Detektorer för strålningsmätning
Vad mäter man?
Strålningsfysikaliska mått
Aktivitet (Bq)
Aktivitet per areaenhet (Bq/cm2)
Absorberad dos (Gy)
Effektiv dos (Sv)
Dosrat (Sv/h)
Aktivitetsmätare
Används för att bestämma aktiviteten i ampuller, sprutor etc.
Gasdetektor formad som en cylinder.
Ger en ström som mäts (i ampere).
Strömmen räknas om till Bq (radionukliden måste specificeras)
Mätområde från ca 100 kBq till 100 GBq.
Gammaräknare
Används för att mäta aktiviteten i små prover (blodprov etc) med
låg aktivitet (< 10 kBq).
Scintillationsdetektor (NaI-kristall). Ger en ljuspuls för varje foton
som växelverkar. Ljuspulsen omvandlas till strömpuls i ett PM-rör.
- Pulsernas storlek beror av fotonenergin (ett energispektrum kan
erhållas)
- Med ett energifönster kan man selektera pulser (som ska räknas)
- Antalet pulser under en viss tid bestäms. Anges ofta som cpm (kan
räknas om till Bq).
Många prover kan mätas automatiskt i en följd ( gammaprovväxlare).
Gammaräknare
Betaräknare - Vätskescintillationsdetektor
Används för att mäta aktiviteten av betastrålare (utan
fotoner) i små prover (blodprov etc) med låg aktivitet (< 10
kBq). Speciellt för H-3, C-14 och P-32.
Provet löses upp i en scintillatorlösning.
PM-rör registrerar ljuset (som i en NaI-kristall)
Som för gammaräknare bestäms cpm
Provväxlare för mätning av många prover.
Kontaminationsinstrument
Används för att kontrollera arbetsytor, kläder mm.
* Visar pulser/s. Kan omvandlas till Bq/cm2
GM –rör eller liknande gasdetektor
Ska inte användas för att uppskatta dosrat!!
Dosratsinstrument (gammastrålning)
Ofta ett GM-rör
Jonisation i en gas. Det blir en elektrisk puls (av foton som växelverkat)
- ”knäpp” i högtalare
- instrumentet räknar pulser per tidsenhet
- skalan (visare eller digitalt) graderas i mGy/h
- vissa instrument kan summera under en viss tid: ger dos (mGy).
Persondosimetrar (EPD)
Kalibrerad för att visa effektiv dos
Vad mäter man: Absorberad dos
Utsätts man för strålning kan man tala om den energi som utvecklas
när strålningen absorberas i kroppen:
Absorberad dos = absorberad energi per massenhet (J/kg)
Istället för J/kg används Gy (Gray)
Ofta används uttrycken ”stråldos” och ”dos”
Vilken energi absorberas?
• Kinetisk energi hos elektroner som fotonerna
kolliderat med
• Kinetisk energi hos elektroner (beta-partiklar)
och alfa-partiklar som sänts ut från radionukliden
Vad mäter man: Ekvivalent och Effektiv dos
Olika typer av strålning kan ha olika skadeverkan på levande celler jämfört
med den energi som överförs. Därför har man infört en korrektion för detta när
man talar om risken med joniserande strålning. Efter denna korrektion kallar vi
det
•
•
•
EKVIVALENT DOS (viktat för olika biologisk skadeverkan) Sv (Sievert)
Då en Sv är ett ganska stort mått används ofta
mSv (millisievert)
Den absorberade dosen av alfastrålning och neutronstrålning är här kraftigt
uppräknad genom multiplikation med en viktfaktor på 20. För beta- gammaoch röntgenstrålning gäller att den ekvivalenta dosen = den absorberade dosen.
•
Vi talar även om EFFEKTIV DOS, vilken är viktad för olika organs
känslighet (enhet Sv).
Dosnivåer
Bakgrundsstrålningen under 1 år ≈ 1 mGy till kroppen
Nuklearmedicinsk undersökning ≈ 1-10 mGy till kroppen
Dödlig dos ≈ 3000 mGy till kroppen
Gammakamerans uppbyggnad
Positioneringskrets
Koordinaten för varje -fotons vxv
bestäms av PM-rörens signaler
PHA
PM-rör
NaI-kristall
Kollimator
X
Y
Z
Gammakameradetektor
PM-rör
Gammakameran
Används för att
- göra en bild av radionuklidfördelningen i kroppen
- bestämma mängden (aktiviteten) av radionukliden i en viss region
(organ, tumör)
• Stor NaI kristall
• Många PM-rör (för att bestämma positionen x och y)
• Kollimator
• Pulshöjdsanalysator med energifönster
• Dator för
a) behandling av bilder
b) lagring av bilder
Bild av radionuklidfördelning
X
Y
Z
73 98
85 70
Många minuters insamlingstid för
att få tillräckligt med pulser
per pixel (per cm2).
Hur alstras en bild?
Vinkelrätt infallande fotoner kan passera genom kollimatorhålen
Fotonerna växelverkar i kristallen
PM rören ger en x och y koordinat för händelsen (och energiinnehåll)
Godkända händelser (rätt energi) ger en puls som lagras i ett minne.
Många tusen händelser (counts) samlas in en bildmatris
Innehållet i bildmatrisen kan kodas till grå- eller färgskalor för visning på
en skärm
Grå- eller färgskalan kan ändras kontinuerligt (”rattas”) för att underlätta
bedömningen av bilden
Antalet counts i olika pixel kan avläsas
Scintillation
Kollimatorns uppbyggnad
Hållängd ≈ 40 mm
Septum
tjocklek 0.2-2 mm
Hålstorlek 2-5 mm
Skalenligt
Q uickTim e och en
TI FF (okomprim erat ) - dekompr im erare
krävs f ör at t kunna se bilden.
Kollimatorns egenskaper
Förstoring - hur stor blir bilden i kristallen?
Känslighet - hur stor andel av utsända fotoner passerar genom hålen?
Upplösning (geometrisk) - hur bred blir linjen i kristallen?
Upplösning som funktion av avståndet
C
D
Hållängd 40 mm
b = 5 mm
25
Upplösning (mm)
a = 4 mm
20
C
15
10
a= 2 mm
5
0
0
5
10
Avstånd (cm)
15
20
25
Standardkollimatorer
Parallellhåls
Lågenergi
Medelenergi
Högenergi
Septumtjocklek
< 150 keV
150-300 keV
300-400 keV
ca 0,3 mm
ca 1 mm
ca 5 mm
Lågenergikollimatorer
Kollimator
Effektivitet
Högupplösande HR
General purpose GP
Högkänslig HS
1,8 10-4
2,7 10-4
5,7 10-4
FWHM på 10 cm
7,4
9,0
13,2
Härledning av egenskaper hos pinhålskollimatorn
Förstoring:
f= L/Z
L
Z
Effektivitet:
G= a2 cos3 / 16 Z2
Scanningkollimator
Divergerande i en riktning
Allmänna insamlingsparametrar
Matrisstorlek:
I regel 64x64, 128x128, 256x256 eller 512x512
Grundregel: pixelstorlek < 1/3 FWHM.
Energifönster:
Peak värde och bredd anges.
T ex peak 140 keV, fönsterbredd 15 %
130 -150 keV
Flera energier hos en radionuklid
T ex 111In: 172 och 247 keV
2 bilder eller direkt en summa-bild
Bild 1
Två radionuklider
2 bilder
Bild 2
Insamlingstid
Statisk-planar:
Tid för en bild eller counts/bild
Scanning: Scanninglängd och scanninghastighet
Ex 2m, 10 min/m
Dynamisk studie:
Antal bilder, tid per bild (fler faser kan definieras)
Ex. Fas 1: 30 bilder a 10s Fas 2: 20 bilder a 30s
Tomografi:
Antal projektioner, tid per projektion, del av varv (360°
eller 180°)
Ex: 128 projektioner, 15s/projektion, 360°
Flerhuvudsystem
Två detektorer
Scanning
Helkropps-SPECT
Hjärt-SPECT
(90° rotation)
Flerhuvudsystem
Tre detektorer
SPECT av helkropp
Egenskaper hos en gammakamera
Fysikaliska/tekniska prestanda
• Antal detektorhuvuden
• Synfält
• Känslighet
• Geometrisk upplösning
• Energiupplösning
• Uniformitet
Forts. egenskaper hos gammakameran
Handhavande
• Inställning av avstånd, vinklar osv
• Britsens utformning
• Programvara
etc
Kollimatorer
Parallellhåls (avbildar i skala 1:1)
Lågenergi
< 150 keV
Medelenergi
150-300 keV
Högenergi
300-400 keV
ca 0,3 mm
ca 1 mm
ca 5 mm
Lågenergi finns i olika varianter (olika stora hål, hållängd ≈ 40 mm)
Relativ känslighet
Högupplösande HR
General purpose GP
Högkänslig HS
≈0,5
1
≈2
Relativ upplösning (FWHM)
≈0,7
1
≈1,4
Andra kollimatorer:
Pinhole – förstorar, ger bra upplösning och känslighet för små avstånd och små organ
Konvergerande – förstorar lite grand
Fan-beam – förstorar vid SPECT
PET-kamera
• Konstruerad med flera små tjocka detektorer
för att avbilda positronstrålare
• Detekterar med ett koincidensvillkor de två
annihilationsfotonerna
• Beräknar hur snittbilden ser ut. Sönderfallet
ligger på linjen mellan detektorerna.
Fusion av CT och SPECT bild
Kombinerad
röntgen och
gammakamera
Fusion av CT och SPECT bild
Kombinerad
röntgen och
gammakamera
Hybridkamera
SPECT/CT
generation I.
Röntgenrör monterat
på gammakameran
Hybridkameror
SPECT/CT - generation II
Diagnostisk CT
Fusion av CT och SPECT bild
Kombinerad
röntgen och
gammakamera
Fusion av CT och SPECT bild
Injektion och bildtagning
PET-kamera
PET - Positron emission tomography
PET-kameran har hög upplösning jmfrt med gammakameran.
Detta är möjligt genom att detektorn är uppbyggd av ett stort antal
små detektorelement.
56
Cassettes
Assembled to
Form Detector
Ring
Blockdetektorn
Blockdetektorn består av en kvadratisk kristall som är försedd med
delvis genomsågade springor vilka fylls med ett reflekterande
material. På så sätt erhålls t ex 169 detektorelement i varje block.
Bakom detektorblocket sätts sedan 4 fotomultiplikatorer och genom
att signalens storlek från varje enskild fotomultiplikator vägs
samman kan den lokaliseras till ett enskilt detektorelement.
Imaging components
• 169 crystal elements
per detector block
Detector module
• 4 x 4 x 20 mm
crystals
PMT
Channeled
scintillation light
Detector block
• 4 photomultiplier
tubes (PMTs) per
detector block
PET/CT – två system, två modaliteter
PET
CT
PET/CT
Bildtagning
Överlapp krävs mellan varje insamlad
bedposition då känsligheten är lägre i kanterna
Sensitivity/slice
[ kcps/KBq/slice ]
35
#1
30
25
20
15
10
#3
#2
#4
#5
#6
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
AFOV [ cm ]
PET kamerans fördelar jfr med
gammakameran
• Ger bättre upplösning än gammakameran, ca 5 mm
jfr med ca 10 mm
• Det finns en bra tumörsökande substans, FDG, där
radionukliden, F-18 är en positronstrålare
• Isotoper av C, N och O finns som positronstrålare
men ej som gammastrålare. Helt organiska molekyler
kan användas - speciellt viktigt inom forskning.
Nackdel: Cyklotron måste finnas i närheten p g a kort
halveringstid på F-18, C-11, N-13 och O-15.
Nuklearmedicin, Sahlgrenska februari 2008
