Radioaktív gamma-sugárzó anyag (2D) képszerű leképezése Anger-elv alapján

   Tankönyv Fizikusoknak  »  Nukleáris medicina fizikusoknak  »  A γ foton pozíció érzékeny és energia szelektív detektálásának méréstechnikai háttere  »  Radioaktív gamma-sugárzó anyag (2D) képszerű leképezése Anger-elv alapján

A radioaktív -sugárzás pozíció érzékeny és energia szelektív detektálásának módszerét ismertük meg az előző I. fejezetben. Az ott ismertetett fizikai alapokra építkezve tárgyaljuk most a nukleáris orvosdiagnosztika leghatékonyabb és legelterjettebb képalkotó berendezését az Anger elven működő gamma kamerát. Ez a berendezés egy adott szerv adott irányú két dimenziós – 2D – radioaktivitás eloszlás vetületi képét állítja elő. A radioaktivitás térbeli eloszlásának az alábbiakban ismertetésre kerülő 2D képalkotó rögzítési módszerét a non-invazív orvosi diagnosztika számára Hal Anger alkotta meg elsőként 1956-ban. A gamma kamera struktúrája, a detektor rendszer felépítése - amely nem igazán változott alapvetően az idők folyamán - a következő fejezet (3.3.3 A centroid módszer és az Anger-kamera) 1. és 2. ábráján látható.

A radioaktív -sugárzó tárgy – vizsgált szerv – aktivitás eloszlási képét a kollimátor vetíti a nagy felületű Nal(Tl) szcintillációs egykristályra (amely lehet kör, hatszög vagy négyszög alakú), amelyre üvegablakon és fényvezetőn át történő optikai csatolásokon keresztül illeszkedik a PMT tömb – szintén optikailag csatolva – úgy, hogy a PMT cső típusoktól függően (mely szintén lehet kör, hatszög, négyszög alakú) optimálisan lefedje a szcintillációs detektor felületét.

A mai korszerű, általános diagnosztikai célokra készült Anger rendszerű gamma kamerák PMT tömbje 37÷90 db PMT-t tartalmaz a felmerült gazdaságossági és technikai igényektől és lehetőségektől függően. A PMT-k kimenetei közvetlen a PMT-kre szerelt előerősítők töltésérzékeny bemenetéhez csatlakozik. Az előerősítők feladata, hogy a PMT-k által szolgáltatott jeleket (amely töltés mennyiség) feszültség jelekké alakítsa, és impedanciába illessze a további jelfeldolgozás számára. (A továbbiakban, ha a PMT-k által előállított jelekről esik szó, akkor azon mindig már az előerősítők által kiadott és impedanciában illesztett jelek értendők, mert az előerősítő ezen a funkciónális szinten a PMT szerves részének tekintendő).

A PMT-k kimenete a Pozició & Energia Dekódoló egységhez csatlakozik, ahol az egyes nukleáris események pozició szerinti dekódolása – X koordináta jel, Y koordináta jel – a CT módszer szerint történik (lásd 2.3.1. fejezet, és 1. ábra)

Ezzel párhuzamosan az E energiajel analízise is megtörténik a Pulzus Magasság Analizátor egységen belül. Gyakorlatilag ez nem más mint egy differenciál diszkriminátor, amely akkor ad ki logikai jelet ha az E energiajel csúcsértéke egy előreválasztott ablakon belül van. Ha ez a feltétel teljesül, akkor a Pulzus Magasság Analizátor egység indítja a Trigger Áramkört, melynek Z kimenő jele engedélyezni fogja az X-koordináta és Y-koordináta értékétől függően az oszcilloszkóp ernyőjén a esemény poziciójának megfelelő pontban történő felvillanását (1. ábra).

1. ábra

 
Ha az oszcilloszkóp ernyője elé polaroid kamerát vagy röngten filmet helyezünk és a fényfelvillanásokat elegendően hosszú ideig gyűjtjük, akkor a fényképen vagy a röntgen filmen a vizsgált szerv aktivitás eloszlás képe áll elő. A kép tehát a detektált események hely szerint történő felvillanások alapján keletkezik, mely felvillanásokat elegendően hosszú ideig kell az alkalmazott fototechnikai anyagon gyűjteni. A Trigger Áramkör gondoskodik arról, hogy időben még egy esemény feldolgozása meg nem történt, addig újabb esemény feldolgozását – pozició és energia dekódolását – a rendszer nem engedélyezi. Időben természetesen ez veszteséget, holt időt okoz, s így bizonyos információ veszteség is keletkezik. A mai korszerű kamerák esetén a holt idő nem hosszabb mint 5 µsec, de már léteznek 2 µsec sebességű berendezések is. Ez elegendően gyors jelfeldolgozás – figyelembe véve a folyamat véletlen jellegét is – mert a klinikai gyakorlatban az esetek nagy részében alig fordul elő 50000 imp/sec ÷ 100000 imp/sec körüli impulzus gyakoriság (impulse rate), mely az említett holtidő mellett csak minimális veszteséget jelent.

Mindezek és az 1. ábra alapján az Anger kamera - Anger Kritériumok - elvi alapja az alábbiakban foglalhatók össze:

1. A radioaktív sugárzó anyag aktivitás eloszlását egy 2D pozicióérzékeny és energiaszeleketív detektor felületére vetíti a detektor sugárzás felöli felülete elé helyezett kollimátor.
2. A 2D pozicióérzékeny és energiaszelektív detektor egy nagyfelületű NaI(Tl) szcintillációs egykristályból áll, melyhez optikailag csatolt PMT tömb illeszkedik úgy, hogy a PMT tömb optimálisan lefedje a szcintillációs detektor felületét.
3. Az emittált nukleáris események helyének becslése a CT módszerrel történik, amely azt jelenti, hogy egy detektor felülete mentén az MDRF a szükséges tartományokon belül lineárisnak, az E(x;y) energia függvény pedig konstansnak tekinthető.
4. Egy zajtól eltérő esemény feldolgozása alatt érkező újabb esemény feldolgozása mindaddig nem kezdődik el még a folyamatban lévő esemény feldolgozása be nem fejeződött.