La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 1 FISICA delle APPARECCHIATURE per MEDICINA NUCLEARE (lezione II) Anno Accademico 2006-2007 Corso.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 1 FISICA delle APPARECCHIATURE per MEDICINA NUCLEARE (lezione II) Anno Accademico 2006-2007 Corso."— Transcript della presentazione:

1 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 1 FISICA delle APPARECCHIATURE per MEDICINA NUCLEARE (lezione II) Anno Accademico Corso di Laurea in Tecniche Sanitarie di Radiologia Medica per Immagini e Radioterapia Marta Ruspa

2 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 2 Gammacamera: componente diffusa Poca energia ceduta allelettrone, fotone poco deflesso Massima energia ceduta allelettrone, fotone diffuso allindietro Da dove viene la radiazione diffusa? Dal paziente, se lasciata passare dal collimatore, dallo scintillatore

3 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 3 Gammacamera: collimatore Tuttavia….il collimatore non e perfetto: 1.i setti hanno spessore ridotto ma non nullo superficie di rivelazione del cristallo schermata anche per fotoni con la direzione giusta (componente assorbita) 2. i fori hanno unapertura finita: sono trasmessi anche fotoni approssimativamente allineati allasse dei fori, ma non provenienti dal punto di emissione bensi diffusi nel corpo del paziente (componente diffusa) 3.fotoni provenienti dal punto di emissione ma diffusi entro il corpo del paziente o nelle strutture esterne del rivelatore non sono riconosciuti dal sistema di collimazione meccanico e quindi o assorbiti o regolarmente trasmessi come componente diffusa 4.non ce garanzia di assorbimento totale di tutti i fotoni indesiderati, una parte di fotoni che si vorrebbero assorbiti riesce a passare 1., 3. vanno a scapito dellefficienza di conteggio, 2. e 4. arrichiscono la componente diffusa

4 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 4 Gammacamera: componente attenuata Ricordiamo che: La misura idealmente dovrebbe riguardare TUTTI E SOLI i fotoni che arrivano dal punto di emissione; in realta: - LATTENUAZIONE impedisce che arrivino tutti quelli emessi - LA DIFFUSIONE fa si che arrivino allo scintillatore non sono i fotoni provenienti dal punto di emissione ma anche fotoni diffusi Lautoassorbimento dei fotoni nel volume sorgente e un fenomeno di rilevante importanza nellintervallo di energie di interesse: per ridurre del 50% lintensita di un fascio collimato di fotoni di 140 KeV e sufficiente uno spessore di acqua inferiore a 5 cm dotazione si sistemi trasmissivi per lacquisizione simultanea a quella emissiva (vedi tecniche multimodali nella tomografia SPECT)

5 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 5 Gammacamera: rivelatore La luce di scintillazione e emessa in modo isotropo. Viene raccolta dai PM affacciati al cristallo in misura tanto maggiore quanto piu un PM e vicino al punto di interazione. La quantita di luce emessa dal cristallo scintillante e proporzionale allenergia dissipata dai fotoni. Mantenendo la proporzionalita nelle successive fasi di trasformazione dellimpulso luminoso in impulso elettrico e damplificazione e trattamento di questultimo e poi possibile discriminare gli impulsi stessi sulla base della loro energia, selezionando per il conteggio solo quelli in un intervallo di interesse. IN QUESTO MODO, NEI LIMITI DELLA RISOLUZIONE ENERGETICA DELLO SCINTILLATORE, SI ELIMINA LA RADIAZIONE DIFFUSA (COMPTON)

6 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 6 Gammacamera: ricostruzione x-y Loriginale ottica di Anger per il posizionamento degli impulsi era essenzialmente una sorta di calcolatore analogico che permetteva di eseguire una media pesata della quantita di luce raccolta da ogni PM, in modo da ricavare con buona approssimazione la posizione dell evento scintillante. Nelle moderne gamma-camere tutte queste operazioni sono svolte in modo digitale: segnali provenienti dai PM sono prontamente digitalizzati dai convertitori analogico-digitali, associati in ragione di uno per ogni PM o gruppo di PM, in modo che le operazioni di somma algebrica dei segnali, pesatura e normalizzazione sono effettuate numericamente da un sistema digitale di elaborazione.

7 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 7 Buona risoluzione spaziale (la larghezza a meta altezza della distribuzione dei conteggi di una sorgente elementare). Risoluzione tipica di 3.5 mm. Elevata efficienza di conteggio Cristalli rettangolari, con dimensioni fino a 50x40cm. Spessore tipico di 3/8 di pollice, pari a circa 9.5 mm, che garantisce una efficienza ottimale per energie dei fotoni fino a 150 Kev ( 99 Tc e 201 Tl). Per indagini con In e I ricorso a cristalli con spessore di 5/8 di pollice. Spessore del cristallo Energie del nuclide Ampie dimensioni Adeguata velocita di risposta Costo contenuto Gammacamera: rivelatore Requisiti

8 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 8 Gammacamera: spessore del cristallo Con lo spessore aumenta lefficienza (aumenta la quantita di fotoni misurabili) e diminuisce la risoluzione (aumenta lassorbimento della luce di scintillazione)

9 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 9 Gammacamera: risoluzione spaziale La risoluzione spazial La risoluzione spaziale della gammacamera dipende - dalla risoluzione geometrica del collimatore - dalla risoluzione intrinseca del rivelatore - dal numero di fotomoltiplicatori - dallottimizzazione degli algoritmi di ricostruzione delle posizioni

10 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 10 Gammacamera: fotomoltiplicatore Il fotomoltiplicatore e una valvola di vetro, ad elevato grado di vuoto, entro il quale si trova una serie di elettrodi detti dinodi. Tra le successive coppie di dinodi e applicata una differenza di potenziale. I fotocatodo e ricoperto di materiale fotoemittente ed emette elettroni quando viene colpito dalla luce di scintillazione. Gli elettroni vengono attirati verso il secondo dinodo, ad un superiore livello di potenziale. Anche il secondo dinodo e ricoperto di materiale emittente: gli elettroni si moltiplicano nellimpatto. E cosi via ogni elettrone sara in grado di produrre n nuovi elettroni ciascuno dei quali potra a sua volta produrne n nellimpatto sullo stadio successivo. - Fattore di moltiplicazione totale nellordine di Una decina di stadi - Differenza di potenziale tra il primo e lultimo dinodo di centinaia di V

11 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 11 Lettino porta paziente: - basso coefficiente di attenuazione - gradi di liberta di movimentazione - posizionamento semiautomatico Stativo di posizionamento del rivelatore: - necessita di proiezione da angoli differenti - minimizzazione della distanza paziente-collimatore Gammacamera: sistema di posizionamento

12 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 12 Rappresentazione dellimmagine in formato digitale Tecniche di visualizzazione Tecniche di processing Correzione degli artefatti Archiviazione In passato oscilloscopio interfacciato con camera a lastra Gammacamera: elaboratore

13 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 13 Collimatori a fuoco variabile per compensare lattenuazione e migliorare la risoluzione e lefficienza nella regione di interesse dellimmagine. Cristalli curved plate, circa 1 mm di guadagno in risoluzione attraverso lottimizzazione della minima distanza dal corpo del paziente. Dispositivi a semiconduttore (Si, Ge,…) - eccellente risoluzione spaziale - dimensioni di interesse per limaging - MA necessita di un sistema di raffreddamento e costi elevati Gammacamera: nuove tecnologie

14 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 14 Immagini planari Contributi dellattivita sopra e sotto il piano rappresentato Limite intrinseco dellimaging planare

15 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 15 Immagini tomografiche: SPECT

16 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 16

17 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 17 Gantry NUMERO E DISTANZA ANGOLARE DELLE PROIEZIONI - numero e geometria delle testate singole, doppie, triple Caratteristiche dei sistemi SPECT Requisiti in aggiunta a quanto detto per la gammacamera

18 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 18 Caratteristiche dei sistemi SPECT Numero e geometria delle testate

19 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 19 Gantry NUMERO E DISTANZA ANGOLARE DELLE PROIEZIONI - numero e geometria delle testate singole, doppie, triple - orbita e modi di rotazione circolare, ellittica body contourning (si tenga presente che lobiettivo e sempre quello di minizzare la distanza tra il paziente e il collimatore per migliorare la risoluzione); inseguimento automatico del contorno del paziente con sensori infrarossi o premorizzazione - rapida sostituibilita dei collimatori Caratteristiche dei sistemi SPECT Requisiti in aggiunta a quanto detto per la gammacamera

20 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 20 Caratteristiche dei sistemi SPECT Orbita del gantry e modi di rotazione

21 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 21 Gantry NUMERO E DISTANZA ANGOLARE DELLE PROIEZIONI - numero e geometria delle testate singole, doppie, triple - orbita e modi di rotazione circolare, ellittica body contourning (si tenga presente che lobiettivo e sempre quello di minizzare la distanza tra il paziente e il collimatore per migliorare la risoluzione); inseguimento automatico del contorno del paziente con sensori infrarossi o premorizzazione - rapida sostituibilita dei collimatori Sistema di acquisizione e processing - algoritmi di ricostruzione dellimmagine e correzione - regolazione della durata dellesame (accumulo di statistica verso effetti cinetici indesiderati) Caratteristiche dei sistemi SPECT Requisiti in aggiunta a quanto detto per la gammacamera

22 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 22 Attivita condensata in un bin Retroproiettata ad ogni angolo Ricostruzione nei sistemi SPECT

23 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 23

24 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 24 Lalgoritmo di ricostruzione dovrebbe modellizzare gli effetti di attenuazione (per ridurre del 50% lintensita di un fascio collimato di fotoni di 140 KeV e sufficiente uno spessore di acqua pari a 5 cm…) mappatura dei coefficienti di attenuazione per mezzo di sistemi trasmissivi e fusione di immagini emissive e trasmissive diffusione risposta geometrica del collimatore risposta non omogena del cristallo … Tecniche correttive nei sistemi SPECT

25 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 25 Fisica nella medicina nucleare diagnostica - tecniche con fotone singolo tecniche con emettitori β +

26 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 26 Positron Emission Computer Tomography Tomografia Computerizzata ad Emissione di Positroni

27 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 27 E lantiparticella dellelettrone. Stessa massa dellelettrone, carica opposta. Puo essere prodotta solo in associazione con un e - o un neutrino. Si annichila con lelettrone, producendo due fotoni Se lannichilazione avviene a riposo: i due sono emessi in direzioni opposte E = m e ·c 2 = 511 keV E=m·c 2 Che cose il positrone?

28 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 28 Positron Emission Computer Tomography Nella PET il positrone viene emesso in un decadimento β + nucleare. Percorre quindi uno spazio proporzionale alla sua energia cinetica prima di annichilare con un elettrone della materia circostante e generare due fotoni da 511 KeV emessi contemporaneamente a 180 o tra di loro. I due fotoni attraversano percorsi diversi nel tessuto e vengono rivelati in concidenza: dalle due misure di diversa attenuazione si riesce a risalire al punto in cui i fotoni sono stati emessi. N.B.: non si rivela il punto di emissione ma il punto di annichilazione limite intrinseco della risoluzione spaziale

29 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 29 Radioisotopi emettitori di positroni Per mezzo di immagini della distribuzione dei traccianti sono possibili valutazioni non invasive di svariati processi metabolici, di neurotrasmissione e di binding recettoriale, cosi come misure di processi fisiologici come il flusso sanguigno e studi selettivi e non invasivi della distribuzione regionale e della cinetica di svariati processi biochimici. Isotopi di bio-elementi! Non esistono isotopi dellidrogeno emittenti positroni ma il 18 F puo esserne un sostituto

30 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV F T 1/2 =109,8 min Studio del metabolismo dello zucchero. Aumentato utilizzo in cellule tumorali. Il radiofarmaco piu utilizzato in assoluto e il fluoro deossiglucosio (FDG) che e un analogo del glucosio avente il gruppo ossidrilico sul C 2 sostituito da un 18 F. LFDG viene incorporato nelle cellule utilizzando i medesimi sistemi di trasporto del glucosio. Radioisotopi emettitori di positroni: FDG

31 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 31 UN ESEMPIO: bisogna rivelare contemporaneamente i due fotoni che, emessi in P, giungono ai rivelatori 1 e 8 eliminando tutti i segnali spuri non coincidenti. P Rivelatore Rivelatore

32 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 32 Struttura esagonale Struttura circolare Ogni rivelatore può essere in coincidenza con ognuno dei rivelatori del piano opposto. (elevata efficienza dei sistemi PET rispetto allimaging a fotone singolo) Per avere un campionamento spaziale e angolare completo si ruota lintera struttura di 60 o in passi di 5 o. Anello circolare di rivelatori. Disposizione dei rivelatori

33 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 33 In (a) i fotoni non collineari, come nelle annichilazioni originate in B e C, non danno luogo a coincidenza e vengono trascurate dal dispositivo. I fotoni originati in A sono invece collineari. Vista frontale (a) e dellalto (b) di un dispositivo PET


Scaricare ppt "Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. IV 1 FISICA delle APPARECCHIATURE per MEDICINA NUCLEARE (lezione II) Anno Accademico 2006-2007 Corso."

Presentazioni simili


Annunci Google