Vorwort zur 4. Auflage

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2 Vorwort zur 4. Auflage Wieder sind einige Jahre ins Land gezogen, und die Fortschritte in der nuklearmedizinischen Instrumentierung erforderten eine umfangreiche Überarbeitung des Lehrbuchs. Dabei mussten wir zum einen mit einem weinenden Auge feststellen, dass Rudolf Nicoletti und Michael Oberladstätter, die beiden Erstautoren der früheren Auflagen, mittlerweile Ihren wohlverdienten Ruhestand genießen wir wünschen Ihnen auf diesem Weg weiterhin gute Gesundheit und viel Spaß mit Ihren neu gewonnenen Hobbies! Zum anderen sehen wir mit einem lachenden Auge in die Zukunft und freuen uns, dass sie uns die Autorenschaft an Ihrem Werk abgetreten haben und uns zur Herausgabe dieser, nunmehr 4. Auflage, motiviert haben. Wir, die wir ebenfalls seit vielen Jahren als Vortragende in der Ausbildung von Radiologie-Technologen an österreichischen Fachhochschulen tätig sind, hoffen nun würdig in die Fußstapfen von Rudolf Nicoletti und Michael Oberladstätter zu treten. Inhaltlich haben wir eine manchmal behutsame Anpassung an die technologische Entwicklung sowie eine damit verbundene Änderung in der Kapitelstruktur durchgeführt: Das Kapitel Labormessgeräte wurde gestrichen, kombinierte Geräte sind in der nuklearmedizinischen Routine mittlerweile so weit verbreitet, dass die entsprechenden Abschnitte in die Kapitel Gammakamera und PET verschoben wurden. Auf die Darstellung der Grundlagen der Röntgen-Computertomographie haben wir verzichtet wie verweisen hier auf die einschlägige Literatur. Stellvertretend für die vielen Leser, welche uns auf Fehler und Schwächen des Textes hingewiesen haben, möchten wir uns bei Dr. Wolfgang Münzig aus München bedanken. Unter der seit der 3. Auflage bestehenden und nach wie vor bescheidenen Internet-Präsenz nehmen wir auch für die vorliegende Auflage wieder gerne Anregungen und Wünsche unserer Leser entgegen. Herrn Ing. Karl Mayrhofer verdanken wir einige zusätzliche Abbildungen. Wien Salzburg, im Jänner 2017

3 Inhaltsverzeichnis V Inhaltsverzeichnis Einleitung Was ist Nuklearmedizin?... 3 Das Indikatorprinzip... 4 Geschichte der Nuklearmedizin Entwicklung kernphysikalischer Grundlagen Entwicklung radiochemischer Grundlagen Entwicklung molekularbiologischer Grundlagen Entwicklung messtechnischer Grundlagen Entwicklung klinischer Anwendungen... 8 Vergleich mit anderen bildgebenden Verfahren Physikalische Grundlagen der Nuklearmedizin Atomaufbau Atomkern Atomhülle Radioaktivität Kernumwandlungen Weitere Strahlungsarten Nuklidkarte Umwandlungsschema Umwandlungsgesetz und Halbwertszeit Einheit der Radioaktivität Radioaktive Umwandlung Zusammenfassung Allgemeine Eigenschaften ionisierender Strahlung Strahlungsparameter Energiespektren Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie Wechselwirkung von Photonenstrahlung mit Materie Schwächungsgesetz und Halbwertsdicke Abstandsquadratgesetz Weitere Strahlungseffekte in Materie Dosis und Dosisleistung Wirkung ionisierender Strahlung Dosisbegriffe Dosisleistung Herstellung von Radionukliden Radionuklide in der Nuklearmedizin Nuklide der In-vitro-Diagnostik... 48

4 VI Messtechnik und Instrumentierung in der Nuklearmedizin Nuklide der In-vivo-Diagnostik Nuklide der Radionuklidtherapie Radionuklidgenerator Aufbau und Funktion des Technetium-Generators Aufbau und Funktion des 68 Ge/ 68 Ga-Generators Andere Generatoren Kernreaktor Zyklotron Detektoren Prinzip des Strahlungsnachweises Energieübertragung auf Materie durch Photonenstrahlung Arten von Strahlungsdetektoren Bestandteile eines Strahlungsmessgerätes Gasgefüllte Detektoren Ionisationsbereich Proportionalbereich Auslösebereich Halbleiterdetektoren Germanium-Detektoren Kadmiumtellurid-Detektoren Kadmiumzinktellurid-Detektoren Lumineszenzdetektoren Szintillationsdetektoren NaI(Tl)-Szintillationsdetektor Andere anorganische Szintillationsdetektoren Eigenschaften anorganischer Szintillationsdetektoren Zusammenfassung Organische Szintillatoren Photomultiplier Funktion des Szintillationsdetektors Zusammenfassung Grundlagen der Messtechnik Elektronischer Aufbau einer Messeinrichtung Komponenten der Messelektronik Hochspannungsversorgung Vorverstärker Verstärker Impulshöhenanalysator Registriereinheit Analog-Digital-Konverter Auswertung der Energieinformation Impulshöhenspektrum Energiekalibrierung Energieauflösung... 93

5 Kapitel 1: Einleitung VII Energiefenstereinstellung Gammaspektroskopie Generelle Eigenschaften einer Messeinrichtung Empfindlichkeit einer Messeinrichtung Empfindlichkeits-Kalibrierung Nulleffekt und Hintergrund Zeitliche Auflösung einer Messeinrichtung Grundlagen der Statistik für nuklearmedizinische Zwecke Messgenauigkeit Statistische Methoden Zuverlässigkeit eines Messwerts aus statistischer Sicht Nuklearmedizinische Zählstatistik Erkennungs- und Nachweisgrenze Strahlenüberwachungsgeräte Aktivitätsmessgeräte Aktivimeter Kontaminationsmonitore Gammaspektrometer Ganzkörperzähler Dosis- und Dosisleistungsmessgeräte Personendosimeter Dosisleistungsmessgeräte Sonden-Messgeräte Aufbau und Funktion Detektor Kollimator und Messfeld Messelektronik Anwendungsmöglichkeiten Organmessplatz (Uptake-Messplatz) Ganzkörperzähler Intraoperative Sonden Konstanzprüfung von Sonden-Messgeräten Szintillationskamera Einleitung Allgemeines zur Bildgebung Allgemeines zur Gammakamera Detektorkopf Übersicht Komponenten des Detektorkopfes Impulsverarbeitung und Bilderzeugung

6 VIII Messtechnik und Instrumentierung in der Nuklearmedizin Ausgangssignale des Detektorkopfes Signalverarbeitung Bildspeicherung Kenngrößen Planare Inhomogenität Planare örtliche Auflösung Planare örtliche Linearität Planare System-Empfindlichkeit Energieauflösung Inhärente Energieabhängigkeit der Ortung Kollimatoren Kollimatortypen Abbildungseigenschaften des Kollimators Parallelloch-Kollimator Pinhole-Kollimator Fächerstrahl-Kollimatoren Sonderformen Uniformitätskorrektur Energiekorrektur Linearitätskorrektur Homogenitätskorrektur Single-Photon-Emission-Computed-Tomography (SPECT) Einleitung Aufnahme der Projektionsbilder Rotationszentrum Kenngrößen bei SPECT SPECT/CT Informationsdichte und Detailerkennbarkeit Sachgemäße Behandlung einer Gammakamera PET-Scanner Physikalische Grundlagen der Positronenemissionstomographie Beta-plus-Umwandlung und Annihilation Positronenstrahler für PET Flugzeitmessung ( TOF) Schichtbilderzeugung Strahlungsnachweis im Detektor Ortsbestimmung des Szintillationsereignisses Bestimmung der Koinzidenzlinien Quantitative Aktivitätsbestimmung und SUV Untersuchungsgeräte Gerätetypen Übersicht PET-Scanner mit BGO-Detektoren PET-Scanner mit anderen Detektoren

7 Kapitel 1: Einleitung IX Morphologische und Funktionelle Bildgebung PET/CT Allgemeines Patientendosis bei PET/CT PET/MR Rekonstruktion von Schichtbildern Bildberechnung Projektionsbilder und Sinogramme Filterung Gefilterte Rückprojektion Iterative Verfahren Anwendung von Filtern Schichtdarstellung Schwächungskorrektur Allgemeines zur Schwächungskorrektur Schwächungskorrektur nach Chang Transmissionsmessung mit Hilfe radioaktiver Strahlenquellen Transmissionsmessung mit Hilfe einer Röntgenröhre (Computertomographie) Weitere Korrekturen Streustrahlungskorrektur Teilvolumen-Effekt Zerfallskorrektur Totzeitkorrektur Qualitätskontrolle Rechtliche Rahmenbedingungen EU-Recht Nationales Recht Normen und Standards Verfahren der Qualitätskontrolle Abnahme- und Teilabnahmeprüfung Konstanzprüfung Allgemeine Maßnahmen Konstanzprüfung Aktivimeter Übersicht Prüfungen Konstanzprüfung Gammakamera, SPECT-Kamera Übersicht Prüfungen Konstanzprüfung PET Übersicht Prüfungen

8 X Messtechnik und Instrumentierung in der Nuklearmedizin Konstanzprüfung In-vivo-/In-vitro-Messplätze, Gamma-Sonden Übersicht Prüfungen Anhang Weiterführende Literatur Quellenverzeichnis zu den Abbildungen Abkürzungen Index 273