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resolução em posição
resolução em energia
eficiência/sensibilidade
uniformidade
linearidade
taxa de contagem máxima
Performance das câmaras gama
controlo da qualidade das câmaras gama consiste em testes periódicos
desses parâmetros de acordo com os normativos definidos em publcações do
NEMA (National Electrical Manufacturers Assocation)
Parâmetros importantes
Controlo da qualidade
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A resolução em energia caracteriza-se normalmente com FWHM – full width at half maximum
Resolução típica das câmaras com cristal de NaI(Tl) para 140 keV – ~12% FWHM
Resolução em energia
∑=
=N
iiUE
1
Energia depositada no cristal calcula-se somando amplitudes de sinais de todos os fotomultiplicadores
( )
−−2
20
2exp
2
1
σσπEE
O pico descreve-se com a função de Gauss
σ35.2≈FWHM
E∆
=0E
Boa resolução em energia permite eliminar os fotões quesofreram dispersão de Compton no corpo
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FWHM – full width at half maximum
FWTM – full width at tenth of maximum
para a distribuição gaussiana de xm FWHM ≈ 2.35σ
as vezes (em física em especial) sob a resolução entende-se σ
se a distribuição de xm não for gaussiana, o σ deixa de fazer sentido, mas os FWHM e FWTM continuam
Resolução em posição (I)
)(xδ
2
2
2σmx
e−
FWHM
FWTM
1
0.5
0.1
fonte
imagem
Medida “instrumental”:
xm(medido)
x
(xm – xmedido)
37� FWHM (= 2.35σ) é uma boa medida para a resolução
Resolução em posição (II)
∆x = 2.35σ ∆x = 2σ
∆x
resolvidos não-resolvidos
Medida “visual”:
∆x = 3σ
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Resolução em posição (III)Controlo rápido (semanal, diário):
Standard bar phantom – a = 4, 4.8, 6.4 e 9.5 mm (largura das faixas de Pb)
High Resolution phantom – a = 3.2, 4, 4.8 e 6.4 mm
Extra High Resolution – a = 2, 2.5, 3 e 3.5 mm
FWHM ≈≈≈≈ 1.7a (a – largura da faixa mais estreita resolvida)
coloca-se em contacto com o cristal (para avaliar a resolução intrínseca) ou em colimador (para medir a resolução do sistema) e irradia-se de uma distância grande com uma fonte ontual de 99mTc
Bar Phantom
Imagem
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intrínsecos – i.e. só da câmara sem colimador
do sistema (ou extrínsecos) – do sistema inteiro com colimador
Resolução intrínseca e do sistemaComo o mesmo detector pode ser usado com vários colimadores diferentes, são definidos os parâmetros:
22cis RRR +=
Resolução em posição do sistema:
Ri – resolução intrínseca do detector,
Rc – resolução do colimador (depende das dimensões desse mas também da distância entre o colimador e objecto)
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Uniformidade: medição
Uma fonte líquida uniforme de 57Co (122 keV, T1/2=270 d) Flood source
Idealmente,
uma irradiação uniforme do sistema devia resultar numa imagem uniforme
Teste da uniformidade do sistema(com colimador)
Teste da uniformidade intrínseca(só a câmara, sem colimador)
Fonte pontual de99mTc (140 keV, T1/2=6 h)
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Uniformidade
Número de contagens por unidade de área (pixel,
por exemplo) Nimage ≠≠≠≠const(x,y) apesar de
actividade da fonte ser constante Asource = const
Exemplo de não uniformidade
Origem: amplitude do sinal E depende da posição
Janela do discriminador
N
Emedida
∆E
∑=
=N
iimedida UE
1
Espectro de energia
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a origem está no algoritmo da reconstrução das coordenadas
uma vez conhecida, pode ser corrigida
LinearidadeResposta linear:Xmeasured = k ∗ Xtrue
xmedido
xverdadeiroxverdadeiro
xmedido
∑=
=N
iiiUxX
1
Resposta não linear:Xmeasured ≠ k ∗ Xtrue
Mascara de chumbo
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E varia ligeiramente com x – isto dá origem a não-uniformidade
desvios da recta no gráfico Xreconstruidoem função do Xverdadeiroresultam em não-linearidade na imagem
Câmara Gama: sinais
- sinais de cada fotomultiplicador
- sinal de soma (energia)∑=
=N
iiUE
1
∑=
=N
iiiUxX
1
iU
Sinais de posição
+X
−X
−+ += XXX
iiUx
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Taxa de contagem máximadetector ideal
Origem – sobreposição dos impulsos (pile-up)
non-paralyzable – a taxa de contagem satura
paralyzable – a taxa de contagem atinge um máximo e depois decresce
Medição:
Decaying source method – com uma fonte com T1/2 curto � R=R0 exp(-t/T1/2)durante a medição
Graded source method – com várias fontes de actividade calibrada
τte−∝
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Taxa de contagem máxima
Exemplo - câmara gama ADAC Genesys
Journal of Nuclear Medicine Technology Vol. 28 (2002) 252-256
Valores típicos para as câmaras de Anger – até 100 - 200 kcps (kilo counts per second)
Algumas câmaras especiais com compensação do pile-up conseguem até Rmax~106 cps (por exemplo, Journal of Nuclear Medicine Vol. 42 No. 4 (2001) 624-632)
NaI(Tl):
τ ≈ 250 ns
para que as perdas sejam <10%, o intervalo médio entre os impulsos
deve ser ~ 20τ a 30τ, i.e. ~5 – 7 µs� Rmax~105 cps
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Taxa de contagem máximaEfeito de pile-up na imagem
Efeito de pile-up no espectro do 99mTc
4 fontes pontuais,baixa taxa de contagem(não há pile-up)
pile-up de 2 impulsos pile-up de 3 impulsos
A1
2A1
Journal of Nuclear Medicine Vol. 42 No. 4 (2001) 624-632
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espessura do cristal de NaI(Tl): 1 a 1.3 cm
número de fotomultiplicadores: 60 a 100
campo de visão: ∅40 cm ou 40 x 50 cm2
gama de energias: 50 keV a 400 keV
eficiência para 140 keV: ≈90%
resolução intrínseca em posição: 3 a 4 mm (FWHM)
resolução em energia: 9.5% a 12% (FWHM)
taxa de contagens máxima: 100 a 300 kcps
linearidade: ≈ 1 mm
uniformidade: ≈ 4%
Câmaras de Anger comerciais: performance
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Câmaras gama: Exemplos
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Para benefício de todos…
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SPECT –
Single Photon Emission Computer Tomography
De 2-dimensões a 3D
Single Photon – a imagem é obtida com fotões únicas (um decaimento � um fotão emitido)
Emission – o fotão é emitido do dentro do corpo ao contrário da imagiologia com raios X em que os fotões são emitidos por uma fonte externa (transmission imaging)
Computer Tomography – imagens em 3D são reconstruídas com as técnicas computacionais
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A ideia é medir imagens planas segundo várias projecções e reconstruir a
distribuição do radioisótopo em 3D usando os algoritmos semelhantes à CT.
SPECT
Diferênça substancial: a fonte de raios gama está dentro do objecto
Realização: rodar uma ou várias câmaras gama
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aaa
bbb
Câmaras SPECTNo limite
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Imagiologia com câmaras gama
Imagens planos� Estáticos� Dinâmicos� Sincronizados com ECG � Do corpo inteiro (wholebody scanning)
Imagens em 3D� Imagens tomográficos estáticos� Tomografia sincronizada com ECG� Tomografia do corpo inteiro
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Exemplo da imagem estática: ventilação/perfusão pulmonar
(99mTc-DTPA – um aerosol, partículas ~1 nm)
respirado
injectado
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Imagem dinâmica
A capacidade de funcionar àstaxas altas é fundamental
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durante um cíclo são adquiridas várias imagens
as imagens correspondentes à mesma fase do ciclo somam-se durante muitos ciclos
Sincronização com o ritmo cardíaco
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Corpo inteiro: exemplo
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Imagem tomográfica: exemplo
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Imagem tomográfica: exemplo
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Compton camera
γp
γp′
ep
e( )θγ
γγ
cos11 2 −+=′
cm
E
EE
e
( )21cos cm
EEE
Ee
e
e
−−=
γγ
θeE
γEγE′
γγ EEEe ′−=θ
Mede-se a energia transferida ao electrão � determina-se o ângulo da dispersão
Det.1 Det.2
Ee, x,yx,y
Ee, x,yx,y
θ
detecção reconstrução
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o colimador não é preciso � ganha-se logo um factor de ~104-105 em eficiência
para conseguir uma resolução de ~3 mm é necessária uma resolução em energia muito boa no 1º detector (~1.5% a 140 keV) � semicondutor
semicondutor � área limitada � perde-se a eficiência geométrica
o material do 1º detector deve ser com Z baixo para maximizar a probabilidade doCompton
a espessura: fina � poucas interacções; grossa � alta probabilidade de interacções múltiplos
Compton camera (em desenvolvimento)
Ee, x,yx,y
θ
Colimação electrónica
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CZT é um semicondutor
sinal – impulso da corrente resultante da ionização
Câmara CZT - CdZnTe
g
CZT
TFT
( ) eW
EeNNdttIq he
γ2)( =+== ∫
4%
2.5 mm x 2.5 mm x 5 mm(já existe 1.6 mm x 1.6 mm x 5 mm)
CZT
e h
Leitura em 2D
Resolução em posição= tamanho do pixel
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Câmara CZT comercial
Evolução:
20cm x 20 cm
16 x 16 pixeis
IMARAD
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Vantagens das câmaras com CZT:
• Boa resolução em energia permite melhor discriminação do Compton
• Boa resolução em posição (1.6 a 2.5 mm contra 3 - 4 mm para câmaras de Anger)
• O tempo de recolha de carga é ~100 vezes mais curto do que o tempo de cintilação do NaI(Tl) � maior taxa de contagem é possível
Desvantagem:
• CZT ainda é muito caro � câmaras pequenas
CZT vs câmara de Anger com NaI(Tl)
CZT NaI(Tl) Anger camera
Aplicação principal – cintigrafia da mama
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Alta resolução do CZT em energia permite distinguir raios gama provenientes de isótopos diferentes
Alta resolução do CT em posição permite reconstruir o esqueleto com grande precisão e também localizar os órgãos
Imagem combinada: CZT + CT
GAMMA MEDICA-IDEAS
CZT
140 keV
159 keV
71 keV, 80 keV