Techniki
advertisement
Zakład Medycyny Nuklearnej Akademii Medycznej w Warszawie Wybrane techniczne aspekty diagnostyki radioizotopowej ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY Definicja rozpadu promieniotwórczego ENCYKLOPEDIA POWSZECHNA PWN ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY „ ... samorzutna przemiana jąder atomowych, której towarzyszy emisja promieniowania jądrowego. R.p. mogą ulegać jądra niektórych nukildów występujących w przyrodzie w warunkach naturalnych oraz jądra nuklidów wytworzonych sztucznie w reakcjach jądrowych. R.p. danego jądra jest procesem losowym, toteż do r.p. stosuje się opis statystyczny. ” Właściwości różnego rodzaju promieniowania g a +2 b -1 energia: 0,3 ÷ 9 MeV zasięg: 0,05 mm - woda 10 cm - powietrze cząstka promieniująca w osłonie energia: 0,10 ÷ 3 MeV zasięg: 1 mm - woda 1 m - powietrze ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY energia: 10 keV ÷ 10 MeV zasięg: 10 cm - woda 10 m - powietrze Powody stosowania w scyntygrafii promieniowania gamma Zakres energii nie powodujących nadmiernego uszkodzenia tkanek. Niewielkie aktywności stosowane w celach diagnostycznych. Prostoliniowy tor kwantu w ziemskim polu magnetycznym. ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY Wystarczająco duży zasięg. Cechy rozpadu promieniotwórczego Na akt rozpadu dowolnego jądra izotopu nie mają wpływu rozpady innych jąder. Produkty rozpadu mogą opuścić jądro izotopu w przypadkowym kierunku. ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY Przemiana jądra izotopu ma charakter przypadkowy i nie podlega działaniu żadnych znanych czynników zewnętrznych. Ilustracja losowości przemian jądrowych ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY 99mTc 128x128 2 sec/frame Rozkład statystyczny Poisson'a P(k) A ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY A k e A P( k ) k! A - prawdopodobieństwo, że w jednostce czasu nastąpi k rozpadów, - średnia częstość rozpadów, - odchylenie standardowe będące miarą rozproszenia liczby rozpadów w kolejnych przedziałach czasu. Rozkład Poisson'a dla różnych średnich częstości rozpadów P(k) P(k) P(k) 0,5 0,5 0,5 0,5 k 0 0 5 A = 0,5 10 k 0 0 5 A=1 10 k 0 0 5 10 A = 2,5 ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY P(k) k 0 0 5 A=5 10 Zakres rzeczywistych wartości częstości rozpadów A Amin A 3 A Amax A 3 A 3 3 k A P( Amin k Amax ) 99.73% 3 3 A BW A A miara błędu względnego N N ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY Dla rozkładu Poisson'a P(k) Przykładowe kolejne wyniki pomiaru liczby rozpadów w jednostce czasu N Miernik liczby rozpadów N Nmin Nmax 1 0 5 10 2 20 N / N 30 16 14 46 55% 100 30 70 130 30% 300 52 248 352 17% 1000 95 905 1095 9,5% 3000 164 2836 3164 5,5% 10000 300 9700 10300 3,0% 30000 520 29480 30520 1,7% 100000 949 99051 100949 0,9% 300000 1643 1000000 3000 298357 997000 301643 1003000 0,5% 0,3% ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY N Prawo rozpadu promieniotwórczego dN (t ) N (t ) dt N (t ) N o e t N(t) No - liczba jąder po czasie t, - liczba jąder w chwili początkowej - stała zaniku (rozpadu). t = 0, ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY W każdej chwili czasu obserwowana średnia częstość rozpadów danego izotopu jest wprost proporcjonalna do liczby jego jąder. Czas połowicznego rozpadu No N (t ) N o e No 2 No 4 T1 2 t 0.693 t 0 T 1/2 2T 1/2 3T 1/2 Czas połowicznego rozpadu zależy jedynie od rodzaju pierwiastka chemicznego izotopu promieniotwórczego. ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY N(t) Jednostka aktywności przemiany jądrowej wg. międzynarodowego układu miar SI 1 kBq = 10 w czasie 1 sekundy 3 1 sec ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY 1 Bq = 1 rozpad 1 MBq = 1 MBq =27,03 m Ci 10 6 1 sec 1 GBq = 1 mCi = 37 MBq 10 9 1 sec Cechy liczbowe wskaźników radioizotopowych używanych w diagnostyce obrazowej Wartość energii kwantów zależy wyłącznie od rodzaj izotopu użytego we wskaźniku . Zakres aktywności: 1MBq ÷ 1GBq. Wartość aktywności zależy od ilość atomów izotopu podanych pacjentowi we wskaźniku i od stałej przemiany użytego izotopu. ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY Zakres energii kwantów gamma: 40 ÷ 600keV. PROCES FIZJOLOGICZNY PROCES FIZJOLOGICZNY PROCES FIZJOLOGICZNY W SCYNTYGRAFII Idea diagnostyki radioizotopowej Tkanka, narząd, ustrój Specyficzne dla procesu: – farmaceutyk, – substancja biologiczna, – medium życiowe. Izotop Wskaźnik izotopowy Proces fizjologiczny PROCES FIZJOLOGICZNY PROCES FIZJOLOGICZNY Proces fizjologiczny Proces fizjologiczny Idea diagnostyki radioizotopowej Proces fizjologiczny Wskaźnik izotopowy o aktywności AD Rozkład przestrzenno-czasowy stężenia wskaźnika radioizotopowego c(x,y,z,t) PROCES FIZJOLOGICZNY PROCES FIZJOLOGICZNY AD Technika emisji pojedynczego fotonu - SPE (Single Photon Emission) g 40÷550keV przypadkowy kierunek emisji kwantu Czynność ustrojowa - mechanizm transportu do punktu (X,Y, Z) g 40÷550keV atomy cząsteczki / kompleksu niestabilny atom izotopu promieniotwórczego TECHNICZNE RODZAJE BADAŃ TECHNICZNE RODZAJE BADAŃ g 40÷550keV O przestrzenno-czasowym rozkładzie ilości wskaźnika radioizotopowego Rozkład przestrzenno-czasowy ilości wskaźnika jest zależny od użytego wskaźnika i przebiegu procesu ustrojowego, z którym związany jest wskaźnik. Diagnostyka radioizotopowa może badać zarówno zmiany rozkładu wskaźnika w ustroju w czasie (dynamika procesu), jak i ustalony po pewnym czasie jego rozkład (wynik procesu). PROCES FIZJOLOGICZNY PROCES FIZJOLOGICZNY Przemiana chemiczna (biochemiczna) pojedynczej molekuły następuje skokowo. W wybranej objętości ustroju istnieje jednak na tyle duża liczba molekuł wskaźnika, że w skali makro przemiany te są widoczne jako proces ciągły w czasie. Cele obrazowej scyntygrafii diagnostycznej Odwzorowanie przestrzenne procesu wynik procesu i / lub Odwzorowanie czasowe procesu dynamika procesu PROCES FIZJOLOGICZNY PROCES FIZJOLOGICZNY Graficzne odwzorowanie przebiegu lub wyniku procesu fizjologicznego, postrzeganego jako rozkład przestrzenno-czasowy ilości wskaźnika radioizotopowego w badanej objętości. DETEKCJA PROMIENIOWANIA GAMMA DETEKCJA PROMIENIOWANIA GAMMA DETEKCJA KWANTÓW PROMIENIOWANIA GAMMA Zjawisko scyntylacyjne DETEKCJA PROMIENIOWANIA GAMMA DETEKCJA PROMIENIOWANIA GAMMA błyski światła elektron wtórny atom absorbujący kwant kwant promieniowania g scyntylator np. kryształ NaJ z domieszką Tl Detektor scyntylacyjny z fotopowielaczem wzmacniającym +200 V scyntylator +300 V anoda +1300 V 0V +1500 V impuls prądu elektrycznego kwant g +100 V +400 V fotoelektrony fotopowielacz +1400 V DETEKCJA PROMIENIOWANIA GAMMA DETEKCJA PROMIENIOWANIA GAMMA zespół elektrod wzmacniających fotokatoda Zakłócające źródła promieniowania - szum efekt Compton'a osłona badana tkanka tkanka otaczająca detektor zanieczyszczenia izotopowe środowiska oraz izotopy skorupy ziemskiej DETEKCJA PROMIENIOWANIA GAMMA DETEKCJA PROMIENIOWANIA GAMMA promieniowanie kosmiczne Działanie energetycznego dyskryminatora kwantów liniowy detektor kwantów energia częstość impulsów prądu amplituda prądu okienkowy dyskryminator amplitudy impulsów wyjście dyskryminatora energia amplituda prądu DETEKCJA PROMIENIOWANIA GAMMA DETEKCJA PROMIENIOWANIA GAMMA częstość kwantów ODWZOROWANIE GEOMETRYCZNE SPE ODWZOROWANIE GEOMETRYCZNE SPE ODWZOROWANIE GEOMETRYCZNE W SCYNTYGRAFII SPE Odwzorowanie geometryczne ??? detektor ODWZOROWANIE GEOMETRYCZNE SPE ODWZOROWANIE GEOMETRYCZNE SPE tkanki ze wskaźnikiem radioizotopowym Odwzorowanie planarne - kolimacja przez pochłanianie detektor kolimator ODWZOROWANIE GEOMETRYCZNE SPE ODWZOROWANIE GEOMETRYCZNE SPE tkanki ze wskaźnikiem radioizotopowym Odwzorowanie planarne (rzut prostokątny) płaszczyzna pomiarowa (detektor) zbiór tkanek z przestrzennym rozkładem wskaźnika radioizotopowego V S x z ODWZOROWANIE GEOMETRYCZNE SPE ODWZOROWANIE GEOMETRYCZNE SPE y Konsekwencje rzutowania prostokątnego w scyntygrafii Z taką samą częstością emituje kwanty gruba tkanka (duża objętość) o małym stężeniu wskaźnika jak i cienka tkanka (mała objętość) o dużym jego stężeniu. ODWZOROWANIE GEOMETRYCZNE SPE ODWZOROWANIE GEOMETRYCZNE SPE Na płaszczyźnie pomiarowej (detektora) tracona jest informacja o grubości tkanki. TECHNICZNE RODZAJE BADAŃ TECHNICZNE RODZAJE BADAŃ TECHNICZNE KRYTERIA KLASYFIKACJI BADAŃ SCYNTYGRAFICZNYCH Rodzaje odwzorowania geometrii rozkładu wskaźnika radioizotopowego • Przestrzenne - rekonstruowane ODWZOROWANIE GEOMETRYCZNE SPE ODWZOROWANIE GEOMETRYCZNE SPE • Planarne - rzut prostokątny Ujęcie z punktu widzenia procesu • Ustalony w wyniku procesu rozkład wskaźnika (tzw. badanie statyczne). TECHNICZNE RODZAJE BADAŃ TECHNICZNE RODZAJE BADAŃ • Przebieg procesu w czasie (tzw. badanie dynamiczne). KAMERA SCYNTYGRAFICZNA KAMERA SCYNTYGRAFICZNA ELEMENTY KAMERY SCYNTYGRAFICZNEJ Różne konfiguracje kamery uniwersalnej KAMERA SCYNTYGRAFICZNA KAMERA SCYNTYGRAFICZNA do badań typu planar Różne kamery uniwersalne KAMERA SCYNTYGRAFICZNA KAMERA SCYNTYGRAFICZNA
