09 Tomografia emisyjna fotonów i pozytonów.pdf

IX. TOMOGRAFIA EMISYJNA FOTONÓW I POZYTONÓW

9.1 Wstęp

Badając pacjenta chcielibyśmy otrzymać trójwymiarowe obrazy jego narządów. Droga do

tych obrazów prowadzi od otrzymania jedno- i dwuwymiarowych projekcji (np. gęstości

tkanek) na dany kierunek obserwacji do dwu- i trójwymiarowych rekonstrukcji. Urządzenia,

służące do otrzymania projekcji zwane są tomografami komputerowymi , a technika

obrazowania przekrojów przez ludzkie ciało metodami rekonstrukcji z wielu

jednowymiarowych informacji o absorpcji promieniowania X wzdłuż serii wybranych

kierunków znana jest pod skrótem CT – Computed Tomography (tomografia komputerowa).

Nazwa „tomografia” pochodzi od greckiego tomos , czyli właśnie przekrój lub cięcie.

W początkach techniki była ona związana z konwencjonalną techniką rentgenowską.

Tomografia była i jest ona szeroko stosowana w diagnostyce radiologicznej, a jej sukcesy

zostały w dalszej kolejności wykorzystane w medycynie nuklearnej w postaci tzw.

komputerowej tomografii emisyjnej ( ECT – Emission Computed Tomography ). Ponieważ

tomografię można podzielić na poprzeczną i podłużną , warto zaznaczyć, że to właśnie

poprzeczna tomografia znalazła najpowszechniejsze zastosowanie. Tomografia poprzeczna ,

w której wykorzystuje się rejestrację poszczególnych fotonów nosi skrót SPECT (od ang.

Single Photon Emission Computed Tomography ). Jeśli źródłem promieniotwórczym jest

emiter pozytonów, technikę obrazowania oznaczamy skrótem PET ( Positron Emission

Tomography ). Rys. 9.1 pokazuje rozwój techniki tomograficznej, od pierwszych tomografów

komputerowych, w których źródło i detektor przejeżdżały równolegle w poprzek badanego

przekroju ciała pacjenta do skanera IV-ej generacji, korzystającego z wiązki rozwartej

emitowanej ze źródła obracającego się wokół pacjenta i zestawu detektorów rozłożonych na

okręgu. Uproszczony schemat samej lampy rentgenowskiej pokazany jest na rys. 9.2. Wiązka

elektronów wyrzucana impulsowo z włókna lampy trafia na wolframową antykatodę. Ze

względu na stosunkowo wysokie strumienie elektronów przyspieszanych w polu

elektrycznym pomiędzy włóknem (katodą) a antykatodą, ta lokalnie się nagrzewa, a ciepło

jest odprowadzane przez miedzianą podkładkę. Dodatkowo, szybki obrót antykatody pozwala

na zmniejszenie efektu cieplnego. Zaledwie około 0,2% elektronów powoduje emisję

promieniowanie rentgenowskiego. W wypadku pozostałej części energie elektronów jedynie

grzeją antykatodę. Jak omawialiśmy w rozdziale II, otrzymywane promieniowanie zawiera

dwie składowe: promieniowanie charakterystyczne oraz promieniowanie hamowania. To

ostatnie ma widmo ciągłe o energiach od zera do maksymalnej, odpowiadającej przyłożonej

różnicy potencjałów, którą standardowo podaje się w kiloelektronowoltach i oznacza jako

kVp. Wiązka promieniowania rentgenowskiego wyprowadzana jest przez okno na zewnątrz.

Pokazany na rysunku filtr metalowy służy odcięciu niskoenergetycznej części widma, która

by nie przyczyniała się do tworzenia obrazu, natomiast skutkowałaby obciążaniem pacjenta

dawką promieniowania jonizującego. Kolimator wyjściowy służy, jak zawsze, najlepszej

definicji kątowej wiązki.

Szczególnym skanerem jest ultraszybki „Imatron”, służący do badań serca (rys. 9.3). W tym

skanerze wiązka rozbieżnego promieniowania rentgenowskiego powstaje w wyniku

kierowania elektronów ze źródła na pierścienie anodowe i zbierana jest na dwóch

nakładających się częściowo na siebie pierścieniach z detektorami, przy czym każdy

z pierścieni obejmuje kąt około 210 o . Zauważmy, że we wszystkich tych wypadkach mówimy

o tomografii transmisyjnej , gdyż pacjent znajduje się między źródłem promieniowania

a detektorem.

Rys. 9.4 pokazuje typowy widok tomografu komputerowego, a rys. 9.5 – obrazu przekroju

poprzecznego brzucha pacjenta, uzyskanego metodą tomografii komputerowej. Dziś

korzystamy również ze źródeł promieniowania synchrotronowego, choć głównie do badań

pozaustrojowych, in vitro . Dzięki ogromnym strumieniom fotonów powstających podczas

okrążania pierścienia akumulacyjnego przez wysokoenergetyczne elektrony, można

uzyskiwać obrazy o nadzwyczajnej zdolności rozdzielczej, co ilustruje rys. 9.6, na którym

przedstawiono trójwymiarowe rekonstrukcje fragmentów kości kobiet w wieku 33 lat (a), 55

lat (b) i 72 lat (c). Widać wyraźnie postępowanie osteoporozy z wiekiem pacjentki.

Wysokie strumienie fotonów z synchrotronu pozwalają na użycie rozlicznych, bardzo

wyspecjalizowanych technik dyfrakcyjnych, pozwalających na uzyskanie dobrych,

kontrastowych obrazów tkanek rakowych, badanie takich parametrów, jak np. objętość krwi

w mózgu, a także stwarzają nadzieję na terapię nowotworów przy pomocy ultrawąskich

wiązek.

Skan 45 o

Źródlo

promieniowania X

Skan 90 0

Skan 1

Wiązka

rozbieżna

Pacjent

Lampa

rentgenowska

Stacjonarny

pierścień (360 0 )

detektorów

Bank

detektorów

Detektor

Skanery IV generacji: wiązka

rozbieżna, stacjonarne źródło

promieniowania X obraca się w

sposób ciągły wewnątrz pierścienia,

na obwodzie którego umieszczone są

detektory promieniowania X.

Skaner I-ej generacji

Skok co pewien kąt

Lampa

rentgenowska

Pacjent

Bank

detektorów

Skanery II generacji z wiązką rozbieżną

(typowo 10 0 )

Rys.9.1

Rozwój

skanerów

Impulsowe, obracające się

źródło promieniowania X

komputerowych. Korzystając ze

Wiązka

rozbieżna

skanerów I-ej generacji (rok 1972) na

badanie należało poświęcić 4 – 5 min.

Pacjent

Zastosowanie wiązki rozbieżnej

Rys. 58 Rozwój tomografów komputerowych

ułożonej w wachlarz w skanerach II

generacji pozwoliło skrócić czas

badania do ok. 20 s. Późniejszy

Bank

detektorów

rozwój (skanery III i IV generacji)

III generacja ze źródłem impulsowym

czas ten skrócił do 4-5 s.

filtr

antykatoda

włókno

kolimator

Rys. 9.2 Uproszczony schemat lampy rentgenowskiej

Działko

elektronowe

i układ

próżniowy

Detektory

Wiązki

promieniowania X

Stół

Wiązka

elektronów

Wolframowy

pierścień anody

Rozbieżna wiązka

promieniowania X

Pierścień

detektorów

Kierunek

skanowania

Pacjent

Rys. 9.3 „Imatron”: widok z boku (a) i wzdłuż osi skanera. Czas badania przy użyciu

Imatronu to zaledwie 50 ms.

Rys. 9.4 Typowy obraz skanera komputerowego (SOMATON)

Rys. 9.5 Obraz tomograficzny brzucha

Rys. 9.6 Obrazy postępowania

zwiekiem osteoporozy u kobiet

w wieku 33 (a), 55( b) i 72 lat (c).

Obrazy wykonano na zestawie do

tomografii przy Europejskim

Źródle

Promieniowania

Synchrotronowego

(ESRF

–

European Synchrotron Radiation

Source ) w Grenoble, Francja

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: