1. SPECT en PET [15]
1.1. SPECT: Single Positron Emission Computed Tomography
1.1.A. Principe
① Overzicht van de verschillende stappen
Patiënt wordt op de
Radiotracer wordt Radiatie wordt
Radiotracer wordt tafel gebracht en Beeld wordt
in de patiënt gedetecteerd in de
aangemaakt correct gereconstrueerd
geïnjecteerd patiënt
gepositioneerd
② Hoe werkt de radiotracer in de patiënt?
❥ Een radiotracer wordt aangemaakt dat metastabiel is
❣ Dit deeltje is dus niet stabiel en wilt terugkeren naar een
stabiele toestand
❣ Dit zal hij doen door energie vrij te geven onder de vorm van een
gamma-foton
❥ Het uitgezonden gamma-foton wordt nadien opgevangen door de
detector
❥ Dit proces gebeurt terwijl dat de twee detectoren rondom
de patiënt bewegen waardoor er signaal wordt opgevangen
in verschillende richtingen
❥ Tomografie: een sinogram wordt opgesteld o.b.v. de
verschillende signalen die na reconstructie een beeld zal
vormen
1.1.B. Instrumentatie
① Principe
Ontsnapte Elektrisch signaal
γ-fotonen
Positiebepaling
Signaalbepaling
Sinogram o.b.v. alle
verschillende projecties
van de draaiende detector
,② Overzicht
1.
2.
3.
4.
1. De collimator
❣ De collimator staat in voor het geleiden van de hoogenergetische fotonen
❣ De manier hoe hij ze geleid zorgt voor het bekomen van spatiale positionele informatie
2. De crystal: het scintillerend crystal zal zorgen voor het omzetten van hoogenergetische fotonen tot
zichtbaar licht
3. De lichtgeleider (‘lightguide’): de zichtbaar licht deeltjes zullen invallen op fotokathoden en zo zorgen
voor de vrijstelling van een elektron in de PMT
4. De photomultiplier tube (PMT): hierin zal van 1 elektron, meerdere worden vrijgesteld om het signaal te
amplificeren zodat er aan de uiteinde een elektrisch signaal vrijkomt
④ De collimator
1) Functie
❥ Vanuit de patiënt komen verschillende gamma-fotonen vrij in allerlei richtingen
❥ Dit vormt een probleem: hoe kunnen we weten van waar het signaal komt als de fotonen vanuit alle
verschillende richtingen kunnen binnenvallen?
❥ De oplossing hiervoor is de collimator
❣ Een structuur zodanig opgesteld dat het enkel fotonen toelaat
die loodrecht lopen met de collimator
❣ Resultaat: als een signaal wordt gedetecteerd dan weet men
dat deze van loodrecht kwam
❥ Het doel van de collimator is dus om enkel radiatie vanuit één
richting te meten
,2) Productie
❥ De collimator bestaat uit dens materiaal van atomen met een hoog atoomgetal zoals lood of wolfraam
(tungsten)
❥ De collimator kan op twee wijzen worden gemaakt…
1. Via plooien
⤷ Plooien van meerdere lagen worden op elkaar
gebracht
⤷ De rand tussen naastliggende zeshoeken is
dubbeldik, dit zorgt ervoor dat er
verstrooiingsartefacten zijn in 2 richtingen
2. Via een gietstuk
⤷ Vloeibaar metaal wordt in het gietstuk gegoten en
dan afgekoeld
⤷ De rand tussen naastliggende zeshoeken is dun,
dit zorgt voor verstrooiingsartefacten in 3
richtingen
❣ De geplooide collimator is dus idealer want hier
zijn er artefacten in minder richtingen wat betekent dat er minder fotonen worden doorgelaten
❣ De septale dikte wordt bepaald door de energie van de gebruikt
isotoop
❣ De spatiale resolutie van SPECT wordt bepaald door de collimator
en de verhouding van: de breedte van één zeshoek en de lengte van
één zeshoek
3) Soorten collimators
1. Parallelle collimator
❣ De standaard collimator gebruikt
❣ Heeft een lage sensitiviteit doordat hij een lage gat
breedte en grote gat hoogte bezit
2. Pinhole collimator:
❣ Creëert een omgekeerd en vergroot beeld
❣ Voordeel: betere resolutie
❣ Nadeel: beperkte FOV, je moet al weten wat je zoekt of
waar je moet zitten
3. Convergerende collimator
❣ Creëert een vergroot beeld
❣ Voordeel: betere resolutie
❣ Nadeel: beperkte FOV, je moet al weten wat je zoekt of
waar je moet zitten
, 4) De resolutie van de collimator
❥ De resolutie van SPECT wordt mede bepaald door de collimator
❥ De resolutie van de collimator bedraagt ~10 mm bij 10 cm
❥ Gegeven: linkse afbeelding
❥ De resolutiewaarde van de collimator wordt als volgt berekend:
aD
R∝ | a = gat breedte | d = gat hoogte | D = afstand tot de bron
d
❥ We zien dus dat:
❣ Als a groot is, dan is R groot en vice versa (recht evenredig)
❣ Als d groot is, dan is R klein en vice versa (omgekeerd evenredig)
❣ D kunnen we niet veranderen want die is beperkt door de afstand dat de detector kan zitten tot het
lichaam en de hoeveelheid weefsel (zoals vet) dat een patiënt bezit
❥ De resolutiewaarde houden we best zo laag mogelijk (= hoge resolutie)
❣ Hoe lager hij is, hoe minder uitgesmeerd de projectie zal zijn
❣ Je wilt hier dus een kleine a en een grote d zodat de resolutiewaarde
zo klein mogelijk wordt gehouden
❥ Stel dat de bron een punt is
❣ Hoe verder we de detector zetten van de bron, hoe groter de
projectie (een bol) zal zijn
❣ De coupe van de projectie is een Gauss-curve
❣ De resolutie is hier dan de breedte van de curve (=FWHM)
5) De sensitiviteit van de collimator
❥ De sensitiviteit beschrijft hoeveel van de uitgestuurde fotonen werkelijk worden gecapteerd door de
collimator
❥ De sensitiviteit wil je zo hoog mogelijk hebben
❥ De sensitiviteit wordt als volgt berekend:
a 2
S = ( ) | a = gat breedte | d = gat hoogte
d
❣ De sensitiviteit is onafhankelijk van de afstand tot de collimator
❣ Aangezien de sensitiviteit zo hoog mogelijk moet zijn wil je liefst:
⤷ Een grote a
⤷ Een kleine d
❣ Bij de resolutie wouden we echter een kleine a en grote d, er zal dus wat compensatie moeten
gebeuren tussen R en S zodat we beiden zo goed mogelijk houden = het dilemma tussen R en S
1.1. SPECT: Single Positron Emission Computed Tomography
1.1.A. Principe
① Overzicht van de verschillende stappen
Patiënt wordt op de
Radiotracer wordt Radiatie wordt
Radiotracer wordt tafel gebracht en Beeld wordt
in de patiënt gedetecteerd in de
aangemaakt correct gereconstrueerd
geïnjecteerd patiënt
gepositioneerd
② Hoe werkt de radiotracer in de patiënt?
❥ Een radiotracer wordt aangemaakt dat metastabiel is
❣ Dit deeltje is dus niet stabiel en wilt terugkeren naar een
stabiele toestand
❣ Dit zal hij doen door energie vrij te geven onder de vorm van een
gamma-foton
❥ Het uitgezonden gamma-foton wordt nadien opgevangen door de
detector
❥ Dit proces gebeurt terwijl dat de twee detectoren rondom
de patiënt bewegen waardoor er signaal wordt opgevangen
in verschillende richtingen
❥ Tomografie: een sinogram wordt opgesteld o.b.v. de
verschillende signalen die na reconstructie een beeld zal
vormen
1.1.B. Instrumentatie
① Principe
Ontsnapte Elektrisch signaal
γ-fotonen
Positiebepaling
Signaalbepaling
Sinogram o.b.v. alle
verschillende projecties
van de draaiende detector
,② Overzicht
1.
2.
3.
4.
1. De collimator
❣ De collimator staat in voor het geleiden van de hoogenergetische fotonen
❣ De manier hoe hij ze geleid zorgt voor het bekomen van spatiale positionele informatie
2. De crystal: het scintillerend crystal zal zorgen voor het omzetten van hoogenergetische fotonen tot
zichtbaar licht
3. De lichtgeleider (‘lightguide’): de zichtbaar licht deeltjes zullen invallen op fotokathoden en zo zorgen
voor de vrijstelling van een elektron in de PMT
4. De photomultiplier tube (PMT): hierin zal van 1 elektron, meerdere worden vrijgesteld om het signaal te
amplificeren zodat er aan de uiteinde een elektrisch signaal vrijkomt
④ De collimator
1) Functie
❥ Vanuit de patiënt komen verschillende gamma-fotonen vrij in allerlei richtingen
❥ Dit vormt een probleem: hoe kunnen we weten van waar het signaal komt als de fotonen vanuit alle
verschillende richtingen kunnen binnenvallen?
❥ De oplossing hiervoor is de collimator
❣ Een structuur zodanig opgesteld dat het enkel fotonen toelaat
die loodrecht lopen met de collimator
❣ Resultaat: als een signaal wordt gedetecteerd dan weet men
dat deze van loodrecht kwam
❥ Het doel van de collimator is dus om enkel radiatie vanuit één
richting te meten
,2) Productie
❥ De collimator bestaat uit dens materiaal van atomen met een hoog atoomgetal zoals lood of wolfraam
(tungsten)
❥ De collimator kan op twee wijzen worden gemaakt…
1. Via plooien
⤷ Plooien van meerdere lagen worden op elkaar
gebracht
⤷ De rand tussen naastliggende zeshoeken is
dubbeldik, dit zorgt ervoor dat er
verstrooiingsartefacten zijn in 2 richtingen
2. Via een gietstuk
⤷ Vloeibaar metaal wordt in het gietstuk gegoten en
dan afgekoeld
⤷ De rand tussen naastliggende zeshoeken is dun,
dit zorgt voor verstrooiingsartefacten in 3
richtingen
❣ De geplooide collimator is dus idealer want hier
zijn er artefacten in minder richtingen wat betekent dat er minder fotonen worden doorgelaten
❣ De septale dikte wordt bepaald door de energie van de gebruikt
isotoop
❣ De spatiale resolutie van SPECT wordt bepaald door de collimator
en de verhouding van: de breedte van één zeshoek en de lengte van
één zeshoek
3) Soorten collimators
1. Parallelle collimator
❣ De standaard collimator gebruikt
❣ Heeft een lage sensitiviteit doordat hij een lage gat
breedte en grote gat hoogte bezit
2. Pinhole collimator:
❣ Creëert een omgekeerd en vergroot beeld
❣ Voordeel: betere resolutie
❣ Nadeel: beperkte FOV, je moet al weten wat je zoekt of
waar je moet zitten
3. Convergerende collimator
❣ Creëert een vergroot beeld
❣ Voordeel: betere resolutie
❣ Nadeel: beperkte FOV, je moet al weten wat je zoekt of
waar je moet zitten
, 4) De resolutie van de collimator
❥ De resolutie van SPECT wordt mede bepaald door de collimator
❥ De resolutie van de collimator bedraagt ~10 mm bij 10 cm
❥ Gegeven: linkse afbeelding
❥ De resolutiewaarde van de collimator wordt als volgt berekend:
aD
R∝ | a = gat breedte | d = gat hoogte | D = afstand tot de bron
d
❥ We zien dus dat:
❣ Als a groot is, dan is R groot en vice versa (recht evenredig)
❣ Als d groot is, dan is R klein en vice versa (omgekeerd evenredig)
❣ D kunnen we niet veranderen want die is beperkt door de afstand dat de detector kan zitten tot het
lichaam en de hoeveelheid weefsel (zoals vet) dat een patiënt bezit
❥ De resolutiewaarde houden we best zo laag mogelijk (= hoge resolutie)
❣ Hoe lager hij is, hoe minder uitgesmeerd de projectie zal zijn
❣ Je wilt hier dus een kleine a en een grote d zodat de resolutiewaarde
zo klein mogelijk wordt gehouden
❥ Stel dat de bron een punt is
❣ Hoe verder we de detector zetten van de bron, hoe groter de
projectie (een bol) zal zijn
❣ De coupe van de projectie is een Gauss-curve
❣ De resolutie is hier dan de breedte van de curve (=FWHM)
5) De sensitiviteit van de collimator
❥ De sensitiviteit beschrijft hoeveel van de uitgestuurde fotonen werkelijk worden gecapteerd door de
collimator
❥ De sensitiviteit wil je zo hoog mogelijk hebben
❥ De sensitiviteit wordt als volgt berekend:
a 2
S = ( ) | a = gat breedte | d = gat hoogte
d
❣ De sensitiviteit is onafhankelijk van de afstand tot de collimator
❣ Aangezien de sensitiviteit zo hoog mogelijk moet zijn wil je liefst:
⤷ Een grote a
⤷ Een kleine d
❣ Bij de resolutie wouden we echter een kleine a en grote d, er zal dus wat compensatie moeten
gebeuren tussen R en S zodat we beiden zo goed mogelijk houden = het dilemma tussen R en S
