Messtechniken der Nuklearmedizin Jens Kurth Klinik und Pliklinik für Nuklearmedizin Inhalt 2 Prinzipien der Nuklearmedizin Messgrößen inisierender Strahlung Messtechnik: Dsimetrie bis bildgebende Verfahren Filmdsimeter Zählrhr / Geiger-Müller-Zähler Szintillatinsdetektr Gammakamera Bildverarbeitung und -auswertung Was ist Nuklearmedizin? 3 Diagnstik und Therapie vn Erkrankungen mithilfe radiaktiver Substanzen Bindung an spezifische mlekulare Zielstrukturen wie Rezeptren, Antigene, Transprtprteine und Enzyme Diagnstik radiaktiver Zerfall Gammastrahlung extrem empfindlicher Nachweis möglich; jedes zerfallende Atm führt zu einem messbaren Signal Expressin und Funktin kann im Patienten untersucht werden = Mlekulare Bildgebung qualitative und quantitative Bildgebung Therapie radiaktiver Zerfall Betastrahlung hhe lkale Energiedsis krankhafte Zellen können durch Anreicherung vn Radinukliden selektiv bestrahlt und abgetötet werden 1
Transmissinsbildgebung 4 N 0 N Röntgenröhre (mas und kv) Röntgendetektr x Funktinsbildgebung in der Nuklearmedizin 5 Funktin / Target Markierung? relevantes Mlekül / Ligand + Radinuklid Tracer Grundprinzip der Nuklearmedizin 6 radiaktive Tracersubstanz als Indikatr für bichemische Przesse kein bichemischer Unterschied zwischen radiaktivem und nicht radiaktivem Istp eines Elementes Abstimmung auf den zu untersuchenden Stffwechselprzess Tracerprinzip 2
Entwicklung des Tracerprinzips 1923 Gerg Karl vn Hevesy: Verteilung vn radiaktivem 212 Pb in der Ackerbhne 7 The mst remarkable results btained in the study f the applicatin f istpic indicatrs is perhaps the discvery f the dynamic state f the bdy cnstituents.... Gerge de Hevesy (1885 1966) (Nbel Lecture, December 12, 1944) Empfindlichkeit bildgebender Verfahren 8 Ntwendige Substanzknzentratinen (ml/l) Sngraphie 10-3 Cmputertmgraphie 10-3 Magnetresnanztmgraphie + spektrskpie 10-5 Nuklearmedizinische Bildgebung 10-12 Injektin geringster Stffmengen (< 10 nml) ausreichend keine Beeinflussung des zu untersuchenden Stffwechselprzesses keine pharmaklgischen Effekte Aktivität, Strahlung, Dsis 9 Strahlenexpsitin Einwirkung inisierender Strahlung auf den menschlichen Körper Nuklearmedizin: innere Strahlenexpsitin Aktivität: Anzahl der Zerfallsereignisse pr Sekunde - Menge Strahlung: Transprt der Energie Dsis: bestimmt durch Aktivität und Expsitinsdauer - Wirkungsbeschreibung Energiedsis D: absrbierte Strahlungsenergie pr Masseeinheit Organdsis H T : Energiedsis im menschlichen Körper effektive Dsis E: Maß für das Risik vn Strahlenschäden bezgen auf eine Ganzkörperexpsitin 3
Messtechnik in der Nuklearmedizin Wzu? Bildgebung Strahlenschutz 10 11 Messprinzipien Filmschwärzung elektr. Leitfähigkeit Lichterzeugung in Festkörpern Film Halbleiterdetektren Szintillatinsdetektren Gasdetektren Inisatinskammer Thermlumines -zenzdetektren Geiger-Müller-Zähler Strahlungsmessung: Gleitschatten - Filmdsimeter Zur Überwachung der aufgenmmenen Dsis vn in strahlengefährdeten Bereichen tätigen Persnen 12 1. Plastikfilter 2. Metallfilter 3. Betastrahlungsindikatr 4. Richtungsindikatr 5. Verschluss 6. Abschirmrahmen 7. Klemmbügel 8. Film-Kntrlllch 9. Feld für ein Typenschild 10. Namensfeld Filmschwärzung ist Funktin der Dsis bei bekannter Energie Aussagen über Strahlungsart und Energieverteilung durch Filtermaterialien Ansprechvermögen bezüglich Hp(10) Metall Plastik 4
13 Messprinzipien Filmschwärzung elektr. Leitfähigkeit Lichterzeugung in Festkörpern Film Halbleiterdetektren Gasdetektren Inisatinskammer Geiger-Müller-Zähler Szintillatinsdetektren Thermlumineszenzdetektren Inisatinskammer 14 Kntrlle vn Kntaminatinen (Aktivitätsmessung in Bq der Bq/cm²) und zur Dsisleistungs-messung (in µsv/h) Aktivimeter - Inisatinskammer 16 Messung vn angelieferten Aktivitäten, Generatr-Eluaten applikatinsfertigen Abfüllungen Messbereich: 30 100 kbq bis 20 50 GBq MED Dresden GmbH 5
17 Messprinzipien Filmschwärzung elektr. Leitfähigkeit Lichterzeugung in Festkörpern Szintillatin - Entstehung beim Auftreffen radiaktiver Strahlung wird in flureszierenden Mineralien Energie in Frm vn Phtnen abgegeben Lichtblitz 18 Elektrn Leitband γ-quanten Szintillatinskristall (Bsp.) NaI (Tl) Natriumjdid (Thallium) BGO - Wismutgermanat LSO - Luthetiumdesxyrthsilikat div. Kunststffe Energie Lch Valenzband Grundprinzip der Szintillatinsmessung γ-quanten Sekundär-Elektrnen-Vervielfacher (SEV) 19 Szintillatinskristall aus NaJ mit Spuren vn Thallium hhe Verstärkung: ca. 1 Mi.-fach Film Halbleiterdetektren Szintillatinsdetektren Gasdetektren Thermlumineszenzdetektren Inisatinskammer Geiger-Müller-Zähler Aktivatrzustände Auswerte- Elektrnik Intensität des Lichtblitzes ist prprtinal zur Energie des Quants Einteilung in Intensitätsbereiche Energiespektrum Quanten-Energie E 1 = h*ν 1 NaJ-Kristall SEV U E 1 <E 2 U E 2 =h*ν 2 SEV 6
Gammakamera 20 Elektrnik SEV Szintillatinskristall Kllimatr (Blei) x y Strahlenquelle (z.b. Schilddrüse, in der 99m Tc angereichert wurde) Gammakamera 21 1 cm Szintillatinskristall (NaI:Tl) *Image curtesy f L. Sha, Philips Medical Systems Gammakamera 22 Siemens Medical 7
Kllimatren 26 S entsteht kein Bild der Strahlungsquelle SEV NaI-Kristall Kllimatr ( die Linse ) Sekundäre Cmptn-Quanten mit Energien < 140 kev e - Hauptquantenergie: 140 kev e - e - Cmptn-Effekt Kllimatren 27 Bildentstehung in der Gammakamera im Vergleich mit Digitalkamera 30 Objekt Linse Bildsensr Speicherkarte Bild Signalverarbeitung und -auswertung Beispiel: Anreicherung vn Aktivität in SD und Blase Kllimatr Szintillatins- Kristall und SEV-Feld Elektrnik/ PC Digitales Pixelbild Anzahl registrierte Cunts bestimmt die Farbe/Grauwert jedes Pixels 8
Gamma-Kamera - Typische Parameter 31 37-100 Phtmultiplier Durchmesser: 20-50 cm Gesichtsfeld Dicke Szintillatinskristall: 6 mm (200 kev-quanten) 12 mm (511 kev-quanten) Ortsauflösung: 3-4 mm regelmäßiges Kalibrieren der Anrdnung mit bekannter Aktivitätsverteilung; Krrekturverfahren Schilddrüsenkamera 32 Drei-Kpf-Kamera (SPECT-fähig) 33 IRIX-Kamera (Fa. Philips) der KNuk 33 9
Zwei-Kpf-Gammakamera für SPECT inkl. CT 34 Bilddarstellung - Farbskalen 35 3 2 1 2 9 26 24 11 11 35 27 13 Farbtabelle y 3 8 9 6 y x 35 0 x Auswahl der Farbtabelle nach Untersuchungsanfrderung Psitiv-der Negativkntrast Tracerakkumulatin Bildverlay Bilddarstellung Farbskalen/2 36 Farbaufbau mit drei Grundfarben (additiv) Rt Grün Blau 10
Bilddarstellung - Farbskalen 37 Bildauswertung - statische Bilder Nuklidaufnahme - Uptake - ROI (Regin f Interest) 39 R V L TcTU: 4,7 % ROI 1: 2,6 % ROI 2: 2,1 % applizierte Aktivität A ppl genau bekannt Quantifizierung der Aktivität A ROI in den einzelnen Reginen Verhältnis beschreibt die Traceraufnahme A TcTU = A ROI appl 100% Schilddrüsenszintigraphie mit 99m Tc-Pertechnetat Bildauswertung - dynamische Bilder Nuklidaufnahme - Aktivitäts-Zeit-Kurven 40 11
Bildauswertung - dynamische Bilder 41 Nuklidaufnahme - Aktivitäts-Zeit-Kurven Beispiele Tmgraphische Darstellung (SPECT und PET) 42 Kntakt Klinik und Pliklinik für Nuklearmedizin Dr. Jens Kurth E-Mail: jens.kurth@uni-rstck.de 12