Wo ist wann wieviel von der applizierten Aktivität? (Aktivität A = # Zerfälle pro Sekunde)

Transkript

1 Nukleardiagnostik Nuklearmedizin: Diagnostik / Therapie Nukleardiagnostik: Ziel: Wo ist wann wieviel von der applizierten Aktivität? (Aktivität A = # Zerfälle pro Sekunde) Nukleardiagnostik soll funktionelle Abläufe sichtbar machen, oft auch dynamisch. (MRI, CT, US: Morphologie abbilden) Benutzung von Tracern (radioaktiv markierte Moleküle), die an chemischen Prozessen (z.b. Stoffwechsel) beteiligt sind, in bestimmte Organe diffundieren (Perfusion) oder nur mitgespült werden (Blut, Atemluft).

2 Radioaktiver Zerfall Zerfallsgesetz: N(t) = N 0 * exp{- λ t} Aktivität: A = - dn / dt [Bq] Zufallsprozess -> Poisson Verteilung p(n) Typische Aktivitäten in der nuklearmedizinischen Diagnostik: MBq N

3 Radioaktiver Zerfall α-strahlung: Ra -> Ru He He-Kerne; (neu) Therapie Morbus Bechterev β - -Strahlung: J -> Xe + e- Elektronen; Bsp. Therapie Schilddrüse β + -Strahlung: 18 9 F -> 18 8 O + e+ + ν Positronen; Das Nuklid der PET K-Einfang: Cu + e - -> Ni γ-strahlung: 99m 43 Tc -> 99 43Tc + hν (140 kev) em Strahlung hoher Energie; Das Nuklid der Nuklearmedizin reiner Gammastrahler, wenig Strahlenexposition Nuklearmedizinische Diagnostik: γ-strahlung, Vernichtungsstrahlung

4 Radionuklide Keine in der Natur vorkommenden radioaktiven Elemente wegen: - Radiotoxizität - Strahlenart (nicht nur gewünschte => erhöhte Strahlenexposition) - Halbwertszeit viel zu lang - Radiochemische Reinheit Herstellung von Radionukliden: Kernreaktor nötig! E kin 10 MeV nötig (Baby-Zyklotrons in Krankenhaus: 30 m 2 ) Kernspaltung Neutronenbeschuss Beschuss mit geladenen Teilchen; z.b. am Zyklotron

5 Radionuklidgenerator Radionuklidgenerator im Krankenhaus; wichtigstes Beispiel: Gewinnung von 99m Tc β - 99 Ru U a Tägliches Melken möglich; aber Austausch Generator jede Woche! Bildgebende Verfahren in der Medizin O. Dössel

6 Radionuklidgenerator

7 Scintillationsdetektor Günstigste Eingenschaften für konventionelle nuklearmed. Diagnostik: Isomere Kerne ( reine Gammastrahler ) 81m Kr, 99m Tc Bilderzeugung und Bildbewertung in der Strahlenphysik D. Gosch, S. Lieberenz, J. Petzold, B.Sattler, A. Seese Registrierung von Gammastrahlung im Bereich kev Szintillationsdetektor = Kristall + Sekundärelektronenvervielfacher (SEV)

8 Forderungen an Kristall: - Größe angepaßt an Meßproblem (cm 2 bis 40*60 cm 2 für Ganzkörperszintigramme) - Ausreichende Dicke, hohe eff. Ordnungszahl - Hohe Homogenität und opt. Durchlässigkeit Kristall Eigenschaften der Szintillatormaterialien:NaI:Tl, Bi 4 Ge 3 O 12 = BGO

9 Kollimatoren Detektor Kollimator

10 Kollimatoren Fokussierender Kollimator Gewöhnlicher Kollimator

11 Diskriminierung

12 Gamma-Kamera Ziel: Aktivitätsverteilung in einem großen Bereich des Körpers simultan erfassen Anger entwickelte eine Kamera, mit der mit relativ wenigen Photomultipliern eine hohe Ortsauflösung möglich ist Prinzip Ortsbestimmung (Bsp. 7 Photomultiplier): Qualität abhängig von gleichmäßigen und stabilen Empfindlichkeit der PM => regelmäßiges Kalibrieren, Korrekturverfahren Bilderzeugung und Bildbewertung in der Strahlenphysik D. Gosch, S. Lieberenz, J. Petzold, B.Sattler, A. Seese

13 Anger Kamera PM, Durchmesser cm 6mm dicker Kristall (für 200 kev) bis 12mm (für 511 kev -> PET) Ortsauflösung 3..5 mm Bilderzeugung und Bildbewertung in der Strahlenphysik D. Gosch, S. Lieberenz, J. Petzold, B.Sattler, A. Seese

14 Planare Szintigraphie Planare Szintigraphie: Gamma-Kamera wird über zu untersuchendes Organ gehalten, Aktivitätsverteilung aufgenommen Fokussierende Kollimatoren => Erhöhung der Empfindlichkeit in vorgegebner Tiefe Planare Szintigraphie Am häufigsten eingesetzt: <->Projektionsröntgen 99m Tc mit Blut mitgespült, nimmt nicht am Stoffwechsel teil Strahlenbelastung akzeptabel, da - reiner Gammastrahler - Kurze Abklingdauer

15 Anwendungen Organ: Diagnostik - Herz: Septum-Defekte, Schlagvolumen - Schilddrüse: Tumor (kalte Knoten), Überfunktion (heiße Knoten) - Lunge: Belüftung - Niere: Durchblutung, Sekretion, Exkretion - Knochen: Tumor (Präparatanreicherung bei Krebs)

16 Anwendungen

17 Single Photon Emission Computer Tomography Bessere Bilder: iteratives Rekonstruktionsverfahren unter Berücksichtigung der Absorptionsprozesse im Körper SPECT Schnittbildverfahren; Gemessen wird das Linienintegral über die Aktivitätsdichte: Signal = dl A(x,y,z) SPECT <->Röntgen-CT Relativ schlechte Ortsauflösung der Gammakamera => wenige Meßpunkte pro Projektion Projektionen - 128*128 Pixel Häufigstes Rekonstruktionsverfahren: gefilterte Rückprojektion mit Abschneidung bei relativ niedrigen Ortsfrequenzen wegen hohem Quantenrauschen der Messwerte => mm Bildauflösung

18 SPECT Messung Photomultiplier Kristall Kollimator 1 Messkopf kreisförmiger Orbit 1 Messkopf elliptischer Orbit 2 Messköpfe 3 Messköpfe Bilderzeugung und Bildbewertung in der Strahlenphysik D. Gosch, S. Lieberenz, J. Petzold, B.Sattler, A. Seese

19 Absorptionskorrektur x D

20 SPECT Anwendungen SPECT System rekonstruierte Schnittbilder des Herzes

21 Positron-Emission γ 2 anti-parallele 511 kev Photonen entstehen Proton emittiertes Positron Neutron Positron annihiliert mit Elektron γ Kern des Positron- Emitters Tochterkern + ν Mittlere freie Weglänge Positron einige mm

22 PET Kerne kurzlebig (T 1/2 = min) - Vorteil wegen Strahlenbelastung und Messung - Nachteil wegen Nachlieferung des Präparats

23 PET Bilderzeugung und Bildbewertung in der Strahlenphysik D. Gosch, S. Lieberenz, J. Petzold, B.Sattler, A. Seese Langsames Positron + Elektron => 180 o zwischen Gammaquanten (Gaußförmige Winkelverteilung mit FWHH von 0,3 o ) => Koinzidenzdetektion Physik. erreichbare Auflösung 2..3 mm; Technisch 5 mm

24 Detektorring Auflösung Verteilung der Positionsmessungen

25 Gefilterte Rückprojektion Filter für Rückprojektion gefilterte Rückprojektion

26 Bild-Rekonstruktion 18 F fluorodeoxyglucose PET an Alzheimer Patient Rückprojektion Maximum Likelihood

27 11 CO PET Anwendung