감마카메라

Gamma camera
폐 섬광 검사의 예

섬광 카메라 또는 앵그리 카메라라고도 불리는 감마 카메라(감마 카메라)는 섬광으로 알려진 기술인 감마선을 방출하는 방사성 동위원소를 영상화하는 데 사용되는 장치다. 섬광의 적용은 인체의 영상 또는 의학적으로 주입, 흡입 또는 섭취된 감마선을 방출하는 방사성핵종의 분포를 보고 분석하기 위한 초기 약물 개발 및 핵 의료 영상촬영을 포함한다.

이미징 기법

감마 카메라용 코드화된 조리개 마스크(SPECT용)

섬광(Scinthy)은 감마 카메라를 사용하여 내부 방사성 동위원소에서 방출된 방사선을 캡처하여 2차원[1] 영상을 생성하는 것이다.

SPECT(단일 광자 방출 컴퓨터 단층 촬영) 영상은 핵 심장 스트레스 테스트에 사용되는 것으로 감마 카메라를 사용하여 수행된다. 보통 한 개, 두 개 또는 세 개의 검출기 또는 헤드가 환자의 몸통 주위로 천천히 회전한다.

다중 헤드 감마 카메라는 "공진"을 탐지하도록 하드웨어와 소프트웨어를 구성할 수 있다면 양전자 방출 단층 촬영(PET) 스캐닝에도 사용할 수 있다. 감마 카메라 PET는 고에너지 전멸 광자에 대한 섬광기 결정의 감도가 낮고 검출기 면적이 현저히 작기 때문에 PET 스캐너로 설계된 PET 영상보다 현저히 낮다. 그러나, 감마 카메라의 낮은 비용과 전용 PET 스캐너에 비해 카메라의 추가적인 유연성을 고려할 때, 이 기술은 PET 스캐너의 비용과 자원의 함의가 정당화될 수 없는 경우에 유용하다.

건설

감마카메라
감마 카메라 검출기의 다이어그램 단면
감마 카메라의 단면 상세 정보

감마 카메라는 갠트리에 장착된 "헤드"라고 알려진 어셈블리의 광전자 증배관 배열과 광학적으로 결합된 하나 이상의 평판 결정면(또는 검출기)으로 구성된다. 갠트리(gantry)는 둘 다 카메라의 작동을 제어하고 이미지를 획득해 저장하는 컴퓨터 시스템에 연결된다.[2]: 82 감마 카메라의 구조는 때때로 구획 방사선 구조로 알려져 있다.

시스템은 크리스털에 의해 흡수되는 감마 광자의 사건 또는 카운트를 카메라에 축적한다. 보통 가벼운 밀폐형 주택에서 탈륨 도핑을 하는 요오드화 나트륨의 큰 평판 결정이 사용된다. 감마선 탐지를 위한 이 조합의 고효율 포획 방법은 1944년 새뮤얼 커런[3][4] 경이 버클리 캘리포니아 대학에서 맨해튼 프로젝트를 연구하던 중 발견한 것이다. 노벨상을 수상한 물리학자 로버트 호프스타터도 1948년 이 기술을 연구했다.[5]

크리스탈은 입사 감마선에 반응하여 섬광한다. 감마광자가 환자를 떠날 때(방사성 의약품 주사를 맞은 사람) 결정에서 요오드 원자로부터 전자를 풀어내고, 탈구된 전자가 다시 최소한의 에너지 상태를 발견할 때 희미한 섬광이 발생한다. 흥분된 전자의 초기 현상은 광전 효과와 (특히 감마선과 함께) 콤프턴 효과와 유사하다. 섬광이 생성되면 검출된다. 결정 뒤에 있는 광전자 증배관(PMT)은 형광 깜박임(이벤트)을 감지하고 컴퓨터가 카운트를 집계한다. 컴퓨터는 모니터에 상대적 공간 카운트 밀도의 2차원 이미지를 재구성하여 표시한다. 이 재구성된 이미지는 이미징된 장기와 조직에 존재하는 방사성 추적 원소의 분포와 상대 농도를 반영한다.[6]: 162

감마 카메라 물리학 및 주요 구성 요소의 애니메이션 도식

신호처리

할 앵그리사는 1957년에 최초의 감마 카메라를 개발했다.[7][8] 종종 앵그리 카메라라고 불리는 그의 원래 디자인은 오늘날에도 널리 사용되고 있다. 앵그리 카메라는 진공관 광전자 증배기(PMT) 세트를 사용한다. 일반적으로 각 튜브는 직경 약 7.6 cm의 노출된 면을 가지고 있으며 튜브는 흡수 결정 뒤에 육각형 구성으로 배열되어 있다. 광검출기를 연결하는 전자 회로는 육각 검출기 배열의 구성원이 감지하는 광 형광의 상대적 우연을 반영하도록 배선되어 있다. 모든 PMT는 실제 개별 이벤트의 위치에 따라 동일한 (표현된) 빛의 플래시를 여러 도까지 동시에 감지한다. 따라서 형광의 각 단일 플래시의 공간 위치는 상호연결 회로 배열 내에서 전압 패턴으로 반영된다.

감마 광선과 크리스탈 사이의 상호 작용의 위치는 photomultipliers에서 전압 신호 처리함으로써 즉 단순한 측면에서 위치에 신호의 강도, 가중 위치에서 비열한 위치를 계산한 각 photomultiplier 튜브의 위치 보정에 의해 발견될 수 있는지 판단할 수 있다.[2]:112 펄스 높이 분석기에 의해 측정된 각 광전자 증배기의 전압 총합은 감마선 상호작용의 에너지에 비례하므로 서로 다른 동위원소 간 또는 산란 광자와 직접 광자 간을 구별할 수 있다.[6]: 166

공간해상도

영상 피사체(예: 정맥주입 방사능, 보통 탈륨-201 또는 테크네튬-99m, 약용 영상제)에서 감마선 방출에 대한 공간 정보를 얻으려면 검출된 광자와 그 원점을 상호 연관시키는 방법이 필요하다.

통상적인 방법은 검출 결정/PMT 배열 위에 콜리메이터를 배치하는 것이다. 콜리메이터는 일반적으로 25~55밀리미터(1~2.2인치) 두께의 두꺼운 납 시트로 구성되며, 수천 개의 인접한 구멍이 이를 통과한다. 콜리메이터에는 저에너지, 중에너지, 고에너지 콜리메이터의 세 종류가 있다. 콜리메이터가 낮은 에너지에서 높은 에너지로 전환되면서 구멍 크기, 두께, 구멍 사이의 증식도 증가했다. [9] 고정된 9분의 1 두께가 주어지면 콜리메이터 분해능은 효율을 높이고 콜리메이터로부터의 선원의 거리도 증가하면서 감소한다.[10] 펄스 높이 분석기는 최종 이미지에 기여할 특정 광자를 선택하는 전체 폭을 절반의 최대값으로 결정하여 콜리메이터 분해능을 방해한다.[11][10]

개별 구멍은 결정으로 감지할 수 있는 광자를 원뿔 모양으로 제한한다. 원뿔의 점은 주어진 구멍의 중간선 중심에 있고 콜리메이터 표면에서 바깥쪽으로 확장된다. 그러나 시준기는 이미지 내에서 흐릿해지는 원인 중 하나이기도 하다. 납은 입사 감마 광자를 완전히 약화시키지 않으며, 구멍 사이에 약간의 교차점이 있을 수 있다.

렌즈와 달리, 가시광선 카메라에 사용되는 콜리메이터는 입사 광자의 대부분을 감쇠시켜(>99%) 카메라 시스템의 감도를 크게 제한한다. 카메라 시스템이 사진을 형성하기에 충분한 섬광 점을 감지할 수 있도록 충분한 양의 방사선이 존재해야 한다.[2]: 128

영상 위치 측정의 다른 방법(핀홀, CZT와 함께 회전하는 슬랫 콜리메이터)이 제안되고 시험되었지만,[12] 일반적인 임상 용도로 널리 사용되는 방법은 없었다.

최상의 전류 카메라 시스템 설계는 시준기 및 방사성 핵종과의 거리에 따라 6~12mm에 위치한 감마 광자의 두 개별 지점 소스를 구별할 수 있다. 공간 분해능은 카메라 면으로부터의 거리가 증가할 때 급격히 감소한다. 이것은 컴퓨터 이미지의 공간 정확도를 제한한다: 그것은 탐지되었지만 정밀하게 위치하지 않은 섬광의 많은 점들로 이루어진 퍼지 이미지다. 이것은 심장 근육 영상촬영 시스템의 주요한 제한이다; 좌심실의 가장 두꺼운 정상 심장 근육은 약 1.2 cm이고 좌심실 근육의 대부분은 약 0.8 cm로 항상 움직이고 시준기 얼굴에서 5 cm 이상 떨어져 있다. 보다 나은 영상촬영 시스템은 섬광 계수를 게이트라고 불리는 심장 수축 주기의 일부분으로 제한하지만, 이는 시스템 감도를 추가로 제한한다.

참고 항목

참조

  1. ^ thefreedictionary.com > 섬뜩한 인용: 건강소비자를 위한 도랜드의 의학사전, 2007년 쑨더스, 2007년 슨더스 종합수의사전, 2007년 3월 3일 엣지; 맥그로힐 현대 의학의 맥그로힐 간결한 사전, 2002년 멕그로힐 컴퍼니즈(The McGraw-Hill Companies)
  2. ^ a b c Saha, Gopal B. (2006). Physics and radiobiology of nuclear medicine (3rd ed.). New York: Springer. doi:10.1007/978-0-387-36281-6. ISBN 978-0-387-30754-1.
  3. ^ "카운팅 튜브, 이론 및 적용", Curran, Samuel C, Academic Press(뉴욕), 1949년
  4. ^ Fletcher, W W (2004). "Curran, Sir Samuel Crowe (1912–1998)". Oxford Dictionary of National Biography. Oxford: Oxford University Press.
  5. ^ "Robert Hofstadter – Biographical". Nobel Prize. Retrieved 29 September 2016.
  6. ^ a b Khalil, Magdy M. (2010). "Elements of Gamma Camera and SPECT Systems". Basic sciences of nuclear medicine. Heidelberg: Springer. ISBN 978-3-540-85961-1.
  7. ^ Tapscott, Eleanore (2005). "Nuclear Medicine Pioneer, Hal O. Anger, 1920–2005". Journal of Nuclear Medicine Technology. 33 (4): 250–253. PMID 16397975.
  8. ^ Anger, Hal O. (1958). "Scintillation Camera". Review of Scientific Instruments. 29 (1): 27–33. Bibcode:1958RScI...29...27A. doi:10.1063/1.1715998.
  9. ^ Razavi, Seyed Hossein; Kalantari, Faraz; Bagheri, Mahmoud; Namiranian, Nasim; Nafisi-Moghadam, Reza; Mardanshahi, Alireza; Emami-Ardekani, Alireza; Sobhan Ardekani, Mohammad; Razavi-Ratki, Seid Kazem (2017-07-01). "Characterization of low, medium and high energy collimators for common isotopes in nuclear medicine: A Monte Carlo study". Iranian Journal of Nuclear Medicine. 25 (2): 100–104. ISSN 1681-2824.
  10. ^ a b Sorensen JA, Phelps ME (1 January 1987). Physics in Nuclear Medicine (PDF). Elsevier - Health Sciences Division. p. 336. ISBN 978-0808918042. Archived from the original (PDF) on 14 January 2022. Retrieved 14 January 2022.{{cite book}}: CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크)
  11. ^ "Joint CI-JAI advanced accelerator lecture series Imaging and detectors for medical physics Lecture 5: Gamma cameras" (PDF). The Cockroft Institute. Archived from the original (PDF) on 31 January 2021. Retrieved 14 January 2022.
  12. ^ Zeng, Gengsheng L.; Gagnon, Daniel; Matthews, Christopher G.; Kolthammer, Jeffery A.; Radachy, Jason D.; Hawkins, William G. (20 June 2002). "Image reconstruction algorithm for a rotating slat collimator". Medical Physics. 29 (7): 1406–1412. Bibcode:2002MedPh..29.1406Z. doi:10.1118/1.1485057. PMID 12148720. S2CID 13092740.

추가 읽기

  • H. 분노. 감마선 방출기를 매핑하기 위한 새로운 기기. 생물학 및 의학 분기 보고서 UCRL, 1957, 3653: 38. (버클리 캘리포니아 대학교 방사선 연구소)
  • Anger, HO (July 1964). "Scintillation camera with multichannel collimators". Journal of Nuclear Medicine. 5: 515–31. PMID 14216630.
  • Sharp, Peter F.; Gemmell, Howard G.; Murray, Alison D. (2005). Practical nuclear medicine. London: Springer. ISBN 978-1-85233-875-6.
  • 미국 6359279, 개그논, 다니엘 & 매튜스, 크리스토퍼 G, "핵 이미징용 검출기"는 2002년 3월 19일에 발행되었다.
  • 2003년 4월 2일 발표된 미국 6552349, 개그논, 다니엘 & 매튜스, 크리스토퍼 G.
  • Cherry, Simon R.; Sorenson, James A.; Phelps, Michael E. (2012). Physics in nuclear medicine (4th ed.). Philadelphia: Elsevier/Saunders. ISBN 978-1-4160-5198-5.

외부 링크