34

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

35

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

36

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

38

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

39

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)

40

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)

41

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

42

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

43

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

44

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−∝

45

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

46

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

47

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

49

Câmaras gama: Exemplos

50

Para benefício de todos…

52

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

54

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

56

aaa

bbb

Câmaras SPECTNo limite

58

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

59

Exemplo da imagem estática: ventilação/perfusão pulmonar

(99mTc-DTPA – um aerosol, partículas ~1 nm)

respirado

injectado

60

Imagem dinâmica

A capacidade de funcionar àstaxas altas é fundamental

61

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

62

Corpo inteiro: exemplo

63

Imagem tomográfica: exemplo

64

Imagem tomográfica: exemplo

68

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

69

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

76

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

77

Câmara CZT comercial

Evolução:

20cm x 20 cm

16 x 16 pixeis

IMARAD

79

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

81

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