BMET 253 GAMMA KAMERA

GAMMA KAMERA

Gama Kameranın Temel Parçaları 1-) KOLİMATÖR 2-) KRİSTAL 3-) FOTOMULTİPLEYER (FÇT)TÜPLER 4-) PULS YÜKSEKLİK ANALİZÖRLERİ 5-) BİLGİSAYAR

Gamma Kameranın Blok Yapısı

Gamma Kameranın İşleyiş Prensibi Konvansiyonel gama kameralarda, organdan yayılan gama fotonları kolimatör tarafından yönlendirilerek detektör elementi olan NaI(TI) kristali üzerine düşürülür. Gama fotonları burada durdurulup enerjileri ile orantılı olarak sintilasyon fotonlarına dönüştürülür. Bunlar da ışık yönlendirici tabaka tarafından odaklanıp FÇT girişindeki fotokatoda çarptırılarak buradan elektron kopmasına neden olur.

İşleyiş Prensipleri Açığa çıkan elektronlar FÇT içindeki dinodlar arasında yüksek voltajında etkisiyle hızlandırılır ve giderek sayıları artar. Elektronlar bu şekilde FÇT çıkışındaki anotta toplanır. Böylece organdan yayılan gama fotonları kristal içinde sintilasyon fotonlarına, FÇT içinde elektrik sinyallerine dönüştürülmüş olur.

İşleyiş Prensipleri FÇT’ten çıkan sinyaller X-boyutundan alınan sinyaller, Y-boyutundan alınan sinyaller ve Z-boyutundan (enerji boyutu) alınan sinyaller olmak üzere üç boyuttan gelir. Bu sinyaller çeşitli elektronik ünitelerde şiddetlendirilip, şekillendirildikten sonra katot ışınları tüpünde görüntüye dönüştürülürler.

1. Kolimatörler İyi görüntü elde etmek için amaca uygun kolimatör kullanmak gerekir. Kolimatörler genelde kurşundan yapılır. Çünkü kurşun; Yüksek atom numaralı (82) olup gama ışınlarını iyi absorbe eder. Yumuşak olup, kolay şekillendirilebilir. Fiyatı ucuz olup, maliyeti düĢüktür.

GAMA KAMERA

Kolimatörler Kolimatörler organdan gelen ışınları detektöre yönlendirir ve harici kaynaklardan gelen ışınları durdurur. Kolimatör içinde ışınların geçişine uygun delikler (holler) vardır. Holler yuvarlak veya köşeli olablilir. Boyları ise kolimatörün kullanım özelliğine göre kısa veya uzun olabilir. Hollerin arasında bulunan kalınlığa septa denir. Septa kalınlığı kullanılan radyonüklidin enerjisine göre ince veya kalın olarak dizayn edilir.

Kolimatörler 1-)DELİKLERİNE GÖRE Pinhol kolimatörler Çok kanallı kolimatörler Diverjan kolimatörler Konverjan kolimatörler Paralel hol kolimatörler Yüksek rezulosyonlu kolimatörler Yüksek sensitiviteli kolimatörler Genelamaçlı kolimatörler Slant hol kolimatörler 2-)ENERJİLERİNE GÖRE Düşük enerjili kolimatörler Orta enerjili kolimatörler Yüksek enerjili kolimatörler

Pinhol Kolimatör Pinholün çapı 4-8 mm kadardır. Kurşun veya platin gibi ağır metallerden yapılır. Pinhol koni şeklinde kurşundan yapılmış olan aygıtın ucuna takılır. Koninin detektörden uzaklığı 20-25 cm kadardır. Uzaysal rezulosyonu iyi olup, troid ve göz gibi küçük objelerin görüntülerinin büyütülerek alınmasını sağlar.

Kolimatörler DİVERJAN KOLİMATÖRLER: Kanalları detektör yüzeyinden uzaklaştıkça giderek daralır.Kolimatör yüzeyleri 40-50 cm kadar geniş olup, AC gibi büyük organların küçültülerek görüntülenmesini sağlar. KONVERJAN KOLİMATÖRLER:Kanallar kolimatör yüzeyinden uzaklaştıkça giderek genişleyen açı yaparlar.Konverjan kolimatörler küçük objelerin görüntülerinin büyütülerek alınmasını sağlar.

Paralel Hol Kolimatörler Nükleer tıpta en çok kullanılan kolimatör çeşididir. Parelel kanalları ayıran septaların kalınlığı görüntülenen radyonüklidin gama enerjisini durdurmaya yetecek kalınlıkta seçilmelidir.Aksi takdirde görüntü kalitesi önemli ölçüde bozulur ve görüntü bulanıklaşır. Burada kanalların boyu da önem kazanır. Kanal boyu uzun olan kolimatörde kanallara paralel gelmeyen ışınlar şayet ilk etkileştiği septada durdurulamazsa da sonraki septalarda zayıflatılarak durdurulur. Kanal uzunluğu, septa kalınlığı gibi kolimatörün yapılış özelliklerine göre paralel hol kolimatörleri şu şekilde sınıflandırabiliriz

Paralel Hol Kolimatörler 1)YÜKSEK REZOLÜSYONLU (HR): Görüntüde uzaysal rezolüsyonun önemli olduğu durumlarda kullanılır.Örneğin kemik sintigrafisinde birbirine yakın lezyonların görüntülenmesi çok önemlidir. Bu tip kolimatörlerde kanalların boyları uzun hollerin çapı dar yapılmıştır. 2-)YÜKSEK SENSİVİTELİ (HS): Belli bir organda radyoaktivite tutulumunun olup olmadığının anlaşılması gibi, kısa sürede yüksek sayım toplanmasının amaçlandığı çalışmalarda kullanılır.Bu kolimatör tipinde kanalların boyu kısa, çapları geniş yapılmıştır. 3-)GENEL AMAÇLI KOLİMATÖRLER: Görüntülerde hem rezulosyon hem de sayım veriminin yüksek olmasının istendiği durumlarda kullanılır.Radyofarmasötiğin ilgili organda tutulumu nispeten az ise.

2. Radyasyon ve Kristal Herhangi bir maddenin atom çekirdeğindeki nötronların sayısı, proton sayısına göre oldukça fazla ise; bu tür maddeler kararsız bir yapı göstermekte ve çekirdeğindeki nötronlar alfa, beta, gama gibi çeşitli ışınlar yaymak suretiyle parçalanmaktadırlar. Çevresine bu şekilde ışın saçarak parçalanan maddelere "radyoaktif madde", çevreye yayılan alfa, beta ve gama gibi ışınlara ise "radyasyon" adı verilmektedir.

RADYASYON

Radyasyonun Deteksiyonu Radyasyonların deteksiyonu için bunların madde ile temasa geçirilmeleri şarttır. Radyasyonlar maddeye çarpınca kimyasal, fotokimyasal, iyonizasyon ve flüoresans gibi çeşitli olaylara sebep olur ve enerjilerini kaybederler. Bu özelliklerden yararlanılarak radyasyonun deteksiyonunu (etki veya şiddetin sayısal veya görüntüsel olarak değerlendirilmesi) sağlayan cihazlar yapılmıştır.

Yarı İletken Detektörler Yarı iletken detektörler gama ışını deteksiyonu ve görüntülenmesi için sintilatör detektörlere alternatiftir. Günümüzde en iyi enerji rezulosyonuna sahip olan yarı iletken detektör materyali çok düşük sıcaklıkta işleyen germanyumdur. HgI, CdTe, CdZnTe 15-25 ˚C’de işler. Nükleer tıpta YİD’in en yaygın kullanım alanı cerrahi gama problardır. Gama ışını YİD materyaline çarptığında, çarptığı atomdan enerji yüklü bir elektron (fotoelektron) koparır. Böylece iyonizasyonla negatif yüklü elektronlar ve pozitif yüklü holler meydana gelir. Negatif yüklü elektronlar pozitif elektroda, pozitif yüklü holler ise negatif elektroda doğru çekilir.Böylece gama ışını elektronik sinyala dönüştürülmüş olur

Sintilasyon Detektörleri Üzerine düşen radyasyon enerjisi ile orantılı olarak dışarıya görünür ışık yayan cisimlere sintilatör denir. Sintilatörden yayılan görülebilir ışıklara sintilasyon ve bunları değerlendiren aletlerde SİNTİLASYON DETEKTÖRLERİ denir. İki tip sintilatör materyali vardır. Organik sıvı sintilatörler (Beta sayımı için) İnorganik katı kristal sintilatörler (gama sayıcılar)

İnorganik Sintilatörler Katı kristal yapıdadır.Nükleer tıpta en yaygın kullanılan NaI(TI) (Talyum ile aktive edilmiş sodyum iyodür)’dür. Kristal üzerine çarpan gama ışınları, fotoelektrik ve kompton olayları ile durdurulur ve oluşan elektronlar kristal atomları ile etkileşerek iyonizasyona, uyarılmalara ve sonuçta sintilasyon fotonlarının oluşmasına neden olurlar.

FOTO ELEKTRİK OLAY Gama fotonu, enerjisinin tamamını maddenin atomuna bağlı elektronlardan birine vererek kaybolur. Enerji alan elektron, kinetik güç kazandığından atomdan ayrılır ve adı geçen atomlardan bir “iyon çifti” meydana gelmiş olur. Atomlardan ayrılan elektrona da “Foto Elektron” adı verilir.

COMPTON OLAYI Gamma fotonu, herhangi bir madde atomunun elektronuna çarptığı zaman gücünün bir kısmını o elektrona potansiyel enerji olarak verir ve foton kalan enerjisi ile başka bir istikamette yoluna devam eder. Bu suretle meydana gelen potansiyel enerjiye sahip elektrona da “Compton Elektronu” denmektedir.

İnorganik Sintilatörler Sintilasyon fotonları sayı olarak kaynaktan gelen fotonlardan çok daha fazladır.Ancak enerjileri düşüktür. 140 keV enerjili bir foton enerjileri 3-5 eV civarında yaklaşık 4000 sintilasyon fotonu oluşturur. Sonuçta kristal yüksek enerjili bir fotonu çok sayıda ancak alçak enerjideki fotonlara çeviren bir yükselteç olarak iş görür.

İnorganik Sintilatörler Kristal çapı 30-50 cm, kalınlığı 1,25 cm veya 6-8 mm’dir.İnce kristaller düşük enerjili (TI-201, Tc-99m) radyonüklidlerin deteksiyonu amacıyla geliştirilmiştir. Saf NaI kristallerinin oda sıcaklığında işleyebilmesi için çok az miktarda talyumla kirletilmesi gerekir. Kristal yapının dış etkenlerden korunması için alimünyum bir koruyucu ile kaplanması gerekir.

NaI(TI) Kristalinin Avantajları 1-Gama ve X-ışınlarını iyi absorbe eder. 2-Yaklaşık 30 eV enerji absorpsiyonunda bir görünür ışık fotonu salar. 3-Kendi sintilasyonlarına karşı transparent olup, self-absorpsiyonla sebep olunan sintilasyon kaybını en aza indirir. 4-Kristal içinde absorbe ettiği radyasyon enerjisi ile orantılı sintilasyon çıkarır.Bu nedenle enerji seçimi çalışmalarında kullanılabilir

NaI(TI) kristalinin dezavantajları 1-Mekanik ve termal darbelere karşı dayanıksız olup kolayca kırılabilir.Bir saat içindeki 3-5 ºC’lik ısı değişiminde çatlayabilir. 2-NaI(TI) kristali hidroskopik olup, nemli ve rutubetli ortamlarda kaldığı zaman kristal içinde sarı lekeler oluşur ki buda kristalin verimini azaltır. 3-Fiyatı pahalıdır.

3. Foton Çoğaltıcı Tüp (FÇT) Yüksüz olan fotonların sayılabilmesi için yüklü elektronlara çevrilmesi gerekir. FÇT sintilasyonları alır, elektirik akımına dönüştürür ve elektirik akımı sinyallerini ölçülebilecek seviyeye kadar şiddetlendirir (Elektron çoğaltıcı) Ön yüz (giriş penceresi) fotoemissif bir madde ile kaplanmıştır. Buraya çarpan ışık fotonları elektron olarak dışarı salınır.(Dönüşüm oranı yaklaşık %30’dur.)

FÇT FÇT içinde uzun eksen boyunca dinod olarak adlandırılan karşılıklı metal plaklar yerleştirilmiştir. Dinod üzerine uygulanan pozitif voltaj ile fotokatottan fırlatılan elektronlar çekilir ve karşı dinoda yansıtılır, karşıya çarpan elektron başka elektronların daha fırlatılmasına neden olur. Yüksek voltajın etkisiyle elektronların sayıları ve hızları kademeli olarak artırılır ve çıkıştaki anotta toplanır.

FÇT Sonuçta sintilasyonlar elektirik akımına çevrilmiş olur. Fototüp çıkışında oluşan puls yüksekliği dedektöre çarpan foton enerjisi ile doğru orantılıdır. 140 keV enerji ile kristale çarpan bir gama ışınının meydana getirdiği voltaj pulsu 10 mV ise 280 keV enerjide bir gama ışını 20 mV yüksekiğinde bir puls oluşturur.

Foton Çoğaltıcı Tüp(FÇT) Şematik Görüntüsü

Preamplifikatör (Ön Yükselteç) FÇT’ten gelen sinyallerin genliği mikro voltlar mertebesinde olup, oldukça düşüktür. Bu elektrik sinyallerinin ölçülebilmesi için genliklerinin yükseltilmesi gerekir. Preamplifikatör hem FÇT’ten gelen sinyalleri milivolt sevyesine yükseltir, hem de FÇT ile diğer ardışık üniteler arasında empedans uyumunu sağlar.

Amplifikatör (Yükselteç) İki temel işlevi vardır; 1-Kazanç faktörünü artırmak:Ön yükselticiden gelen sinyalleri biraz daha yükseltir. 2-Puls şekillendirme: Pulsların çakışmalarını azaltır ve görüntü kalitesinin kantitatif göstergelerinden biri olan sinyal/gürültü oranını yükseltir. Ayrıca kazanç kademesi seçimine imkan vererek değişik enerjili radyoizotopların deteksiyonunu sağlar.(Enerji seçim aralığı ayarlanarak)

4.Puls Yükseklik Analizörü (PYA) Kristal üzerine düşen irili ufaklı tüm pulslar şiddetlendirilerek PYA’ne gönderilir. PYA sadece istenilen enerjilere uyan puls’ların kayıt ünitesine gönderilmesini sağlar. Örneğin enerjisi 140 keV olan Tc-99m ile yapılan bir çalışmada PYA sadece bu enerjiye karşılık gelen pulslara ayarlanabilir. Ancak bu durumda çekim süresi çok uzar. Pratikte fotopikin belirli bir yüzdesi bir bütün olarak toplanır. Örneğin Tc-99m ile yaptığımız bir çekimde %20 pencere aralığı ayarlanırsa 126-154 keV arası tek enerji olarak sayım ünitesine gönderilir. 1 kiloelectron volt (KeV) = 1.602× 10-16 joules

Tek Kanallı Analizör Lineer analizörden gelerek voltaj genlik aralığına düşen pulsların ayrımını ve sayımını yaparlar. Alt ve üst sevye arasındaki voltaj farkına (enerji aralığı) pencere genişliği denir. Pencere dışındaki veriler değerlendirilmez. Pencere aralığı daraltıldıkça sayım hızı azalır, sayım süresi uzar. Buna karşın sayım hassasiyeti artar.

Çok Kanallı Analizör Nükleer tıpta kullanılan bazı radyonüklidlerin birden fazla pik enerjileri vardır.Örneğin Ga-67 ve TI-201’in farklı enerjilerde üç piki vardır. Sayım yada görünteleme amacıyla farklı enerjilerdeki bu pikler detekte edilmek istenirse, en az üç kanallı analizörü olan sisteme ihtiyaç duyulur. Her kanal ayrı detekte edilebileceği gibi, kanallar birlikte fonksiyona getirilerek tek bir çıkışta alınabilir.

Sayıcı ve Zamanlayıcı Üniteler Puls yükseklik analizöründen çıkan sinyallerin puls sayısını saymak için dijital sayıcılar kullanılır. Sadece pulsları sayan bu aletlere sayıcı denir. Sayımların sayısını kontrol eden üniteye ise zamanlayıcı denir. Bu sistemler sayesinde isteğe bağlı olarak sayım miktarına göre, yada zamana göre çalışma yapılabilir.

Resimde vücuda önceden enjekte edilmiş olan ve kemikte konsantre olan radyofarmasötikten yayılan gama ışını dağılımı ve yoğunluğu görülmektedir. Kanserli kemikte radyofarmasötik tutulumu normal kemiğe kıyasla daha güçlü gerçekleşir ve görüntüde daha parlak noktalar olarak görülür.