A non-invazív 2d, 3d nukleáris orvosi képalkotó berendezés digitális detektor rendszere és fizikai teljesítőképessége
a
Kári Béla, aBilling Ádám, bMáté Eőrs, cMakay Árpád, aMedgyes Sándor, aMargitfalvy György, bKuba Attila, bDudásné Nagy Mariann, dKrasznai Istvána
GAMMA Műszaki Rt 1119 Bp. Fehérvári út 89.A non-invazív, in-vivo képalkotó diagnosztikai
eljárás a
Röntgen sugárzás felfedezésével és annak orvos-biológiai alkalmazásával
kezdődött 100 évvel ezelőtt. Az azóta eltelt időben számos más képalkotó
eljárás (ultrahang, NMR..) is elterjedt a napi klinikai gyakorlatban. Ezen
módszerek a vizsgáit szervben történt elváltozásokról adnak képi információt,
de az ott lezajló biokémiai folyamatokról nem vagy csak nagyon kis mértékben.
Az egyes szervek in-vivo biokémiai folyamatainak nyomkövetési módszerét
radioaktív sugárzó anyag segítségével Hevessy György alkalmazta először. A
vizsgált szerv izotópeloszlás térképét s annak gyors időbeli megváltozását
leképező s képszerű formában történő megjelenítését megvalósító eszközök a
nukleáris képalkotó berendezések - gamma kamera (2D), SPECT (3D), PET (3D)-,
amelyek mind morfológia mind funkcionális információt szolgáltatnak [1]. A jó
képalkotás (jel/zaj viszony és térbeli felbontóképesség) kulcsa egyrészt a
szervszelektivitást biztosító radiopharmakon, valamint a pharmakonhoz kémiailag
kötött gamma sugárzó anyag (mint nyomkövető izotóp) térbeli detektálását
megvalósító pozicióérzékeny és energiaszelektív szcintillációs [NaI(Tl)]
detektor rendszer. E detektor rendszer a sugárzó tér egy pontjából kiinduló
sugárzás helyét - pozícióérzékenység - dekódolja
az előre kiválasztott
energiatartományban -
energiaszelektivitás - az Anger-elv alapján [1], [3]. A teljes leképező
rendszer instrinsic fizikai paraméterei mint a térbeli és energia
felbontóképesség a detektor kialakítás, az elektronikus jelfeldolgozás, és a
pozícióbecslő algoritmus oldaláról befolyásolhatók [2]. A detektor kialakítás
szempontjából a klinikum részéről olyan igény jelentkezik, hogy a 60keV-500keV
energia tartományban megfelelő érzékenységű detektor álljon rendelkezésre. Ez
behatárolja, hogy egy adott vastagságnál (9.5mm) kisebb NaITI kristály nem
használható. A detektor kialakításánál nem marad más mint a kölcsönhatás során
keletkező szcintillációs fény minél jobb hasznosítása. Ez a NaITI kristály
felületkezelése és a szcintillációs fény a fénydetektorokhoz való minél jobb
optikai csatolása révén valósítható meg [2], [3]. Egy megépített detektor -
MDRF (Mean Detector Response Function) - detektor válasz függvényében a még
megmaradó hibák mint az energia helyfüggése és az MDRF nemlinearitása
korrekciós eljárások bevezetését teszi szükségessé a minél jobb
energiaszelektivitás és pozícióbecslés elérése érdekében. Ezen korrekciók -
energia korrekció, linearitás korrekció - az energia és a koordináta
információt hordozójelek digitali2,lásával (l2bit) egy gyors on-line
működő DSP-n (DigitalSignal Processor) keresztül valósul meg. A teljes
elektronikus jelfeldolgozás, pozícióbecslés, korrekciók 4-Ssec alatt
végrehajtódnak, amely 150kcps jelfeldolgozási sebességet tesz lehetővé. A
referencia adatok felvétele etalon forrással (Co57, Tc99) és geometriai
pontfantommal való kalibrálással történik elegendő számú esemény megfigyelése
alapján - [1]. Létezik még egy a teljes leképező rendszerre vonatkozó fizikai
paraméter a homogén aktivitás eloszlásra adott válasz függvény, az
inhomogenitás, amely egy újabb leképező elem, a kollimátor hibáját is magába
foglalhatja. A homogenitás korrekció művelete is kalibráció után a DSP-n
keresztül on-line módon hajtható végre. Az így felépített, Anger elven működő
és a klinikai gyakorlatban is használt DigiCam® - a GAMMA Műszaki Rt által
fejlesztett digitális detektor rendszer instrinsic térbeli felbontóképessége
rács-fantommal mérve eléri a ~2.3mm-t (FWHVM~4.2mm) a 380mm átmérőjű kerek, és 440mm*400mm
négyszögletes látómezőn belül 10.5-11%-os energia felbontóképességgel a
Tc99m 14lkeV-os fotocsúcsán. Ezzel a klinikai gyakorlatban a szükséges planáris
(2D) és SPECT (3D) vizsgálatok (csont, szív, agy, máj...) jó
felbontóképességgel (6-9mm) és reprodukálhatósággal (<4%) hajthatók végre. A
DigiCarn® fizikai, és klinikai paramétereinek ellenőrzése a különböző
nemzetközi teszt mérésekkel is megtörtént (WHO, MayoClinic...). A MayoClinic 3D
szívfantomján (mely számunkra egy "fekete doboz" volt) már az 5% defektust is
biztosan kimutatta a rendszer, és a teljes QC. (Quality Control) mérési sorozat
reprodukálhatósága <1 %-ra adódott. Nemzetközi és hazai tapasztalatok
alapján további kutatásaink, fejlesztéseink már arra irányulnak, hogy az
általános célú berendezések mellett célirányú, azaz adott szervre optimalizált
geometriai elrendezésű detektorrendszert alakítsunk ki. Igen jó klinikai
tapasztalataink vannak már a gyakorlatban is használt pajzsmirigy és
szívkameráról. Az USA-ban részese voltam azon kutató csoportnak (Wei Chang és
munkatársai), amely megalkotta annak a speciális hengerszimmetrikus
detektorrendszernek a kísérleti típusát, mely a jövő funkcionális agykutatás
egyik fontos eszköze lehet (2-3mm térbeli felbontóképesség a rutin diagnosztika
számára)[4].
Irodalomjegyzék:
[1] Kári Béla, Radioaktív y bomlás térbeli detektálása és képszerű rögzítésének fizikai alapelve. A post-graduális bio-mérnökök számára készült Biofizika jegyzet megfelelő fejezete. BME és SOTE FEFA pályázat/ Budapest 1995
[2] Jerzy Pawlowsky, Bela Kari, Yinong Liu, and Wei Chang, Bar-detector with extended field of view for a modular spect system. teee Transactions On Nuclear Science, Vo1.40.No4. 1130-1133,1993 3.
[3]Yinong Líu, Wei Chang and Bela Kari, Designlng position sensitive NaI(T1) bar-detectors with an empirical model, IEEE Transactions On Nuclear Science, Vo1.40.No4. 1008-101 l. 1993 4.
[4] Wie Chang, Jingai Lui and Bela Kari, A new modular detektor for a cylindrical brain spect system. IEEE Transaction On Nuclear Science, Vo1.4l.No4. 1489-1493. 1994