Detektorer för strålningsmätning

Transkript

1 Detektorer för strålningsmätning Vad mäter man? Strålningsfysikaliska mått Aktivitet (Bq) Aktivitet per areaenhet (Bq/cm 2 ) Absorberad dos ( Gy) Effektiv dos ( Sv) Dosrat ( Sv/h)

2 Aktivitetsmätare Används för att bestämma aktiviteten i ampuller, sprutor etc. Gasdetektor formad som en cylinder. Ger en ström som mäts (i ampere). Strömmen räknas om till Bq (radionukliden måste specificeras) Mätområde från ca 100 kbq till 100 GBq.

3 Gammaräknare Används för att mäta aktiviteten i små prover (blodprov etc) med låg aktivitet (< 10 kbq). Scintillationsdetektor (NaI-kristall). Ger en ljuspuls för varje foton som växelverkar. Ljuspulsen omvandlas till strömpuls i ett PM-rör. - Pulsernas storlek beror av fotonenergin (ett energispektrum kan erhållas) - Med ett energifönster kan man selektera pulser (som ska räknas) - Antalet pulser under en viss tid bestäms. Anges ofta som cpm (kan räknas om till Bq). Många prover kan mätas automatiskt i en följd ( gammaprovväxlare).

4 Gammaräknare

5 Betaräknare - Vätskescintillationsdetektor Används för att mäta aktiviteten av betastrålare (utan fotoner) i små prover (blodprov etc) med låg aktivitet (< 10 kbq). Speciellt för H-3, C-14 och P-32. Provet löses upp i en scintillatorlösning. PM-rör registrerar ljuset (som i en NaI-kristall) Som för gammaräknare bestäms cpm Provväxlare för mätning av många prover.

6 Kontaminationsinstrument Används för att kontrollera arbetsytor, kläder mm. * Visar pulser/s. Kan omvandlas till Bq/cm 2 GM rör eller liknande gasdetektor Ska inte användas för att uppskatta dosrat!!

7 Dosratsinstrument (gammastrålning) Ofta ett GM-rör Jonisation i en gas. Det blir en elektrisk puls (av foton som växelverkat) - knäpp i högtalare - instrumentet räknar pulser per tidsenhet - skalan (visare eller digitalt) graderas i mgy/h - vissa instrument kan summera under en viss tid: ger dos (mgy).

8 Persondosimetrar (EPD) Kalibrerad för att visa effektiv dos

9 Vad mäter man: Absorberad dos Utsätts man för strålning kan man tala om den energi som utvecklas när strålningen absorberas i kroppen: Absorberad dos = absorberad energi per massenhet (J/kg) Istället för J/kg används Gy (Gray) Ofta används uttrycken stråldos och dos Vilken energi absorberas? Kinetisk energi hos elektroner som fotonerna kolliderat med Kinetisk energi hos elektroner (beta-partiklar) och alfa-partiklar som sänts ut från radionukliden

10 Vad mäter man: Ekvivalent och Effektiv dos Olika typer av strålning kan ha olika skadeverkan på levande celler jämfört med den energi som överförs. Därför har man infört en korrektion för detta när man talar om risken med joniserande strålning. Efter denna korrektion kallar vi det EKVIVALENT DOS (viktat för olika biologisk skadeverkan) Sv (Sievert) Då en Sv är ett ganska stort mått används ofta msv (millisievert) Den absorberade dosen av alfastrålning och neutronstrålning är här kraftigt uppräknad genom multiplikation med en viktfaktor på 20. För beta- gammaoch röntgenstrålning gäller att den ekvivalenta dosen = den absorberade dosen. Vi talar även om EFFEKTIV DOS, vilken är viktad för olika organs känslighet (enhet Sv).

11 Dosnivåer Bakgrundsstrålningen under 1 år 1 mgy till kroppen Nuklearmedicinsk undersökning 1-10 mgy till kroppen Dödlig dos 3000 mgy till kroppen

12 Gammakamerans uppbyggnad PHA PM-rör NaI-kristall Kollimator Positioneringskrets Koordinaten för varje -fotons vxv bestäms av PM-rörens signaler X Y Z

13 Gammakameradetektor PM-rör

14 Gammakameran Används för att - göra en bild av radionuklidfördelningen i kroppen - bestämma mängden (aktiviteten) av radionukliden i en viss region (organ, tumör) Stor NaI kristall Många PM-rör (för att bestämma positionen x och y) Kollimator Pulshöjdsanalysator med energifönster Dator för a) behandling av bilder b) lagring av bilder

15 Bild av radionuklidfördelning X Y Z Många minuters insamlingstid för att få tillräckligt med pulser per pixel (per cm 2 ).

16 Hur alstras en bild? Vinkelrätt infallande fotoner kan passera genom kollimatorhålen Fotonerna växelverkar i kristallen PM rören ger en x och y koordinat för händelsen (och energiinnehåll) Godkända händelser (rätt energi) ger en puls som lagras i ett minne. Många tusen händelser (counts) samlas in en bildmatris Innehållet i bildmatrisen kan kodas till grå- eller färgskalor för visning på en skärm Grå- eller färgskalan kan ändras kontinuerligt ( rattas ) för att underlätta bedömningen av bilden Antalet counts i olika pixel kan avläsas

17 Scintillation

18 QuickTime och en TIFF (okomprimerat ) - dekompr imerare krävs f ör at t kunna se bilden. Kollimatorns uppbyggnad Hållängd 40 mm Septum tjocklek mm Hålstorlek 2-5 mm Skalenligt

19 Kollimatorns egenskaper Förstoring - hur stor blir bilden i kristallen? Känslighet - hur stor andel av utsända fotoner passerar genom hålen? Upplösning (geometrisk) - hur bred blir linjen i kristallen?

20 C C D Upplösning som funktion av avståndet 25 Upplösning (mm) Hållängd 40 mm b = 5 mm 20 a = 4 mm a= 2 mm Avstånd (cm)

21 Standardkollimatorer Parallellhåls Septumtjocklek Lågenergi < 150 kev ca 0,3 mm Medelenergi kev ca 1 mm Högenergi kev ca 5 mm

22 Lågenergikollimatorer Kollimator Effektivitet FWHM på 10 cm Högupplösande HR 1, ,4 General purpose GP 2, ,0 Högkänslig HS 5, ,2

23 Härledning av egenskaper hos pinhålskollimatorn L Förstoring: f= L/Z Z Effektivitet: G= a 2 cos 3 / 16 Z 2

24 Scanningkollimator Divergerande i en riktning

25 Allmänna insamlingsparametrar Matrisstorlek: I regel 64x64, 128x128, 256x256 eller 512x512 Grundregel: pixelstorlek < 1/3 FWHM. Energifönster: Peak värde och bredd anges. T ex peak 140 kev, fönsterbredd 15 % Flera energier hos en radionuklid T ex 111 In: 172 och 247 kev 2 bilder eller direkt en summa-bild kev Bild 1 Bild 2 Två radionuklider 2 bilder

26 Insamlingstid Statisk-planar: Tid för en bild eller counts/bild Scanning: Scanninglängd och scanninghastighet Ex 2m, 10 min/m Dynamisk studie: Antal bilder, tid per bild (fler faser kan definieras) Ex. Fas 1: 30 bilder a 10s Fas 2: 20 bilder a 30s Tomografi: Antal projektioner, tid per projektion, del av varv (360 eller 180 ) Ex: 128 projektioner, 15s/projektion, 360

27 Flerhuvudsystem Två detektorer Scanning Helkropps-SPECT Hjärt-SPECT (90 rotation)

28 Flerhuvudsystem Tre detektorer SPECT av helkropp

29 Egenskaper hos en gammakamera Fysikaliska/tekniska prestanda Antal detektorhuvuden Synfält Känslighet Geometrisk upplösning Energiupplösning Uniformitet

30 Forts. egenskaper hos gammakameran Handhavande Inställning av avstånd, vinklar osv Britsens utformning Programvara etc

31 Kollimatorer Parallellhåls (avbildar i skala 1:1) Lågenergi < 150 kev ca 0,3 mm Medelenergi kev ca 1 mm Högenergi kev ca 5 mm Lågenergi finns i olika varianter (olika stora hål, hållängd 40 mm) Relativ känslighet Relativ upplösning (FWHM) Högupplösande HR 0,5 0,7 General purpose GP 1 1 Högkänslig HS 2 1,4 Andra kollimatorer: Pinhole förstorar, ger bra upplösning och känslighet för små avstånd och små organ Konvergerande förstorar lite grand Fan-beam förstorar vid SPECT

32 PET-kamera Konstruerad med flera små tjocka detektorer för att avbilda positronstrålare Detekterar med ett koincidensvillkor de två annihilationsfotonerna Beräknar hur snittbilden ser ut. Sönderfallet ligger på linjen mellan detektorerna.

33 Fusion av CT och SPECT bild Kombinerad röntgen och gammakamera

34 Kombinerad röntgen och gammakamera Fusion av CT och SPECT bild Hybridkamera SPECT/CT generation I. Röntgenrör monterat på gammakameran

35 Hybridkameror SPECT/CT - generation II Diagnostisk CT

36 Fusion av CT och SPECT bild Kombinerad röntgen och gammakamera

37 Fusion av CT och SPECT bild

38 Injektion och bildtagning

39 PET-kamera PET - Positron emission tomography PET-kameran har hög upplösning jmfrt med gammakameran. Detta är möjligt genom att detektorn är uppbyggd av ett stort antal små detektorelement. 56 Cassettes Assembled to Form Detector Ring

40 Blockdetektorn Blockdetektorn består av en kvadratisk kristall som är försedd med delvis genomsågade springor vilka fylls med ett reflekterande material. På så sätt erhålls t ex 169 detektorelement i varje block. Bakom detektorblocket sätts sedan 4 fotomultiplikatorer och genom att signalens storlek från varje enskild fotomultiplikator vägs samman kan den lokaliseras till ett enskilt detektorelement.

41 Imaging components Detector module 169 crystal elements per detector block PMT 4 x 4 x 20 mm crystals Detector block Channeled scintillation light 4 photomultiplier tubes (PMTs) per detector block

42 PET/CT två system, två modaliteter PET CT

43 PET/CT

44 Bildtagning Överlapp krävs mellan varje insamlad bedposition då känsligheten är lägre i kanterna Sensitivity/slice [ kcps/kbq/slice ] #1 #2 #3 #4 #5 # AFOV [ cm ]

45 PET kamerans fördelar jfr med gammakameran Ger bättre upplösning än gammakameran, ca 5 mm jfr med ca 10 mm Det finns en bra tumörsökande substans, FDG, där radionukliden, F-18 är en positronstrålare Isotoper av C, N och O finns som positronstrålare men ej som gammastrålare. Helt organiska molekyler kan användas - speciellt viktigt inom forskning. Nackdel: Cyklotron måste finnas i närheten p g a kort halveringstid på F-18, C-11, N-13 och O-15.

46 Nuklearmedicin, Sahlgrenska februari 2008