение для систем визуализации сердечной мышцы; Самая толстая нормальная сердечная мышца в левом желудочке составляет около 1,2 см, а большая часть мышцы левого желудочка - около 0,8 см, всегда подвижна и большая ее часть находится за пределами 5 см от поверхности коллиматора. Чтобы компенсировать это, более совершенные системы визуализации ограничивают подсчет сцинтилляций частью цикла сердечного сокращения, называемой стробированием, однако это еще больше ограничивает чувствительность системы.

См. также

Ссылки

^ thefreedictionary.com > сцинтиграфия Цитирование: Медицинский словарь Дорланда для потребителей медицинских услуг, 2007 г., Сондерс; Большой ветеринарный словарь Сондерса, 3-е изд. 2007 г.; Краткий словарь современной медицины McGraw-Hill, 2002 г., издательство McGraw-Hill Companies
^ Jump up to: ^а ^б ^с Саха, Гопал Б. (2006). Физика и радиобиология ядерной медицины (3-е изд.). Нью-Йорк: Спрингер. дои : 10.1007/978-0-387-36281-6 . ISBN 978-0-387-30754-1 .
^ «Счетные трубки, теория и приложения», Карран, Сэмюэл К., Academic Press (Нью-Йорк), 1949.
^ Флетчер, WW (2004). «Карран, сэр Сэмюэл Кроу (1912–1998)» . Оксфордский национальный биографический словарь . Оксфордский национальный биографический словарь (онлайн-изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. doi : 10.1093/ref:odnb/69524 . (Требуется подписка или членство в публичной библиотеке Великобритании .)
^ «Роберт Хофштадтер – Биографический» . Нобелевская премия . Проверено 29 сентября 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б Халил, Магди М. (2010). «Элементы гамма-камеры и ОФЭКТ-систем». Фундаментальные науки ядерной медицины . Гейдельберг: Спрингер. ISBN 978-3-540-85961-1 .
^ Тапскотт, Элеонора (2005). «Пионер ядерной медицины, Хэл О. Энгер, 1920–2005» . Журнал технологий ядерной медицины . 33 (4): 250–253. ПМИД 16397975 .
^ Гнев, Хэл О. (1958). «Сцинтилляционная камера». Обзор научных инструментов . 29 (1): 27–33. Бибкод : 1958RScI...29...27A . дои : 10.1063/1.1715998 .
^ Разави, Сейед Хосейн; Калантари, Фараз; Багери, Махмуд; Намиранян, Насим; Нафиси-Могадам, Реза; Марданшахи, Алиреза; Эмами-Ардекани, Алиреза; Собхан Ардекани, Мохаммад; Разави-Ратки, Сеид Казем (01 июля 2017 г.). «Характеристика коллиматоров низкой, средней и высокой энергии для обычных изотопов в ядерной медицине: исследование Монте-Карло» . Иранский журнал ядерной медицины . 25 (2): 100–104. ISSN 1681-2824 .
^ Jump up to: ^а ^б Соренсен Дж. А., Фелпс М. Е. (1 января 1987 г.). Физика в ядерной медицине (PDF) . Elsevier - Отдел медицинских наук. п. 336. ИСБН 978-0808918042 . Архивировано из оригинала (PDF) 14 января 2022 года . Проверено 14 января 2022 г.
^ «Совместная серия лекций CI-JAI по передовым ускорителям. Визуализация и детекторы для медицинской физики. Лекция 5: Гамма-камеры» (PDF) . Институт Кокрофта. Архивировано из оригинала (PDF) 31 января 2021 года . Проверено 14 января 2022 г.
^ Цзэн, Гэншэн Л.; Ганьон, Даниэль; Мэтьюз, Кристофер Г.; Кольтхаммер, Джеффри А.; Радачи, Джейсон Д.; Хокинс, Уильям Г. (20 июня 2002 г.). «Алгоритм восстановления изображения для коллиматора с вращающейся планкой». Медицинская физика . 29 (7): 1406–1412. Бибкод : 2002MedPh..29.1406Z . дои : 10.1118/1.1485057 . ПМИД 12148720 . S2CID 13092740 .

Дальнейшее чтение

Х. Гнев. Новый инструмент для картирования излучателей гамма-излучения. Ежеквартальный отчет по биологии и медицине UCRL, 1957, 3653: 38. (Радиационная лаборатория Калифорнийского университета, Беркли)
Гнев, Х.О. (июль 1964 г.). «Сцинтилляционная камера с многоканальными коллиматорами». Журнал ядерной медицины . 5 : 515–31. ПМИД 14216630 .
Шарп, Питер Ф.; Геммелл, Ховард Г.; Мюррей, Элисон Д. (2005). Практическая ядерная медицина . Лондон: Спрингер. ISBN 978-1-85233-875-6 .
США 6359279 , Ганьон, Дэниел и Мэтьюз, Кристофер Г., «Детектор для ядерной визуализации», выдан 19 марта 2002 г.
США 6552349 , Ганьон, Дэниел и Мэтьюз, Кристофер Г., «Детектор с некруглым полем зрения», выдан 2 апреля 2003 г.
Черри, Саймон Р.; Соренсон, Джеймс А.; Фелпс, Майкл Э. (2012). Физика в ядерной медицине (4-е изд.). Филадельфия: Эльзевир/Сондерс. ISBN 978-1-4160-5198-5 .

Внешние ссылки

СМИ, связанные с гамма-камерами, на Викискладе?

[1] thefreedictionary.com > сцинтиграфия Цитирование: Медицинский словарь Дорланда для потребителей медицинских услуг, 2007 г., Сондерс; Большой ветеринарный словарь Сондерса, 3-е изд. 2007 г.; Краткий словарь современной медицины McGraw-Hill, 2002 г., издательство McGraw-Hill Companies

[SahaGC-2] Jump up to: ^а ^б ^с Саха, Гопал Б. (2006). Физика и радиобиология ядерной медицины (3-е изд.). Нью-Йорк: Спрингер. дои : 10.1007/978-0-387-36281-6 . ISBN 978-0-387-30754-1 .

[3] «Счетные трубки, теория и приложения», Карран, Сэмюэл К., Academic Press (Нью-Йорк), 1949.

[4] Флетчер, WW (2004). «Карран, сэр Сэмюэл Кроу (1912–1998)» . Оксфордский национальный биографический словарь . Оксфордский национальный биографический словарь (онлайн-изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. doi : 10.1093/ref:odnb/69524 . (Требуется подписка или членство в публичной библиотеке Великобритании .)

[5] «Роберт Хофштадтер – Биографический» . Нобелевская премия . Проверено 29 сентября 2016 г.

[Khalil10-6] Jump up to: ^а ^б Халил, Магди М. (2010). «Элементы гамма-камеры и ОФЭКТ-систем». Фундаментальные науки ядерной медицины . Гейдельберг: Спрингер. ISBN 978-3-540-85961-1 .

[7] Тапскотт, Элеонора (2005). «Пионер ядерной медицины, Хэл О. Энгер, 1920–2005» . Журнал технологий ядерной медицины . 33 (4): 250–253. ПМИД 16397975 .

[8] Гнев, Хэл О. (1958). «Сцинтилляционная камера». Обзор научных инструментов . 29 (1): 27–33. Бибкод : 1958RScI...29...27A . дои : 10.1063/1.1715998 .

[9] Разави, Сейед Хосейн; Калантари, Фараз; Багери, Махмуд; Намиранян, Насим; Нафиси-Могадам, Реза; Марданшахи, Алиреза; Эмами-Ардекани, Алиреза; Собхан Ардекани, Мохаммад; Разави-Ратки, Сеид Казем (01 июля 2017 г.). «Характеристика коллиматоров низкой, средней и высокой энергии для обычных изотопов в ядерной медицине: исследование Монте-Карло» . Иранский журнал ядерной медицины . 25 (2): 100–104. ISSN 1681-2824 .

[Sorensen_1987-10] Jump up to: ^а ^б Соренсен Дж. А., Фелпс М. Е. (1 января 1987 г.). Физика в ядерной медицине (PDF) . Elsevier - Отдел медицинских наук. п. 336. ИСБН 978-0808918042 . Архивировано из оригинала (PDF) 14 января 2022 года . Проверено 14 января 2022 г.

[11] «Совместная серия лекций CI-JAI по передовым ускорителям. Визуализация и детекторы для медицинской физики. Лекция 5: Гамма-камеры» (PDF) . Институт Кокрофта. Архивировано из оригинала (PDF) 31 января 2021 года . Проверено 14 января 2022 г.

[12] Цзэн, Гэншэн Л.; Ганьон, Даниэль; Мэтьюз, Кристофер Г.; Кольтхаммер, Джеффри А.; Радачи, Джейсон Д.; Хокинс, Уильям Г. (20 июня 2002 г.). «Алгоритм восстановления изображения для коллиматора с вращающейся планкой». Медицинская физика . 29 (7): 1406–1412. Бибкод : 2002MedPh..29.1406Z . дои : 10.1118/1.1485057 . ПМИД 12148720 . S2CID 13092740 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]