Messtechnik und Instrumentierung in der Nuklearmedizin: eine Einführung
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Wien
Facultas
2017
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| Ausgabe: | 4., überarbeitete Auflage |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis Klappentext |
| Beschreibung: | X, 287 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 17 cm |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis V Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung............................................................... ...............................................1 1.1. Was ist Nuklearmedizin?................................................................................................3 1.2. Das Indikatorprinzip........................................................................................................4 1.3. Geschichte der Nuklearmedizin.....................................................................................5 1.3.1. Entwicklung kernphysikalischer Grundlagen.........................................................5 1.3.2. Entwicklung radiochemischer Grundlagen..........................................................6 1.3.3. 1.3.4. 1.3.5. 1.4. 2. Vergleich mit anderen bildgebenden Verfahren...................................................... 10 Physikalische Grundlagen der Nuklearmedizin.............................................11 2.1. Atomaufbau......................................................................................:................. ........ 13 2.1.1. Atomkern...........................................................................................................13 2.1.2. Atomhülle.......................................................................................................... 14 2.2. Radioaktivität................................................................................................................ 15 2.2.1.
Kernumwandlungen.......................................................................................... 15 2.2.2. Weitere Strahlungsarten.................................................................................... 18 2.2.3. Nuklidkarte........................................................................................................ 21 2.2.4. Umwandlungsschema....................................... 22 2.2.5. Umwandlungsgesetz und Halbwertszeit........................................................... 24 2.2.6. Einheit der Radioaktivität.................................................................................. 27 2.2.7. Radioaktive Umwandlung - Zusammenfassung................................................27 2.3. Allgemeine Eigenschaften ionisierender Strahlung________________________ 29 2.3.1. Strahlungsparameter.........................................................................................29 2.3.2. Energiespektren.................................................................................................30 2.3.3. Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie..............................................31 2.3.4. Wechselwirkung von Photonenstrahlung mit Materie...................................... 32 2.3.5. 2.3.6. 2.3.7. 2.4. 3. Entwicklung molekularbiologischer Grundlagen................................................ 7 Entwicklung messtechnischer Grundlagen................ 7 Entwicklung klinischer Anwendungen........................... 8 Schwächungsgesetz und
Halbwertsdicke..........................................................35 Abstandsquadratgesetz.....................................................................................40 Weitere Strahlungseffekte in Materie..................................................... 40 Dosis und Dosisleistung..............................................................................................42 2.4.1. Wirkung ionisierender Strahlung............................................................. :.........42 2.4.2. Dosisbegriffe......................................................................................................42 2.4.3. Dosisleistung.....................................................................................................44 Herstellung von Radionukliden........................................................................ 45 3.1. Radionuklide in der Nuklearmedizin.......................................................................... 47 3.1.1. Nuklide der In-vitro-Diagnostik....................... 48
VI Messtechnik und Instrumentierung in der Nuklearmedizin 3.1.2. 3.1.3. 3.2. 4. Radionuklidgenerator............................................... 52 3.2.1. 3.2.2. Aufbau und Funktion des Technetium-Generators............................................52 Aufbau und Funktion des 6aGe/68Ga-Generators................................................. 54 3.2.3. Andere Generatoren............................................................................................ 54 3.3. Kernreaktor...................................................................................................................... 56 3.4. Zyklotron..........................................................................................................................57 Detektoren.......................................................................................................... 61 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 5. Nuklide der In-vivo-Diagnostik........................................................................... 49 Nuklide der Radionuklidtherapie......................................................................... 50 Prinzip des Strahlungsnachweises................................................................................ 63 4.1.1. 4.1.2. Energieübertragung auf Materie durch Photonenstrahlung.......................... 63 Arten von Strahlungsdetektoren.......................................................................... 63 4.1.3. Bestandteile eines Strahlungsmessgerätes.......................................................... 64 Gasgefüllte
Detektoren................................................................................... 65 4.2.1. 4.2.2. lonisationsbereich.................................................................................................66 Proportionalbereich.............................. 66 4.2.3. Auslösebereich.....................................................................................................67 Halbleiterdetektoren.................................... 69 4.3.1. Germanium-Detektoren.......................................................................................69 4.3.2. Kadmiumtellurid-Detektoren............................................................. 4.3.3. Kadmiumzinktellurid-Detektoren........................................................................ 70 70 Lumineszenzdetektoren................................................................................................72 Szintillationsdetektoren.................................................................................................73 4.5.1. Nal(TI)-Szintillationsdetektor............................................................................... 73 4.5.2. 4.5.3. Andere anorganische Szintillationsdetektoren................................................... 74 Eigenschaften anorganischer Szintillationsdetektoren - Zusammenfassung... 75 4.5.4. 4.5.5. Organische Szintillatoren......................................................... 75 Photomultiplier.................................................................................................... 76 4.5.6. Funktion des
Szintillationsdetektors - Zusammenfassung.................................78 Grundlagen der Messtechnik............................................................................79 5.1. Elektronischer Aufbau einer Messeinrichtung.............................................................81 5.1.1. 5.2. Komponenten der Messelektronik.......................... 8! 5.1.2. Hochspannungsversorgung..................................................................................82 5.1.3. 5.1.4. Vorverstärker........................................................................................................ 82 Verstärker..............................................................................................................83 5.1.5. Impulshöhenanalysator........................................................................................84 5.1.6. Registriereinheit................................................................................................... 86 5.1.7. Analog-Digital-Konverter.......................................................................................87 Auswertung der Energieinformation.......................................................... 89 5.2.1. Impulshöhenspektrum........................................................................................ 89 5.2.2. Energiekalibrierung........................ 5.2.3. Energieauflösung................................................................................................. 93 91
VII Kapitel 1: Einleitung 5.2.4. 5.2.5. 6. 5.3. Generelle Eigenschaften einer Messeinrichtung..................................................... 97 5.3.1. Empfindlichkeit einer Messeinrichtung............................................................. 97 5.3.2. Empfindlichkeits-Kalibrierung......................................................................... 102 5.3.3. Nulleffekt und Hintergrund............................................................................. 103 5.3.4. Zeitliche Auflösung einer Messeinrichtung..................................................... 105 5.4. Grundlagen der Statistik für nuklearmedizinische Zwecke.................................. 108 5.4.1. Messgenauigkeit............................................................................................. 108 5.4.2. Statistische Methoden..................................................................................... 109 5.4.3. Zuverlässigkeit eines Messwerts aus statistischer Sicht....................................113 5.4.4. Nuklearmedizinische Zählstatistik....................................................................114 5.4.5. Erkennungs- und Nachweisgrenze............................ .....................................117 Strahlenüberwachungsgeräte..................................................................... П9 6.1. 6.2. 7. Aktivitätsmessgeräte.................................................................................................121 6.1.1. 6.1.2. 6.1.3.
Aktivimeter...................................................................................................... 121 Kontaminationsmonitore................................................................. 125 Gammaspektrometer........ . .............................................................................126 6.1.4. Ganzkörperzähler............................................................................................ 127 Dosis- und Dosisleistungsmessgeräte..................................................................... 130 6.2.1. Personendosimeter......................................................................................... 130 6.2.2. Dosisleistungsmessgeräte................................................................................131 Sonden-Messgeräte.......................................................................................133 7.1. Aufbau und Funktion................................................................................................ 135 7.1.1. 7.1.2. 7.1.3. 8. Energiefenstereinstellung................................................................................. 95 Gammaspektroskopie................ ;....................................................... ............... 96 Detektor............................................................................................................135 Kollimator und Messfeld.................................................................................. 135 Messelektronik.................................................................................................
136 7.2. Anwendungsmöglichkeiten :.................................................................................... 137 7.2.1. Organmessplatz (Uptake-Messplatz)................................................................ 137 7.2.2. Ganzkörperzähler............................................................................................ 138 7.2.3. Intraoperative Sonden..................................................................................... 138 7.3. Konstanzprüfung von Sonden-Messgeräten..........................................................142 Szintillationskamera......................................................................................143 8.1. Einleitung....................................................................................................................145 8.1.1. 8.1.2. 8.2. Detektorkopf............................................................................................................... 147 8.2.1. 8.2.2. 8.3. Allgemeines zur Bildgebung............................................................................ 145 Allgemeines zur Gammakamera.......................................................................145 Übersicht..........................................................................................................147 Komponenten des Detektorkopfes................................................................. 148 Impulsverarbeitung und Bilderzeugung.................................................................150
VIII Messtechnik und Instrumentierung in der Nuklearmedizin 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. 9. 8.3.1. Ausgangssignale des Detektorkopfes................................................................150 8.3.2. 8.3.3. Signalverarbeitung.................................................. 150 Bildspeicherung................................................................................ ................ 151 Kenngrößen.................................................................... 154 8.4.1. 8.4.2. Planare Inhomogenität.................................................... Planare örtliche Auflösung.................................. 155 156 8.4.3. Planare örtliche Linearität...;.......................................................................... 157 8.4.4. 8.4.5. Planare System-Empfindlichkeit.......................... Energieauflösung.................................................................................... 157 158 8.4.6. Inhärente Energieabhängigkeit der Ortung...................................................... 158 Kollimatoren........................................................... 8.5.1. Kollimatortypen................................. 160 160 8.5.2. Abbildungseigenschaften des Kollimators........................................................ 160 8.5.3. 8.5.4. Parallelloch-Kollimator....................................................................................... 163 Pinhole-Kollimator.................................... .....165 8.5.5. Fächerstrahl-Kollimatoren..................................................................................165 8.5.6.
Sonderformen.......................................................... 165 Uniformitätskorrektur.................................................................................................. 167 8.6.1. Energiekorrektur.................................................................................................167 8.6.2. 8.6.3. Linearitätskorrektur............................................................................................ 168 Homogenitätskorrektur.......................................................................... .......... 169 Single-Photon-Emission-Computed-Tomography (SPECT)...................................171 8.7.1. Einleitung.............................................. 171 8.7.2. Aufnahme der Projektionsbilder........................................................................171 8.7.3. Rotationszentrum............................................................................................... 174 8.7.4. 8.7.5. Kenngrößen bei SPECT.......................................................................................174 SPECT/CT.............................................................................................................175 8.8. Informationsdichte und Detailerkennbarkeit................................. 176 8.9. Sachgemäße Behandlung einer Gammakamera.....................................................177 PET-Scanner............................................................................................ .................... 179 9.1. Physikalische Grundlagen der
Positronenemissionstomographie........................181 9.1.1. 9.2. 9.3. Beta-plus-Umwandlung und Annihilation................ 181 9.1.2. Positronenstrahler für PET................................................................................... 182 9.1.3. Flugzeitmessung ( TOF)....................................................................................... 183 Schichtbilderzeugung................... ........................................................................ . 185 9.2.1. Strahlungsnachweis im Detektor....................................................................... 185 9.2.2. 9.2.3. Ortsbestimmung des Szintillationsereignisses............................. 186 Bestimmung der Koinzidenzlinien..................................................................... 186 9.2.4. Quantitative Aktivitätsbestimmung und SUV....................................................193 Untersuchungsgeräte.................................................................................................. 195 9.3.1. 9.3.2. Gerätetypen - Übersicht................................... ................................................. 195 PET-Scanner mit BGO-Detektoren..................................................................... 195 9.3.3. PET-Scanner mit anderen Detektoren............................................................... 196
Kapitel 1: Einleitung 9.4. 9.5. Morphologische und Funktionelle Bildgebung..................................................... 197 PET/CT........... .......................................................................... 9.5.1. 9.5.2. 9.6. 10. IX 198 Allgemeines..................................................................................................... 198 Patientendosis bei PET/CT................................................................................198 PET/MR.......................................................... 201 Rekonstruktion von Schichtbildern............................................................ 203 10.1. Bildberechnung......................................................................................................... 205 10.1.1. Projektionsbilder und 5inogramme................................................................ 205 10.1.2. Filterung..........................................................................................................207 10.1.3. Gefilterte Rückprojektion................................................................................ 212 10.1.4. Iterative Verfahren...........................................................................................214 10.1.5. Anwendung von Filtern.................................................................................. 216 10.2. Schichtdarstellung.....................................................................................................217 10.3.
Schwächungskorrektur.............................................................................................218 10.3.1. Allgemeines zur Sch wächungskorrektur........................................................ 218 10.3.2. Schwächungskorrektur nach Chang............................................................... 220 10.3.3. Transmissionsmessung mit Hilfe radioaktiver Strahlenquellen....................... 221 10.3.4. Transmissionsmessung mit Hilfe einer Röntgenröhre (Computertomographie)225 10.4. Weitere Korrekturen.................................................................................................. 228 10.4.1. Streustrahlungskorrektur............................................................................... 228 10.4.2. Teilvolumen-Effekt.......................................................................................... 233 10.4.3. Zerfallskorrektur..............................................................................................234 10.4.4. Totzeitkorrektur...............................................................................................235 11. Qualitätskontrolle......................................................................................... 237 11.1. Rechtliche Rahmenbedingungen............................................................................239 11.1.1. EU-Recht..........................................................................................................239 11.1.2. Nationales Recht................................. 240 11.1.3. Normen und
Standards...................................................................................240 11.2. Verfahren der Qualitätskontrolle............................................................................ 242 11.2.1. Abnahme- und Teilabnahmeprüfung.............................................................242 11.2.2. Konstanzprüfung............................................................................................. 243 11.2.3. Allgemeine Maßnahmen.................................................................................243 11.3. Konstanzprüfung Aktivimeter.................................................................................244 11.3.1. Übersicht.........................................................................................................244 11.3.2. Prüfungen............................. 245 11.4. Konstanzprüfung Gammakamera, SPECT-Kamera...............................................247 11.4.1. Übersicht.........................................................................................................247 11.4.2. Prüfungen....................................................................................................... 249 11.5. Konstanzprüfung PET.............................................................................................. 252 11.5.1. Übersicht......................................................................................................... 252 11.5.2. Prüfungen....................................................................................................... 254
x Messtechnik und Instrumentierung in der Nuklearmedizin 11.6. Konstanzprüfung ln-vivo-/In-vitro-Messplätze, Gamma-Sonden...................... 257 11.6.1. Übersicht.................................................................................................. 257 11.6.2. Prüfungen................................................................................................. 258 12. Anhang.......................................................................................................... 261 Weiterführende Literatur..............................................................................................263 Quellenverzeichnis zu den Abbildungen..................................................................... 265 Abkürzungen................................................................................................................271 Index 273
Das Werk vermittelt den grundlegenden Aufbau sowie die Funktion von Mess- und Untersuchungsgeräten in der Nuklear medizin. In erster Linie als Unterrichtsbehelf für die Ausbildung des radiologisch-technischen Dienstes konzipiert, richtet es sich gleichermaßen an alle Mitarbeiterinnen nuklearmedizinischer Abteilungen sowie an Interessierte anderer Fachgebiete wie Ärztinnen, Physikerinnen, Technische Dienste, Mitarbeiterinnen von Behörden oder Studentinnen, die sich einen Überblick über Messtechnik und Instrumentierung in der Nuklearmedizin verschaffen wollen. Spezifische Fachkenntnisse werden nicht vorausgesetzt.
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