Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пример исследования сцинтиграфией легких

Гамма - камера ( γ-камера ), также называемая сцинтилляционная камерой или гнев камерой , это устройство , используемое для изображения гаммы - излучение , излучающие радиоизотопов, метод , известный как сцинтиграфия . Приложения сцинтиграфии включают раннюю разработку лекарств и ядерную медицинскую визуализацию для просмотра и анализа изображений человеческого тела или распределения введенных, вдыхаемых или проглоченных радионуклидов, излучающих гамма-лучи .

Методы визуализации [ править ]

Маска с кодированной апертурой для гамма-камеры (для ОФЭКТ )

Сцинтиграфия («сцинт») - это использование гамма-камер для захвата излучения, испускаемого внутренними радиоизотопами, для создания двумерных [1] изображений.

Получение изображений SPECT (однофотонная эмиссионная компьютерная томография), используемое в ядерных стресс-тестах сердца , выполняется с помощью гамма-камер. Обычно один, два или три детектора или головки медленно вращаются вокруг туловища пациента.

Гамма-камеры с несколькими головками также могут использоваться для сканирования позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) при условии, что их аппаратное и программное обеспечение может быть настроено для обнаружения «совпадений» (почти одновременных событий на 2 разных головках). Гамма-камера ПЭТ заметно уступает ПЭТ-визуализации с помощью специально разработанного ПЭТ-сканера, поскольку кристалл сцинтиллятора имеет низкую чувствительность для аннигиляционных фотонов высокой энергии, а площадь детектора значительно меньше. Однако, учитывая низкую стоимость гамма-камеры и ее дополнительную гибкость по сравнению со специализированным ПЭТ-сканером, этот метод полезен там, где невозможно оправдать затраты и ресурсы, связанные с использованием ПЭТ-сканера.

Строительство [ править ]

Гамма камера
Схематический разрез детектора гамма-камеры
Детали поперечного сечения гамма-камеры

Гамма-камера состоит из одной или нескольких плоских кристаллических плоскостей (или детекторов), оптически связанных с матрицей фотоэлектронных умножителей в сборке, известной как «головка», установленной на гентри. Портал подключается к компьютерной системе, которая управляет работой камеры, а также собирает и сохраняет изображения. [2] : 82 Конструкция гамма-камеры иногда известна как радиационная конструкция отсека.

Система накапливает события или подсчитывает гамма- фотоны , которые поглощаются кристаллом в камере. Обычно используется большой плоский кристалл йодида натрия с легированием таллием в светонепроницаемом 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 . Физик Роберт Хофштадтер, лауреат Нобелевской премии, также работал над этой техникой в ​​1948 году [5].

Кристалл сцинтиллирует в ответ на падающее гамма-излучение. Когда гамма-фотон покидает пациента (которому вводили радиоактивный лекарственный препарат ), он выбивает электрон из атома йода в кристалле, и возникает слабая вспышка света, когда дислоцированный электрон снова находит состояние с минимальной энергией. Первоначальное явление возбужденного электрона похоже на фотоэлектрический эффект и (особенно с гамма-лучами) эффект Комптона . После появления вспышки света ее обнаруживают. Фотоумножительтрубки (ФЭУ) за кристаллом обнаруживают флуоресцентные вспышки (события), и компьютер суммирует их количество. Компьютер реконструирует и отображает на мониторе двумерное изображение относительной пространственной плотности счета. Это восстановленное изображение отражает распределение и относительную концентрацию радиоактивных индикаторных элементов, присутствующих в отображаемых органах и тканях. [6] : 162

Воспроизвести медиа
Анимированная схема физики и основных компонентов гамма-камеры

Обработка сигнала [ править ]

Хэл Энгер разработал первую гамма-камеру в 1957 году. [7] [8] Его оригинальный дизайн, часто называемый камерой Гнева, широко используется и сегодня. В камере Anger используются фотоумножители на электронных лампах (ФЭУ). Как правило, каждая трубка имеет открытую поверхность около 7,6 см.диаметром, а трубки расположены в форме шестиугольника за поглощающим кристаллом. Электронная схема, соединяющая фотодетекторы, имеет проводку, отражающую относительное совпадение световой флуоресценции, воспринимаемой элементами шестиугольной матрицы детекторов. Все ФЭУ одновременно обнаруживают (предположительно) одну и ту же вспышку света в разной степени, в зависимости от их положения от фактического отдельного события. Таким образом, пространственное расположение каждой отдельной вспышки флуоресценции отражается в виде диаграммы напряжений внутри массива соединительных цепей.

Местоположение взаимодействия между гамма-лучами и кристаллом может быть определено путем обработки сигналов напряжения от фотоумножителей; Проще говоря, местоположение можно найти путем взвешивания положения каждой трубки фотоумножителя по силе ее сигнала, а затем вычисления среднего положения по взвешенным положениям. [2] : 112 Общая сумма напряжений от 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 [ править ]

Для получения пространственной информации о гамма-излучении от объекта визуализации (например, клеток сердечной мышцы человека, которые поглотили внутривенно введенный радиоактивный агент , обычно таллий-201 или технеций-99m , лекарственный агент визуализации), используется метод корреляции обнаруженных фотонов с их точкой происхождения не требуется.

Традиционный метод заключается в размещении коллиматора над детекторным кристаллом / массивом ФЭУ. Коллиматор состоит из толстого листа свинца , обычно толщиной от 25 до 75 миллиметров (от 1 до 3 дюймов), с тысячами смежных отверстий через него. Отдельные отверстия ограничивают фотоны, которые могут быть обнаружены кристаллом, конусом; острие конуса находится в центре средней линии любого заданного отверстия и проходит от поверхности коллиматора наружу. Однако коллиматор также является одним из источников размытия изображения; Свинец не полностью ослабляет падающие гамма-фотоны, между дырками могут быть перекрестные помехи .

В отличие от линз, используемых в камерах видимого света, коллиматор ослабляет большую часть (> 99%) падающих фотонов и, таким образом, значительно ограничивает чувствительность системы камеры. Должно присутствовать большое количество излучения, чтобы обеспечить достаточную экспозицию для системы камеры для обнаружения достаточного количества сцинтилляционных точек для формирования изображения. [2] : 128

Были предложены и опробованы другие методы локализации изображения ( точечное отверстие , коллиматор вращающейся планки с CZT ); [9] однако ни один из них не получил широкого распространения в повседневной 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 уменьшается с увеличением расстояния от лица камеры. Это ограничивает пространственную точность компьютерного изображения: это нечеткое изображение, состоящее из множества точек обнаруженных, но не точно локализованных сцинтилляций. Это главное 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 составляет около 0,8 см, она всегда движется и большая часть ее находится за пределами 5 см от поверхности коллиматора. Чтобы компенсировать это, более совершенные системы визуализации ограничивают подсчет сцинтилляций частью цикла сердечных сокращений, называемого стробированием.однако это еще больше ограничивает чувствительность системы.

См. Также [ править ]

  • Ядерная медицина
  • Сцинтиграфия

Ссылки [ править ]

  1. ^ thefreedictionary.com> сцинтиграфия Цитирование: Медицинский словарь Дорланда для потребителей здоровья, 2007 г., Сондерс; Общий ветеринарный словарь Сондерса, 3-е изд. 2007; Краткий словарь современной медицины Макгроу-Хилла, 2002 г., составленный McGraw-Hill Companies
  2. ^ a b c Saha, Гопал Б. (2006). Физика и радиобиология ядерной медицины (3-е изд.). Нью-Йорк: Спрингер. DOI : 10.1007 / 978-0-387-36281-6 . ISBN 978-0-387-30754-1.
  3. ^ "Счетные трубки, теория и приложения", Curran, Samuel C., Academic Press (Нью-Йорк), 1949
  4. Перейти ↑ Fletcher, WW (2004). «Курран, сэр Сэмюэл Кроу (1912–1998)» . Оксфордский национальный биографический словарь . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.
  5. ^ «Роберт Хофштадтер - Биографический» . Нобелевская премия . Проверено 29 сентября 2016 года .
  6. ^ a b Халил, Магди М. (2010). «Элементы гамма-камеры и ОФЭКТ-систем». Основные науки ядерной медицины . Гейдельберг: Springer. ISBN 978-3-540-85961-1.
  7. ^ Tapscott, Eleanore (2005). «Пионер ядерной медицины, Хэл О. Энгер, 1920–2005» . Журнал технологий ядерной медицины . 33 (4): 250–253. PMID 16397975 . 
  8. ↑ Гнев, Хэл О. (1958). «Сцинтилляционная камера». Обзор научных инструментов . 29 (1): 27–33. Bibcode : 1958RScI ... 29 ... 27 . DOI : 10.1063 / 1.1715998 .
  9. ^ Zeng, Gengsheng L .; Ганьон, Даниэль; Мэтьюз, Кристофер Дж .; Kolthammer, Jeffery A .; Радачи, Джейсон Д .; Хокинс, Уильям Г. (20 июня 2002 г.). «Алгоритм восстановления изображения вращающегося коллиматора планки». Медицинская физика . 29 (7): 1406–1412. Bibcode : 2002MedPh..29.1406Z . DOI : 10.1118 / 1.1485057 . PMID 12148720 . S2CID 13092740 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Х. Гнев. Новый прибор для картирования гамма-излучателей. Ежеквартальный отчет UCRL по биологии и медицине, 1957, 3653: 38 (Радиационная лаборатория Калифорнийского университета, Беркли)
  • Гнев, ХО (июль 1964). «Сцинтилляционная камера с многоканальными коллиматорами». Журнал ядерной медицины . 5 : 515–31. PMID  14216630 .
  • Шарп, Питер Ф .; Gemmell, Howard G .; Мюррей, Элисон Д. (2005). Практическая ядерная медицина . Лондон: Спрингер. ISBN 978-1-85233-875-6.
  • US 6359279 , Gagnon, Daniel & Matthews, Christopher G., «Детектор для ядерной визуализации», опубликован 19 марта 2002 г. 
  • US 6552349 , Gagnon, Daniel & Matthews, Christopher G., «Детектор с некруглым полем зрения», опубликовано 2 апреля 2003 г. 
  • Черри, Саймон Р .; Соренсон, Джеймс А .; Фелпс, Майкл Э. (2012). Физика в ядерной медицине (4-е изд.). Филадельфия: Эльзевьер / Сондерс. ISBN 978-1-4160-5198-5.

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с гамма-камерами на Викискладе?