Uvod
Osobine gama kamere su odreene otrinom, detaljima slike koja je proizvedena, efikasnou detekcije upadnog zraenja, sposobnosti gama kamere da mjeri energiju upadnog gama zraenja i stopa brojanja kojom se moe upravljati bez znaajnih gubitaka mrtvog vremena. Gama kamera nije u stanju da proizvede ³perfektne´ slike raspodjele radionuklida. Odreene nepravilnosti proizilaze iz svojstva detektora uz elektroniku i kolimator. Slika artefakata takoer moe biti uzrokovana kvarom razliitih komponenti kamere. U ovom poglavlju , opisani su glavni faktori koji odreuju uinkovitost gama kamere i ispitana su ogranienja koja mogu dovesti do artefakata u slikama gama kamere i njihova korekcija. A. OSNOVNA SVOJSTVA 1. Unutranja prostorna rezolucija
rostorna rezolucija je mjera otrine i detalja slike n agama kameri. Otri rubovi ili mali, istaknuti objekti proizvode mutne slike umjesto otro definisane slike. Dio zamagljenosti slike proizilazi od osobina kolimatora, a dio proizilazi od NaI(Tl) detektora i elektronike pozicioniranja. P
Granica prostorne rezolucije postignuta od detektora i elektornike ignorisanjem dodatnog zamagljenja zbog kolimatora je nazvano unutranja prostorna rezolucija kamere. Unutranja rezolucija je ograniena prvenstveno zbog dva faktora: 1. Viak rasijanja fotona unutar detektora;
Ako se foton podvrgava Comptonovom rasijanju unutar krisatalnog detektora, nakon rasijanja i ostatak rasijanog fotona e se detektovati, ali na nekoj udaljenosti, pa se dva dogaaja evidentiraju kao jedan dogaaj koji je nastao na mjestu du linije na stranama interakcije. Ovo nije ozbiljan uzrok degradiranja rezolucije za fotone energija 300keV gdje se vie rasijanja Komptonovim interakcijama u NaI (Tl) gotovo zanemaruje. ak in a 662keV, Anger je proraunao za detektor debljine 6.4mm manje od 10% fotona su izgubljeni vie od 2.5mm zbog rasprenih dogaaja. 2.
tatistika S tatistika
fluktuacija u raspodjeli svjetlucajuih fotona izmeu PM cijevi od jednog scintilacionog dogaaja do drugog;
Ako odreene PM cijevi zabiljee, u prosjeku, N svjetlucajuih fotona iz scintilacionih dogaaja nastalih na odreenoj lokaciji u kristalu detektora, stvarni broj zabiljeen od jednog do drugog dogaaja varira sa standardnom devijacijom . Dakle, ovo je veoma uski snop zraka usmjeren direktno na taku na detektoru, mjesto svakog dogaaja je odreeno sa poloajem ~1~
strujnog kola ili algoritma raunara koji nije isti. Umjesto toga, oni su rasporeeni na odreenom podruju, ija veliina zavisi od veliine tih statistikih fluktuacija. Tipino, maska sadri niz uskih (1mm) proreza koji se stavljaju na prednji dio (lice) gama kamere (bez kolimatora) i kamera se ozrai 99mTc (140keV) iz takastog izvora. Kao rezultat nastaje slika koja se sastoji od niza linija koje odgovaraju mjestima proreza (slika 1.1.)
slika 1.1.I lustracija nelinearnosti u slikama pravolinijskog uzorka dobivenog s gama kamere . S lika pokazuje suptilnu valovitost linija
Rezolucija je proraunata kao FWHM (irina na polovini maksimuma) od profila nacrtanog okomito na sliku linija na razliitim poloajima u vidnom polju. Unutranja prostorna rezolucija modernih velikih vidnih polja gama kamere mjeri se sa 99mTc i na taj nain je u rasponu od 2.94.5mm FWHM. Budui da je rezolucija znatno loija nego irina proreza doprinosi od proreza za mjerenje rezolucije su veoma mali (< 10% za mjeru rezolucije > 2.5mm). Unutranja rezolucija postaje loija sa opadanjem energije zraka jer nie energije zraka proizvode manje svjetlucajuih fotona po scintilacionom dogaaju, a manji broj svjetlucajuih fotona rezultuje veim statistikim fluktuacijama u njihovoj raspodjeli. Kao pravilo, unutranja rezolucija je proporcionalna sa 1/ , gdje je E energija yraka. Ovo treba slijediti, jer broj proizvedenih fotona N je priblino proporcionalan sa E. Relativna statistika fluktuacija njihove raspodjele je proporcionalna sa 1/ . Ovo izaziva primjetno vee zamagljenje na niim energijama zraka. Promjena unutranje prostorne rezolucije je funkcija energije zraka (slika 1.2.)
~2~
S lika1.2.
Unutranja prostorna rezolucija je funkcija energije zraka za 6 .3mm tanke Na I(T l) kristale
Unutranja prostorna rezolucija takoer zavisi od debljine kristala detektora. Deblji detektori rezultuju veim irenjem scintilacione svjetlosti prije nego doe do PM cijevi. Postoji vea vjerovatnost za otkrivanje viestrukog Komptonovog rasijanja dogaaja u debljem detektoru, posebno sa visoko energetskim radionuklidima. To su primarni razlozi zato gama kamera koristi relativno tanje detektore u poreenju sa NaI(Tl) sistemima koji se koriste pri aplikacijama za brojanje.
S lika
1.3. zavisnost unutranje rezolucije od debljine kristala za 140keV zrake
Slika1.3. prikazuje zavisnost unutranje rezolucije od debljine kristala za 140keV zraka. Unutranja rezolucija se poveava sa poveanjem efikasnosti prikupljanja fotona. Modern kamere znatno su poboljane tokom ranijih verzija za optike veze izmeu kristala detektora i PM cijevi. Upotreba veeg broja manjih PM cijevi (5cm prenik cijevi su postali standard, a neke gama kamere imaju ak i do 110 PM cijevi po glavi) i poboljanje elektronike takoer su ~3~
doprinjeli ovom napretku. Precizne korekcije za nelinearnost i neuniformnost takoer su rezultirali direktnim poboljanjem unutranje rezolucije. Najbolja unutranja rezolucija za velika vidna polja gama kamere je neto ispod 3mm FWHM na 140 keV (99mTc). Znaajna poboljanja izvan 2mm FWHM e biti teko postignuta zbog krajnje ogranienog doprinosa fotona od NaI(Tl). U mnogo praktinijim situacijama, unutranja prostorna rezolucija daje zanemariv doprinos na ukupnu rezoluciju sistema gama kamere, koja je u velikoj mjeri odreena rezolucijom kolimatora. 2 . Ef ikasnost detekcije
Gama kamera koristi sodium-jodid kristal koji je relativno tanak u poreenju sa mnogim drugim kristalima koji se koriste u nuklearnoj medicini, 6.4.-12.7.mm nasuprot 2-5cm za sondu brojakih sistema, skelera« Kompromis u gama kameri je izmeu efikasnosti detekcije (koja je obezbjeena debljim kristalom) i unutranje prostorne rezolucije (obezbjeene tanjim kristalomslika 1.3.). Gama kamera je dizajnirana tako da prui prihvatljivu efikasnost detekcije uz odravanje visoke unutranje prostorne rezolucije u energetskom opsegu 100-200keV. Kao rezultat toga efikasnost detekcije detektora je neto manje nego to bi bilo poeljno na viim energijama zraka. Slika 1.4. pokazuje fotopik efikasnosti detekcije u odnosu na energije zraka za detektor gama kamere za niz NaI(Tl) debljina kristala. Gama kamera je skoro §100% efikasna za ebergije oko 100keV za sve debljine kristala, ali onda pokazuje prilino znaajan pad u efikasnosti sa poveanjem energije, u zavisnosti od debljine kristala.
S lika
1.4. fotopik efikasnosti detekcije u zavisnosti od energije zraka Na I(T l) detektora za razliite debljine
Na 140 keV, razlika u efikasnosti izmeu 6.4mm i 12.7mm debelih kristala je oko 20% i fotopik efikasnosti detekcije je u rangu 70-90%. Na oko 500 keV, standardna gama kamera (0.64-0.95 cm debeli detektor) je 20% manja uinkovitost u pretvaranju upadnog gama zraka u fotopik pulseve. Na visokim energijama, svojstva gama kamere sa 0.64-1.27 cm debeli kristali su ogranieni smanjenjem efikasnosti detekcije. Sve loija unutranja prostorna rezolucija postaje ~4~
ograniavajui faktor na niim energijama. Zbog toga, optimalna energija gama zraka je u rangu 100-200keV za mnoge gama kamere. Mnoge gama kamere su sada opremljene debljim kristalima (12.2-25.4mm) to im omoguava postizanje bolje efikasnosti snimanja positronzraenja radionuklida u 511 keV. Ovo ulazi u gubitak unutranje prostorne rezolucije kada se ovi sistemi koriste u energetskom opsegu 100-200 keV. 3 .
E nergetska rezolucija
Nije neobino da u tipinom istraivanju pacijenta postoji vie komptonovog rasijanja nego unscattered zraka. Budui da Kompton-rasijani fotoni imaju niu energiju mogue je koristiti visoko-pulsne analize na njima. Energetska rezolucija detektora odreuje efikasnost sa kojom ovo moe biti ostvareno. Dobra energetska rezolucija jemoda najvanija karakteristika gama kamere. Energetska rezolucija, kao unutranja prostorna rezolucija zavisi u velikoj mjeri od statistikih fluktuacija u broju fotona prikupljenih iz scintilacionog dogaaja. Prema tome, efikasnost prikupljanja svjetlucajuih fotona je preduslov za dobru energetsku rezoluciju. Kao to je dobro, broj svjetlucajuih fotona iz scintilacionih dogaaja poveava se gotovo linearno sa energijom zraka, E, energetska rezolucija je tada poboljana u omjeru 1/ . Energetska rezolucija z agama kameru je obino u rangu 9-10% za 99mTc. Slika 1.5. prikazuje tipini spektar gama kamere za 99mTc sa PHA prozorom postavljenim izmeu 130 i 150 keV. To otprilike odgovara 15% energetskog prozora, to je zajednika postavka za klinike studije.
S lika
1.5. Energetski spektar za gama kameru koritenjem takastog izvora
99m
T c u zraku
Kao to je prikazano na slici , veina dogaaja u fotopiku su prihvaeni u ovom prozoru. Niskoenergetski prag od 130keV moe izbaciti zrake od 140keV koje su bile rasprene kroz uglove vee od 45 .
eutim, spektar rasprenih zraka je zamagljen isto kao to je i za unscettered zrake, odbacivanje efikasnosti ovog ugla je samo oko 50%; polovina dogaaja proizvode impulse iznad praga, a polovina ispod praga. Ovaj procenat je vaio za uglove od 45 pod kojima se raspre zraci od 140keV i 130keV nivoe nie energije, bez obzira na energetsku rezoluciju detektora. zrake rasprene kroz najvee uglove su izbaene efikasnije od onih koji su raspreni pod manjim M
~5~
uglovima koji su izbaeni manje efikasno. Dvije prednosti su dobivene sa poboljanom energetskom rezolucijom. 1. fotopik se suava,
rezultirajui mnogo efikasnijom detekcijom unscattered fotona unutar izabranog energetskog prozora. To poveava broj vaeih dogaaja koji su snimljeni i poboljava kvalitet slike. mnogo efikasnije, jer njihovo energetsko irenje kroz PHA je takoer manje. Prema tome, kontrast slike je poboljan.
2 . zraci raspreni kroz velike uglove su odbijeni
Takoer je istina da su zrake rasprene kroz manje uglove detektovane efikasnije, zbog suavanja njihove raspodjele. Kao alternative, moe se koristiti poboljana energetska rezolucija za koritenje ueg PHA prozora, neke od poveane efikasnosti za snimanje fotopik dogaaja za poboljanje izbaenog rasprenja pod malim uglom. Bilo kako bilo, poboljana energetska rezolucija daje bolji kvalitet slike. 4 .
Karakteristike visoko-brojakih sistema
Na visoko-brojakim sistemima, postoji vea vjerovatnoa snimanja dva dogaaja u isto vrijeme. Jedan od problema je poznat kao nagomilavanje pulseva. Nagomilavnje pulseva ima dva nepoeljna efekta u karakteristikama gama kamere: Gubitke
pri brojanju
I skrivljenje slike
Gubitci pri brojanju uzrokuju netana brojanja koja trebaju biti snimljena. Netanosti su opisane u modelu mrtvog vremena i moe biti znaajna u nekim kvantitativnim studijama, kao to su ispitivanja srca (kardio studije). Korekcije mrtvog vremena, mogu biti primjenjene, meutim ove korekcije generalno postaju sve vie netane uz poveanje gubitaka brojanja. Gomilanje pulseva se moe dogoditi izmeu bilo koja dva dogaaja u PH spektru, gubitci brojanja se odreuju prema ukupnom spektru. Veina gama kamera se ponaa kao paralizirajui system. Oito mrtvo vrijeme za odabrani energetski prozor ovisi o dijelu prozora, odnosno dio ukupnog spektra brojanja spade unutar tog prozora. Manji dio prozora, vee mrtvo vrijeme. Prema tome, mrtvo vrijeme je due kada se koristi fotopik prozora, nego kada se koristi cijeli prozor. Takoer, mrtvo vrijeme je due kada je prisutna rasprena radijacija, jer se to takoer dodaje na stopu brojanja izvan prozora fotopika (slika 1.6.)
~6~
S lika
1.6 . prikaz prisustva rasprene radijacije
rilikom odreivanja mrtvog vremena gama kamere vano je imati na umu uslove mjerenja. Vrijednosti mrtvog vremena treba da budu to krae 1-2sec koje se mogu dobiti uz nedostatak rasprenja sa prozorom cijelog spectra. Meutim, pri realnim klinikim uslovima (99mTc izvor u rasprenom materijalu, 15% fotopik prozor) system ima mrtvo vrijeme od 4-8sec koje je mnogo tipinije. Za mrtvo vrijeme od 5sec gubitci su oko 20% za stope brojanja 4x104 brojanja po sekundi (cps). P
Gubitci mrtvog vremena nisu ozbiljni u mnogim statinim imiding studijama, ali oni mogu biti vani u nekim visoko brojakim sistemima (otkucaji srca) u kojima je stopa brojanja visoka 105 cps.elektrino kolo koje odbacuje nagomilane pulseve se koristi za postizanje vee upotrebljive stope brojanja u takvim situacijama. Drugi nain skraivanja mrtvog vremena gama kamere je uz koritenje analognih bufera. To su elektroniki sklopovi koji slue da se odre pulsevi na naponskom nivou ili pulsevi iz jednog kruga do sljedeeg kruga je spreman primiti niz puls obrada. Slino tome, u digitalnim gama kamerama podaci se mogu ublaiti u memoriji sve dok je raunar spreman za obradu. Oba oba pristupa reyultuju smanjenjem vidljivog mrtvog vremena kamere. Takoer je mogue fiziki skratiti mrtvo vrijeme kamere, skraivanjem vremena integracije PM cijevi i koritenjem elektronikih kola koja vraaju signal na poetak poslije odabranog vremena integracije. Jasno, ovo takoer smanjuje iznos signala koritenog za utvrivanje mjesta dogaaja. Npr. Za vrijeme naboja integracije 0.4sec, samo 81% scintilacionog svjetla je prikupljeno, uporeeno sa 98% za 1sec vremena integracije. Ovo izazviva degradaciju unutranje prostorne rezolucije i energetske rezolucije. Neke gama kamere imaju promjenljivo integraciono vrijeme u kojem je integracija automatski skraena kao poveanje stope brojanja. Druga mogunost skraenja mrtvog vremena su: sasvim zaobii nagomilavanje i korekcije kola neuniformnosti. Obrada signala koji se javlja u ovim kolima usporava stopu u kojoj kamera moa da obradi pojedinane dogaaje i zaobilazei ih moe skratiti mrtvo vrijeme sistema sa tipinim vrijednostima od 4-8sec na 1-3 sec. Neke kamere daju opcije visoke stope brojanja, reim ~7~
rada u kome se neke ili sve od ovih korekcija iskljuuju. Ovaj reim je posebno namjenjen za aplikacije koje zahtjevaju visoke stope brojanja (kardio studije). Normalni nain rada u kojem sve korekcije rade (ukljuene), koristi se za rutinsko snimanje za dobijanje eljenog visokog kvaliteta slike. Oigledno, specifikacije za mrtvo vrijeme gama kamere treba naznaiti da li ih neka elektrina kola zaobilaze da se postigne data vrijednost. Drugi, nepoeljni efekat nagomilavanja pulseva unitava sliku. Koritenjem standardnog logikog puls-pozicioniranja gama kamere, dva dogaaja detektovana istovremeno na razliitim lokacijama u detektoru se evidentiraju kao jedan dogaaj sa energijom jednakom zbiru dva dogaaja, na lokaciji negdje izmeu njih (slika 1.7.).
S lika
1.7. S lika sa dva takasta izvora 99mT c, relativno visoke aktivnosti (370 MBq, svaki) . Dogaaji koji se pojavljuju u grupi izmeu dva takasta izvora nastali zbog nagomilavanja pulseva
Ako su oba fotopika validna, njihova ukupna energija prevazilazi vrijednosti koje e biti prihvaene od PHA prozora i oba dogaaja su odbaena, to dovodi do gubitaka pri brojanju. S druge strane, mogue je za dva Komptonova rasijanja zraka da imaju ukupnu energiju koja ulazi u odabrani energetski prozor, tako da su dva nevaea dogaaja prihvaena kao jedan vaei dogaaj. Vidljivi rezultat pri veoma visokim stopama brojanja je da se doda difuzna pozadina slike, kao to je prikazano na slici 1.8.
S lika1.8.
Demonstracija efekta nagomilavanja na fantomu u obliku mozga ~8~
Napomena, kao i slike u gornjem desnom uglu, prikazuju kako kontrast moe biti obnovljen uspostavljanjem zatite visokog podruja aktivnosti izazvan snimanjem oblasti od interesa. (npr.tanki sloj olova). Rano gomilanje odbijanje metode su zasnovane na mjerenju duine pulsa. Ako puls nije vraen blizu osnovnog nivoa u datom oekivanom vremenu s obzirom na raspad NaI(Tl), pretpostavlja se da e nagomilani drugi pulsevi stii (desiti se) i dogaaj e biti odbaen, to e rezultirati gubitkom oba zraka. Ovo poboljava kvalitet slike, ali rezultuje poveanjem mrtvog vremena sistema. Zbog toga su mnogi dogaaji odbijeni pri visokim stopama brojanja. Mnoge gama kamere sada ukljuuju elektrina kola koja kontinuirano prate propadanje pulsa i koriste metod zasnovan na ekstrapolaciji repa pulsa za korekciju nagomilavanja. Razmotriti interakcije dva zraka koje se javljaju blizu jedna drugoj u istom vremenu stvaraju preklapanje pulseva. Kada drugi zrak stie, raspad pulsa kreiran od prvog zraka odmah odstupa od oekivanog eksponencijalnog opadanja i signal gama kamere je prebaen na drugi krug sa pojaanjem. Procjenjiva u prvom elektrinom kolu sa pojaavaem kompletira signal iz prvog zraka ekstrapolacijom ostatka repa pulsa sa eksponencijalnom funkcijom baziranom na opadanju vremena NaI(Tl). U isto vrijeme, ovaj ekstrapolirani rep je takoer poslan na drugo kolo sa pojaavaem i oduzet od drugih pulseva. Ovo uklanja doprinos pulsa generisan od prvog zraka iz tog drugog zraka. Ovaj process je saet na slici 1.9.
S lika
1.9. Prikaz korekcije gomilanja koritenjem tehnike ekstrapolacije repa pulsa
~9~
Tehnika ekstrapolacije puls repa daje mogunost da oba dogaaja budu zadrana i omoguava im da doprinose slici, pod uslovom da ispune PHA zahtjeve. Ovaj metod je veoma efikasan, osim kada se dva pulsa javljaju istovremeno (u roku od nekoliko ns jedan na drugi), u tom sluaju ekstrapolacija je ograniene tanosti. Sa modernism gama kamerama, takoer je mogue koristiti prostornu raspodjelu signala PM cijevi za dalje smanjenje nagomilavanja. Za nagomilane dogaaje nastale na razliitim mjestima u kristalu detektora, dva klastera (jata ili grupe) PM cijevi e proizvoditi signal. Ako svjetlosna raspodjela proizvodi dva dogaaja na PM cijevi, oni se ne preklapaju, ili se malo preklapaju, dogaaji mogu da budu jasno odvojeni i zadrani.
B.
OGRANIENJA DETEKTORA: NEUNIFORMNOST I NELINEARNOST 1. Nelinearnost slike
Osnovni problem koji se pojavi u detektoru i elektronici je nelinearnost slike. Pravolinijski objekti izgledaju kao kose linije na slikama. Unutar linije slike nastaju ³pincushion´ izoblienja, a sa spoljanje strane linije slike nastaju ³barrel´ izoblienja (slika 2.1.)
S lika 2.1.
Pinchusion izoblienje i barrel izoblienje
Nelinearnost je rezultat kada X i Y pozicije signala se ne mjenjaju linearno sa pomakom udaljenosti od izvora zraenja preko lica detektora. Npr.kada je izvor premjeten sa ruba jedne PM cijevi prema njegovom sreditu, efikasnost prikupljanja svjetla te PM cijevi se poveava mnogo bre nego rastojanje sa kojeg je izvor premjeten. Ovo uzrokuje sliku linijskog izvora kada su PM cijevi nagnute prema svojoj sredini. Rezultat je pinchusion izoblienje u podrujima slike gama kamere koja lei direktno ispred PM cijevi i barel izoblienja izmeu njih. Razlika u osvjetljenosti meu PM cijevima, neuniformnost u optikom svjetlu provodnika kao i PM cijevi ili elektroniki kvarovi, takoer mogu dovesti do nelinearnosti. Slika 2.2. prikazuje sliku ~ 10 ~
pravolinijski test-uzorak snimljen modernom gama kamerom da prikae opi izgled nelinearnosti.
S lika 2.2.
Primjer nelinearnosti slike
Detaljniji pregled e pokazati valovitost linija. Ovi efekti mogu imati znaajne doprinose neuniformnosti slike. 2 . Neuni f ormnost slike
rimjetan problem u slici je njena neuniformnost. Izlaganje kristala detektora fluksu zraenja prozvest e flood-field ( preplavljeno podruje) sliku sa malim ali primjetnim neuniformnostima intenziteta, ak is a pravilnom funkcionisanjem kamere. Ove varijacije mogu biti jednake stopi brojanja varijacija od ±10% ili vie. Flood-field slike iz gama kamere pokazuju neuniformnost. P
S lika 2.3.
Prikaz neuniformnosti slike
Unutranje flood-field slike se dobijaju kada se ukloni kolimator, koristei takasti izvor postavljen dovoljno daleko od povrine gama kamere kako bi davali jedinstveno ozraivanje povrine (rastojanje je jednako 4-5 puta prenika kamere).
~ 11 ~
Spoljanje flood-field slike su dobivene sa postavljenim kolimatorom u mjestu pomou diska ili tankog fantoma koji obuhvata oblast detektora. 99mTc i 57Co su dva najee koritena radionuklida za flood-field mjerenja. Dva primarna uzroka neuniformnosti Angerove kamere su: Neuniformnost
efikasnosti detekcije koja proizilazi iz malih razlika u PHA spektru za razliite PM cijevi
Poziciona-zavisnost
od prikupljene scintilacione svjetlosti, posebno za dogaaje locirane u prazninama i ³mrtvim oblastima´ izmeu PM cijevi u odnosu sa dogaajima lociranim direktno iznad PM cijevi.
Razlike u reakciji PM cijevi mogu biti minimalne paljivim odabirom i podeavanjem svih PM cijevi na Angerovoj kameri. Meutim, efekti pozicione-zavisnosti na PH spektar e ostati. Ako se koriste fiksni PH prozori za sve izlazne pulseve, rezultat je jasna razlika u efikasnosti detekcije usljed razlika u djeliu prozora za razliita podruja kristala.
S lika 2.4.
PH spektar za razliite Pm cijevi Angerove kamere
Drugi uzrok neuniformnosti je nelinearnost slike. U podrujima pincushion iskrivljenja dogaaji su natrpani prema centru izoblienja, utrokujui ³hot spot´ ili arite, dok su u podrujima barrel iskrivljenja dogaaji gurnuti van iz centra uzrokujui ³cold spot´ ili hladnu taku. Zbog karakteristika pinchusion izoblienja koje nastaju ispred PM cijevi, uobiajeno je da se vidi model hot spot ili arita na mjestima PM cijevi koja daju uniformnu sliku Angerove
~ 12 ~
kamere. Ostali uzroci nelinearnosti (greke takoer mogu dovesti do neuniformnosti.
PM
cijevi, pucanje kristala, greke kolimatora)
Jo jedna karakteristika neuniformnosti je svijetli prsten oko ruba slike. Ovaj artefakt se zove ³ivica-pakovanje´, koji rezultuju neto veom efikasnou prikupljanja svjetla za dogaaje blizu ivice, u odnosu na centralne djelove kristala detektora, kao rezultat unutranje refleksije svjetlosti na kristalu nazad u PM cijev blizu ivice. Takoer, za dogaaje koji se deavaju prema centru, gdje su PM cijevi postavljene sa obje strane podruja u kojem nastaje dogaaj, dok na ivicama kristala PM cijevi su samo sa jedne strane. Prema tome, dogaaji na saoj ivici se ne distribuiraju jednako, ali su povueni prema centru. Dijelovi slike koji pokazuju ove artefakte obino su sakriveni na displeju is toga ne pripadaju djelu korisnog polja (UFOV). Tipino, 5cm ili vie dijametra detektora je eliminisano maskom. Prilikom specifikacije dijametra detektora gama kamere, vano je napraviti razliku izmeu fizikog prenika kristala i prenika korisnih podruja snimanja. Oboje. Neuniformnost i ivica-pakovanje artefakti se odnose na raspodjelu scintilacionog svjetla koje pada na PM cijevi. Zbog ovih razloga, oni takoer imju komponente energetske zavisnosti. Kada se gama kamera koristi za slike visoko energetskih radionuklida, interakcije, u prosjeku se javljaju neto dublje u kristalu, blie PM cijevima. Ovo proizvodi uu raspodjelu irenja svjetlosti na PM cijevima i generalno rezultuju pogoranjem neuniformnosti detektora. 3 .
Tehnike korekcije neuni f ormnosti
Sve modern gama kamere ukljuuju tehnike koje pokuavaju ispraviti uzroke neuniformnosti. Sve ove tehnike poinju sa prostornim korekcijama, razliitih energija, normalno izvedenih iz unutranje flood-field slike. Flood-field slika je podjeljenja u matricu malih, kvadratnih elemenata, 128X128 elemenata (piksela). Koristei PHA, broj kanala, fotopik u PH spektru je odreen za svaki element. Ova informacija je pohranjena u 128X128 tablicu i koristi se za postavljanje razliitih PHA prozora za sljedea ispitivanja pacijenta. Npr, ako 20 % prozora je izabrano za snimanje pacijenta, a centar fotopika je pronaen u PHA kanalu 100 u odreenom pikselu u flood-field slici, onda dogaaji u toj lokaciji imaju amplitude Z signala izmeu PHA kanala 90 i 110 koji su prihvaeni u ispirtivanju pacijenta. Ako je centar fotopika pronaen u 110 kanalu na drugoj lokaciji, dogaaji za koje Z signal pada u rasponu od 99-121 su prihvaeni na tom mjestu. Poziciona-zavisnost PHA prozorakoriguje razlike u PH spektru po cjeloj prednjoj strain kamere. Ona takoer prua djeliminu korekciju za neuniformnost slike. Drugi korak u korekciji neuniformnosti je varijacija u intenzitetu slike, u velikoj mjeri izazvana nelinearnou detektora. U jednoj od starijih metoda korekcija se zasniva na direktnim varijacijama u intenzitetu energije flood-field slike. Broj taaka zabiljeen unutar svakog piksela u toj slici je pohranjen u matrici i pronaen sa najmanjim brojem snimljen u polje piksela. Ovo ~ 13 ~
se koristi za dobijanje matrice normalizovanog intenziteta vrijednosti, koje se kreu oko 100 do najhladijeg piksela, do veih vrijednosti za druge piksele. U sljedeim ispitivanjima pacijenta, odreeni broj taaka snimljenih u pojedinom pikselu su odbaeni u zavisnosti od relativne vrijednosti za taj piksel u energetski-korigovanoj flood-field slici. Npr. Ako vrijednost normalizovane matrice je 110, onda se 1 od svakog 11 take oduzima od slike pacijenta na toj lokaciji. Ovaj process se zove count skimming. Za korekcije nelinearnosti uz pomo tankog sloja olova koji se ravnomjerno rasporeuju niz malih otvora (1mm prenika-4mm odvajanje) koje se nalaze direktno na licu gama kamere (bez kolimatora), dobija se jo jedna flood-field slika. Poloaji slika od ovih rupa su u odnosu na njihove p oloaje u olovu izvodi mtrica x i y za svaki ( x, y) poloaj na detektorima, koji se oe nai u tablicama, kada je dogaaj detektovan, x i y coordinate se raunaju koritenjem algoritma. Ove vrijednosti se koriguju uz pomo tabela. Tabele su isporuene uz aparat od strane prozivoaa. Slika 2.5. pokazuje iste podatke kao in a predhodnoj slici prije korekcije neuniformnosti i nelinearnosti.
S lika2.5.
pravolinijski test uzorak i flood-field slika poslije korekcija uniformnosti
~ 14 ~
S lika 2.6 .
Profili uniformnosti
oboljanje uniformnosti kamere takoer utie na poboljanje unutranje rezolucije. Raniji modeli kamera su koristili deblje provodnike i vee prenike PM cijevi da bi se postigla zadovoljavajua uniformnost. Zbog efektivnije korekcije uniformnosti, novije gama kamere mogu da koriste tanje provodnike (ili eliminiu provodnike) i manje PM cijevi, to doprinosi preciznijem odreivanju poloaja dogaaja i poboljanja unutranje prostorne rezolucije. P
4 .
Podeavanje gama kamere
Korekcije neuniformnosti opisane postoje da gama kamera bude vrlo stabilna tokom vremena. Meutim factor dobitka PM cijevi se mjenja sa starou PM cijevi. Visoki napon i factor pojaanja takoer se mogu mjenjati kroz vrijeme. Metode za podeavanje PM cijevi kako bi se osigurala karakteristika tokom vremena su neophodne. Na mnogim starijim sistemima, podeavanje je bilo runo. Jedan metod podrazumjeva ozraivanje detektora gama kamere kroz olovnu masku sa rupama centrirane iznad svake PM cijevi. Izlaz iz svake PM cijevi se ispituje i dobitak predpojaala se podeava ako se cijev na izlazu promjeni vie od 1% od orginalne vrijednosti. U novijim gama kamerama podeavanje velikog broja PM cijevi runo ne bi bilo praktino. Mnoge digitalne gama kamere sadre kola za podeavanje koja omoguavaju da se izlazi svake pojedine PM cijevi automatski podesi na skup referentnih izlaza. Jedan automatizovan pristup ukljuuje koritenje svjetlosne diode LED koje su spojene na vrat svake PM cijevi. Ove LED su pulsirajue za porizvodnju svjetlosnog signala na fotokatodi PM cijevi koja se ne mjenja s vremenom. Signali PM cijevi se zatim prate i pretpojaalo se podeava elektronski ako signal PM cijevi zaluta. Drugi pristup koristi dva uska energetska prozora postavljena iznad fotopika da minimizira uticaj rasprenja (slika 2.7.)
~ 15 ~
S lika 2.7.
Podeavanje gama kamere
Odnos broja izmeu dva energetska prozora tokom flood-field ozraivanja radionuklidima od interesa se mjeri za svaku PM cijev. Ovaj omjer ostaje konstantan, osim ako je signal PM cijevi promjenjen kroz vrijeme. Ako se odnos broja mjenja, predpojaalo PM cijevi je prilagoeno elektroniki da vrati odnos na orginalnu vrijednost. Neke od ovih metoda podeavanja takoer mogu prilagoditi das u kontinuirane, u smislu da je kamera podeena dinamiki svakih nekoliko sekundi tokom ispitivanja pacijenta. Ovo moe biti iskoriteno za podeavanje energetskih prozora u stvarnom vremenu, kompenzacijom za bilo koji pomak koji se javlja u toku ispitivanja. Glavni razlog pomjeranja na tako kratkim vremenskim okvirima obino je vezan za efekte brojanja, mala osnvna pomjeranja se mogu pojaviti u amplitude signala usljed preklapanja pulseva i stalno podeavanje energetskog prozora e minimizirati takav efekat uvajui energetski prozor centriran nad fotopikom bez obzira na stopu brojanja. Kontinuirano podeavanje je takoer vano u SPECT imidingu, gdje rotacija gama kamere kroz magnetno polje moe dovesti do promjena u faktoru dobitka PM cijevi.
~ 16 ~
Literatura: Physics in Nuclear Medicine 3rd Edn-Cherry, S orenson i Phelps Fizika jonizirajuih zraenja D.S amek . L.S araevi i A. Lagumdija, S arajevo, 2010 I nternet
~ 17 ~