Periode 1
Nucleaire geneeskunde NG, week 2
Stralingsdetectie/gammacamera USB:
Bij nucleaire geneeskunde krijgt een patiënt een radiofarmacon geïnjecteerd. We spreken alleen
over gammastralen. De richting waarin deze stralen het lichaam verlaten berust op toeval. Straling
gaat altijd rechtdoor
De radioactieve elementen worden radionucliden of nucliden genoemd. Bij het vervallen in een
andere element ontstaat energie zoals bijvoorbeeld warmte energie óf zelfs zichtbaar licht; dit is een
vorm van electro-magnetische straling.
Na ontstaan van een straaltje kunnen er 3 processen plaats vinden:
1. Foto-electrisch effect : het geeft alle energie af aan de materie (weefsel); volledige absorptie
(opname)
2. Compton-effect : het geeft een deel van de energie af aan de materie; compton-verstrooiing
(een deel gaat door het weefsel heen)
3. Transmissie (volledige doordringing) : het geeft geen energie af; de energie stralen gaan
door de materie heen (de stralen zijn erg sterk energetisch en de materie heeft lage
dichtheid)
De gammacamera zit boven de patiënt, doordat de stralen uit alle kanten van de patiënt kunnen
komen, gaat veel informatie (stralen) verloren (deze komen de kamer in en heb je niks aan).
Aan de voorkant (ventraal) van de patiënt komen dus gammastralen vrij. In de gammacamera zit een
kristal die bij het invallen van een gammafoton de stralingsenergie kan omzetten in licht. En dit licht
wordt door een elektronisch circuit, namelijk de photo multiplier tubes (PMT) (deze zitten achter de
kristal), omgezet in elektrische stroompjes die de grote van de energie doorgeven en de plek van
deze energie onthouden. Het elektrisch signaal wordt geanalyseerd naar plaats van inslag en sterkte.
Dit signaal wordt bewerkt en over geplaatst naar een computer.
Het kristal bestaat uit Natrium-Jodide (NaI) en is hygroscopisch: het absorbeert vocht kristal
kleurt dan geel en is hierdoor slechter doorlaatbaar voor licht nadelig voor het beeld.
de Gammafotonen die in de kristal aankomen botsen tegen de NaI-moleculen aan, ze verliezen
energie en veranderen in een nieuw foton. Dit proces herhaalt zich nog 3000 keer PER gammafoton.
Al deze lichtflitsjes ontstaan in een korte tijd en neem je waar als 1 lichtflits. In het kristal zit ook een
beetje Thallium, NaI(TI)-kristal. Dit om de golflengte van het vrijgekomen UV licht (dat vrijkwam
naast het vrijgekomen zichtbaar licht) iets lager te maken zodat de PMT dit licht kan waarnemen.
Een (ingevallen) lichtfoton veroorzaakt het vrijkomen van een elektron uit de
fotokathode (A) (negatief geladen). het elektron wordt aangetrokken door de eerste
dynode (C) (is positief geladen (+300 volt)). De elektron wordt afgebogen door de
afbuigcondensator (B) (is namelijk negatief). De volgende dynode heeft een hogere
positieve lading (+400 volt) dus knallen de elektronen tegen deze dynode. Na iedere
botsing worden steeds meer elektronen vrijgemaakt, het spanningsverschil tussen elke
dynode bedraagt steeds +100 volt. Uiteindelijk valt een grote elektronenstroom op de
anode en wordt doorgegeven aan de plaatsbepalingselectronica (en omgezet in
geschikt signaal voor verder bewerking).
, Periode 1
In een moderne gammacamera zitten zo’n 40 tot 100 PTM’s (dit plaatje is 1 PTM)
Het signaal van alle PMT’s wordt per inslag gemeten en ontleed in een x- en y-richting (grafiek).
Z-signaal : de optelsom van de informatie uit de PMT’s. de sterkte komt dus overeen met de energie
van het gedetecteerde foton.
Maar doordat de gammastralen via allerlei richtingen op de gammacamera (detector) valt, krijg je
geen mooi beeld van het lichaam en de organen. De gedetecteerde straling heeft dus geen relatie
met de plaats waar de straling vandaan kwam. Daarom wordt er tussen de patiënt en de
gammacamera een collimator geplaatst. Deze loden plaat met veel gaatjes absorbeert (neemt
op/houdt tegen) de schuin invallende straling. Alleen de straling die loodrecht uit het lichaam de
gammacamera binnen komt kunnen erdoorheen en hierdoor krijg je een normaal gewenste
afbeelding.
De collimator bestaat uit laagjes lood genaamd septa (septum = tussenschot). De gaten tussen de
septa zijn verschillend van vorm (6hoekig/vierkant = lamellen), hoe kleiner de diameter van al deze
gaatjes (lamellen) zijn, hoe nauwkeuriger de plaatsbepaling van de organen (het beeld). Tevens hoe
langer heet spectum (meer de diepte in) hoe nauwkeuriger de plaatsbepaling. Hoe dikker het
spectum, hoe groter het absorberend vermogen (dikker dus meer lood, dus meer schuine stralen
tegenhouden, handig voor high energy >250 keV). Voor low energy <170 keV mag het spectum erg
dun zijn.
1. High Resolution collimator : kleine lammelen; geeft hoge resolutie (veel details) maar laat
weinig straling door
2. High Sensitivity collimator : hoge gevoeligheid/lamellen; geeft lage resolutie (details) maar
laat wel veel straling door
3. General Purpose collimator : wordt algemeen gebruikt (het vaakst)
De energie van straling is voor ieder nuclide verschillend maar voor hetzelfde nuclide blijft dit altijd
gelijk. De maximaal meetbare energie in de NG ligt rond de 500 keV (kiloelektroVolt) (heel hoog). Bij
hogere energie moeten dikkere septa gebruikt worden.
Energiespecrum : grafiek met op de y-as aantal gemeten fotonen, op de x-as de bepaalde energie
van deze fotonen in keV. Er ontstaat 1 piek (dit gebied heet energiewindow of energievenster, dit
gebied wordt uitgedrukt in procenten (ong rond 20% bij bv een bepaalde stof)), het uiterste van deze
piek geeft de maximale energie weer. De marge van deze piek is dus aan beiden kanten 10%. Als de
piek een energie aan 140keV bedraagt dan is de laagste gemeten energie 136 keV en de hoogste 154
keV, jij moet dan zelf deze waarden instellen in de computer. Maar eigenlijk komen er geen fotonen
voor met een hogere energie dan de maximale van 140 keV. Er ontstaan uitschieters door
elektronische onnauwkeurigheid. De kleine hobbeltjes rondom de piek kun je verwijderen, dit kan
bijvoorbeeld komen van de natuurlijke achtergrondstraling.
Het allerliefst wil je een window van bv 1% (dus gewoon 140keV), maar dit is zowat onmogelijk
omdat de acquistietijd dan zal toenemen van 2 a 3 minuten naar 30 minuten.
Multi-channel-analyzer (MCA) : het apparaat dat de fotonenenergieën kan meten en deze omzet in
een energiespectrum.
, Periode 1
Nog een paar problemen:
1. Het foton heeft meerdere keren een beetje energie in het lichaam afgestaan. Hierdoor
begonnen de gammastralen rond het hart en ging het vervolgens naar de maag en via
daaruit loodrecht naar de gammacamera. Nu detecteert de gammacamera een hoeveelheid
energie die vanuit de maag komt, maar deze energie klopt niet want er is meer energie
ergens anders in het lichaam nog afgestaan. Je krijgt vager beeld.
2. Het foton heeft een beetje energie aan een lucht-molecuul afgestaan. De straling zou eerst
schuin uit het lichaam lopen (dus helemaal niet gedetecteerd worden), maar als het energie
afgeeft aan een lucht-molecuul kan deze gammastraling weer loodrecht op de
gammacamera komen en wordt er willekeurig een deel van een orgaan uit getekend
bij een patiënt wordt 80 MBq aan radiofarmacon ingespoten. Dus dat is 80.000.000 desintegraties
per seconde, wat overeenkomt met 80 miljoen straaltjes per seconde.
De gammacamera mag nooit uitgzet worden omdat geen enkel PMT hetzelfde is (dezelfde spanning
heeft), de spanning moet altijd geactiveerd blijven.
Opdracht 1
1) Maak een overzicht van de verschillende relevante onderdelen van een
gammacamera en geef een beschrijving van hun functie en werking, verduidelijk het
geheel met tekeningen.
Benoem hierbij de volgende onderdelen:
o Collimator
o Kristal
o PMT
o X/Y-detector (plaatsbepalende elektronica)
o Z-detectie (pulshoogteanalysator)
Zie hierboven mijn antwoord:
Vul de woordenlijst aan.
2) Teken een energiespectrum waarin de energie van 99mTc is gemeten.
Geef aan welke eenheid op de x-as en de y-as is af te lezen.
Geef met een pijl de energiepiek van het 99mTc aan.
Geef met een pijl de compton-energieën aan.
Teken in de tekening een energie-window van 20%.
Geef de waarden van de begingrens en de eindgrens van het energie-window aan.
Nucleaire geneeskunde NG, week 2
Stralingsdetectie/gammacamera USB:
Bij nucleaire geneeskunde krijgt een patiënt een radiofarmacon geïnjecteerd. We spreken alleen
over gammastralen. De richting waarin deze stralen het lichaam verlaten berust op toeval. Straling
gaat altijd rechtdoor
De radioactieve elementen worden radionucliden of nucliden genoemd. Bij het vervallen in een
andere element ontstaat energie zoals bijvoorbeeld warmte energie óf zelfs zichtbaar licht; dit is een
vorm van electro-magnetische straling.
Na ontstaan van een straaltje kunnen er 3 processen plaats vinden:
1. Foto-electrisch effect : het geeft alle energie af aan de materie (weefsel); volledige absorptie
(opname)
2. Compton-effect : het geeft een deel van de energie af aan de materie; compton-verstrooiing
(een deel gaat door het weefsel heen)
3. Transmissie (volledige doordringing) : het geeft geen energie af; de energie stralen gaan
door de materie heen (de stralen zijn erg sterk energetisch en de materie heeft lage
dichtheid)
De gammacamera zit boven de patiënt, doordat de stralen uit alle kanten van de patiënt kunnen
komen, gaat veel informatie (stralen) verloren (deze komen de kamer in en heb je niks aan).
Aan de voorkant (ventraal) van de patiënt komen dus gammastralen vrij. In de gammacamera zit een
kristal die bij het invallen van een gammafoton de stralingsenergie kan omzetten in licht. En dit licht
wordt door een elektronisch circuit, namelijk de photo multiplier tubes (PMT) (deze zitten achter de
kristal), omgezet in elektrische stroompjes die de grote van de energie doorgeven en de plek van
deze energie onthouden. Het elektrisch signaal wordt geanalyseerd naar plaats van inslag en sterkte.
Dit signaal wordt bewerkt en over geplaatst naar een computer.
Het kristal bestaat uit Natrium-Jodide (NaI) en is hygroscopisch: het absorbeert vocht kristal
kleurt dan geel en is hierdoor slechter doorlaatbaar voor licht nadelig voor het beeld.
de Gammafotonen die in de kristal aankomen botsen tegen de NaI-moleculen aan, ze verliezen
energie en veranderen in een nieuw foton. Dit proces herhaalt zich nog 3000 keer PER gammafoton.
Al deze lichtflitsjes ontstaan in een korte tijd en neem je waar als 1 lichtflits. In het kristal zit ook een
beetje Thallium, NaI(TI)-kristal. Dit om de golflengte van het vrijgekomen UV licht (dat vrijkwam
naast het vrijgekomen zichtbaar licht) iets lager te maken zodat de PMT dit licht kan waarnemen.
Een (ingevallen) lichtfoton veroorzaakt het vrijkomen van een elektron uit de
fotokathode (A) (negatief geladen). het elektron wordt aangetrokken door de eerste
dynode (C) (is positief geladen (+300 volt)). De elektron wordt afgebogen door de
afbuigcondensator (B) (is namelijk negatief). De volgende dynode heeft een hogere
positieve lading (+400 volt) dus knallen de elektronen tegen deze dynode. Na iedere
botsing worden steeds meer elektronen vrijgemaakt, het spanningsverschil tussen elke
dynode bedraagt steeds +100 volt. Uiteindelijk valt een grote elektronenstroom op de
anode en wordt doorgegeven aan de plaatsbepalingselectronica (en omgezet in
geschikt signaal voor verder bewerking).
, Periode 1
In een moderne gammacamera zitten zo’n 40 tot 100 PTM’s (dit plaatje is 1 PTM)
Het signaal van alle PMT’s wordt per inslag gemeten en ontleed in een x- en y-richting (grafiek).
Z-signaal : de optelsom van de informatie uit de PMT’s. de sterkte komt dus overeen met de energie
van het gedetecteerde foton.
Maar doordat de gammastralen via allerlei richtingen op de gammacamera (detector) valt, krijg je
geen mooi beeld van het lichaam en de organen. De gedetecteerde straling heeft dus geen relatie
met de plaats waar de straling vandaan kwam. Daarom wordt er tussen de patiënt en de
gammacamera een collimator geplaatst. Deze loden plaat met veel gaatjes absorbeert (neemt
op/houdt tegen) de schuin invallende straling. Alleen de straling die loodrecht uit het lichaam de
gammacamera binnen komt kunnen erdoorheen en hierdoor krijg je een normaal gewenste
afbeelding.
De collimator bestaat uit laagjes lood genaamd septa (septum = tussenschot). De gaten tussen de
septa zijn verschillend van vorm (6hoekig/vierkant = lamellen), hoe kleiner de diameter van al deze
gaatjes (lamellen) zijn, hoe nauwkeuriger de plaatsbepaling van de organen (het beeld). Tevens hoe
langer heet spectum (meer de diepte in) hoe nauwkeuriger de plaatsbepaling. Hoe dikker het
spectum, hoe groter het absorberend vermogen (dikker dus meer lood, dus meer schuine stralen
tegenhouden, handig voor high energy >250 keV). Voor low energy <170 keV mag het spectum erg
dun zijn.
1. High Resolution collimator : kleine lammelen; geeft hoge resolutie (veel details) maar laat
weinig straling door
2. High Sensitivity collimator : hoge gevoeligheid/lamellen; geeft lage resolutie (details) maar
laat wel veel straling door
3. General Purpose collimator : wordt algemeen gebruikt (het vaakst)
De energie van straling is voor ieder nuclide verschillend maar voor hetzelfde nuclide blijft dit altijd
gelijk. De maximaal meetbare energie in de NG ligt rond de 500 keV (kiloelektroVolt) (heel hoog). Bij
hogere energie moeten dikkere septa gebruikt worden.
Energiespecrum : grafiek met op de y-as aantal gemeten fotonen, op de x-as de bepaalde energie
van deze fotonen in keV. Er ontstaat 1 piek (dit gebied heet energiewindow of energievenster, dit
gebied wordt uitgedrukt in procenten (ong rond 20% bij bv een bepaalde stof)), het uiterste van deze
piek geeft de maximale energie weer. De marge van deze piek is dus aan beiden kanten 10%. Als de
piek een energie aan 140keV bedraagt dan is de laagste gemeten energie 136 keV en de hoogste 154
keV, jij moet dan zelf deze waarden instellen in de computer. Maar eigenlijk komen er geen fotonen
voor met een hogere energie dan de maximale van 140 keV. Er ontstaan uitschieters door
elektronische onnauwkeurigheid. De kleine hobbeltjes rondom de piek kun je verwijderen, dit kan
bijvoorbeeld komen van de natuurlijke achtergrondstraling.
Het allerliefst wil je een window van bv 1% (dus gewoon 140keV), maar dit is zowat onmogelijk
omdat de acquistietijd dan zal toenemen van 2 a 3 minuten naar 30 minuten.
Multi-channel-analyzer (MCA) : het apparaat dat de fotonenenergieën kan meten en deze omzet in
een energiespectrum.
, Periode 1
Nog een paar problemen:
1. Het foton heeft meerdere keren een beetje energie in het lichaam afgestaan. Hierdoor
begonnen de gammastralen rond het hart en ging het vervolgens naar de maag en via
daaruit loodrecht naar de gammacamera. Nu detecteert de gammacamera een hoeveelheid
energie die vanuit de maag komt, maar deze energie klopt niet want er is meer energie
ergens anders in het lichaam nog afgestaan. Je krijgt vager beeld.
2. Het foton heeft een beetje energie aan een lucht-molecuul afgestaan. De straling zou eerst
schuin uit het lichaam lopen (dus helemaal niet gedetecteerd worden), maar als het energie
afgeeft aan een lucht-molecuul kan deze gammastraling weer loodrecht op de
gammacamera komen en wordt er willekeurig een deel van een orgaan uit getekend
bij een patiënt wordt 80 MBq aan radiofarmacon ingespoten. Dus dat is 80.000.000 desintegraties
per seconde, wat overeenkomt met 80 miljoen straaltjes per seconde.
De gammacamera mag nooit uitgzet worden omdat geen enkel PMT hetzelfde is (dezelfde spanning
heeft), de spanning moet altijd geactiveerd blijven.
Opdracht 1
1) Maak een overzicht van de verschillende relevante onderdelen van een
gammacamera en geef een beschrijving van hun functie en werking, verduidelijk het
geheel met tekeningen.
Benoem hierbij de volgende onderdelen:
o Collimator
o Kristal
o PMT
o X/Y-detector (plaatsbepalende elektronica)
o Z-detectie (pulshoogteanalysator)
Zie hierboven mijn antwoord:
Vul de woordenlijst aan.
2) Teken een energiespectrum waarin de energie van 99mTc is gemeten.
Geef aan welke eenheid op de x-as en de y-as is af te lezen.
Geef met een pijl de energiepiek van het 99mTc aan.
Geef met een pijl de compton-energieën aan.
Teken in de tekening een energie-window van 20%.
Geef de waarden van de begingrens en de eindgrens van het energie-window aan.
