Transcript Spracovanie signalu_tvorba obrazu

NUKLEÁRNA MEDICÍNA
Prístroje na detekciu žiarenia
Tvorba scintigrafického obrazu
01
Tvorba scintintigrafického obrazu
Konštrukčné usporiadanie detekčného systému gamakamery
Obr.: Schéma detekčného systému
gamakamery
02
Tvorba scintintigrafického obrazu
Detekcia žiarenia gama pomocou scintilačného detektora
Scintilačný detektor využíva vlastnosti niektorých látok
scintilátorov, ktoré pri prechode fotónov ionizujúceho
žiarenia vyvolávajú záblesky - scintilácie.
Kryštál scintilačného detektora gamakamery je vyrobený
z iodidu sodného aktivovaného táliom [NaI(Tl)].
03
Tvorba scintintigrafického obrazu
Detekcia žiarenia gama pomocou scintilačného detektora
Obr.: Detektor gamakamery
04
Tvorba scintintigrafického obrazu
Detekcia žiarenia gama pomocou scintilačného detektora
1.) Vstup fotónu gama (o určitej energii) do scintilačného kryštálu.
2.) Prechod fotónu gama scintilačným kryštálom - strata energie na úkor
excitácie atómov kryštálu (predáva svoju energiu atómom kryštálu).
3.) Energia excitovaných atómov kryštálu sa zvýšila, atómy sa snažia
nadobudnúť pôvodný stav a dosiahnu to tým, že vyžiaria fotóny svetla.
Počet fotónov svetla je úmerný energii dopadajúceho fotónu gama.
(Čím vyššia je energia fotónov gama vstupujúcich do scintilačného
kryštálu, tým viac svetla vypudí.)
4.) Fotóny svetla putujú k fotokatóde a po
dopade na fotokatódu z nej vybudia elektróny.
Počet vybudených elektrónov je úmerný
počtu svetelných fotónov.
05
Tvorba scintintigrafického obrazu
Detekcia žiarenia gama pomocou scintilačného detektora
5.) Vybudené elektróny sú napätím medzi fotokatódou a prvou dynódou
urýchľované smerom k prvej dynóde.
6.) Systém dynód zabezpečuje znásobenie počtu elektrónov.
7.) Elektróny z poslednej dynódy sú zozbierané na anóde, kde vzniká
elektrický impulz.
8.) Zosilnenie elektrického impulzu (signálu).
9.) Analýza energie impulzu.
10.) Analýza polohy scintilácie pomocou
polohových obvodov.
11.) Obrazový výstup (interpretácia detekcie
a spracovania signálov).
06
Tvorba scintintigrafického obrazu
Elektronické spracovanie detekovaného signálu
FOTONÁSOBIČ
kolimátor FOTÓN
ZOSILŇOVAČ
signálu
REGISTRÁCIA
SVETLA
FOTÓN
GAMA
FK
D
INTEGRÁTOR
486552
A
foton
POČÍTAČ
IMPULZOV
scintilačný
krištáľ
ZDROJ VN
ANALYZÁTOR
DISKRIMINÁTOR
analýza energie
Obr.: Detekcia fotónu gama pomocou detetektora
gamakamery a spracovanie signálu.
07
Tvorba scintintigrafického obrazu
Elektronické spracovanie detekovaného signálu
DETEKTOR
ZOSILŇOVAČ
ANALÝZA POLOHY
OBRAZ
+y
Y
ZOSILŇOVAČ
x
+x
-x
bod
X
y
z
KS F
sum.signál
-y
analógový
signál
Obr.: Elektronické spracovanie signálu z detektora
do formy obrazu.
ANALÝZA
ENERGIE
08
Tvorba scintintigrafického obrazu
Elektronické spracovanie detekovaného signálu
1. Analýza energie
S určením polohy scintilácie
prebieha i analýza intenzity
scintilácie.
V prípade scintilačných kryštálov
je intenzita scintilácie (vzniknuté svetlo) úmerná energii absorbovanej
v scintilátore (kryštále) → je generovaný signál Z.
Vytvorenie signálu Z zabezpečujú tzv. sumačné obvody, ktoré sčítavajú
veľkosť odozvy všetkých fotonásobičov a prevádzajú ju na absorbovanú
energiu scintilácie.
Takto vytvorený signál vstupuje do amplitúdového
analyzátora.
Pre každú scintiláciu je takto určená jej poloha a
energia fotónu gama, ktorý scintiláciu vyvolal.
09
Tvorba scintintigrafického obrazu
Elektronické spracovanie detekovaného signálu
Amplitúdový analyzátor
Gamagrafia vychádza z predpokladu, že detekuje gama žiarenie
rádionuklidu, ktorý bol vo forme rádiofarmaka aplikovaný do organizmu
pacienta. Vhodne orientované fotóny gama žiarenia prechádzajú
kolimátorom a sú zachytené detektorom.
V skutočnosti však istá časť vyžiarených gama fotónov interaguje s
tkanivom pacienta vo forme Comptonovho rozptylu. Comptonovým
rozptylom sa jednak znižuje energia gama fotónu a jednak fotón
gama môže zmeniť svoj smer. Prítomnosť rozptýlených gama
fotónov spôsobuje v obraze šum, je preto vhodné ich
eliminovať.
Určité množstvo rozptýlených fotónov je možné zo
zobrazovania vylúčiť pomocou amplitúdového analyzátora.
10
Tvorba scintintigrafického obrazu
Elektronické spracovanie detekovaného signálu
Amplitúdový analyzátor – nastavenia okna fotopíku
Amplitúdový analyzátor je dôležitou súčasťou detekčného reťazca každej
gamakamery. Signál Z, ktorý nesie informáciu o energii dopadajúceho
fotónu je vedený cez amplitúdový analyzátor. Užívateľ má možnosť nastaviť
tzv. hornú a dolnú hladinu okienka analyzátora.
Okienko analyzátora prepustí len impulz, ktorý bol vyvolaný fotónom
o energii vyššej ako dolná diskriminačná hladina a nižšej ako horná
diskriminačná hladina.
Oblasť medzi dolnou a hornou diskriminačnou hladinou
sa nazýva okno fotopíku.
11
Tvorba scintintigrafického obrazu
Elektronické spracovanie detekovaného signálu
Obr.: Amplitúdový
analyzátor.
Okno fotopíku.
12
Tvorba scintintigrafického obrazu
Elektronické spracovanie detekovaného signálu
Obr.: Energetické okno fotopíku pre 99mTc.
13
Tvorba scintintigrafického obrazu
Elektronické spracovanie detekovaného signálu
Obr.: Energetické okno fotopíku pre 99mTc pri
prechode fotónov gama telom pacienta.
14
Tvorba scintintigrafického obrazu
Elektronické spracovanie detekovaného signálu
Nesprávne nastavenieoblasť spojitého spektra,
zhoršenie kvality obrazu.
Správne symetrické
nastavenie energet. okna.
Nesprávne nastavenieeliminuje síce rozptýlené
žiarenie, avšak výrazne
znižuje citlivosť.
Obr.: Energetické okno fotopíku pre 99mTc
pri scintigrafii štítnej žľazy.
15
Tvorba scintintigrafického obrazu
Elektronické spracovanie detekovaného signálu
Obr.: Možnosť nastavenia i viacerých energetických
okien pre rádionuklidy s viacerými fotopíkmi.
16
Tvorba scintintigrafického obrazu
Elektronické spracovanie detekovaného signálu
2. Určenie polohy scintilácie
Svetelné fotóny, ktoré vznikli v dôsledku interakcie žiarenia gama s
kryštálom sa v ňom šíria všetkými smermi. Najviac svetla sa dostane do
fotonásobiča, ktorý je najbližšie k miestu interakcie fotónu gama s
kryštálom (miesto scintilácie).
Na výstupe tohto fotonásobiča vznikne impulz, ktorého amplitúda je
väčšia ako amplitúda odoziev zo vzdialenejších fotonásobičov.
Na základe hodnotenia odoziev zo všetkých fotonásobičov určia
tzv. polohové obvody výslednú súradnicu scintilácie [X,Y].
17
Tvorba scintintigrafického obrazu
Elektronické spracovanie detekovaného signálu
Určenie polohy scintilácie
Obr.: Scintilácia po absorbcii fotónu gama a
následné ožiarenie fotonásobičov.
18
Tvorba scintintigrafického obrazu
Elektronické spracovanie detekovaného signálu
Určenie polohy scintilácie
Obr.: Určenie polohy scintilácie pomocou
polohových obvodov.
19
Tvorba scintintigrafického obrazu
Elektronické spracovanie detekovaného signálu
Určenie polohy scintilácie
Obr.: Funkcia polohových
obvodov.
fdfg
20
Tvorba scintintigrafického obrazu
Elektronické spracovanie detekovaného signálu
Určenie polohy scintilácie
Obrázok ilustruje funkciu polohových obvodov.
Keby distribúcia rádiofarmaka bola zobrazená len pomocou jednotlivých
fotonásobičov, získaný obraz by mal veľmi zlé, klinicky nedostačujúce
rozlíšenie. Bolo by možné sledovať len fotonásobiče, ktoré zaznamenali
nejaký impulz.(Ak by každému impulzu bola priradená len súradnica
odpovedajúceho fotonásobiča, počet bodov by bol obmedzený len na
počet fotonásobičov).
Použitím polohových obvodov sa dosiahne výrazného zlepšenia
v rozlíšení, pretože pri každom jednotlivom zaznamenamom
impulze je určená jeho súradnica (adresa do buniek)
presne podľa prednastavenej akvizičnej matice.
21
Tvorba scintintigrafického obrazu
Scintigrafický obraz – analógová gamakamera
22
Tvorba scintintigrafického obrazu
Scintigrafický obraz – analógová gamakamera
Analógová scintilačná gamakamera podľa obrázku poskytuje tzv.
analógové scintigrafické obrazy na tienidle osciloskopu.
Obraz je na obrazovke osciloskopu prítomný počas detekcie
fotónov gamakamerou. Po skončení snímania (odchode pacienta)
takýto obraz mizne. V súčasnosti sa táto technológia už nepoužíva.
Aby bolo možné obraz uchovať, fotografoval sa z obrazovky
fotoaparátom.
Z praktických dôvodov sa tiež používal tzv. perzistentný osciloskop.
Z obrazovky perzistentného osciloskopu nemizli obrázky
okamžite, ostávali tam počas nastavenej doby
a potom plynule slabli až zmizli.
23
Tvorba scintintigrafického obrazu
Scintigrafický obraz – prechod od analógovej k digitálnej kamere
Analógový obraz je tvorený stopami,
ktorých poloha na obrazovke osciloskopu
odpovedá polohe zábleskov v scintilačnom
kryštále - obr a).
V súčasnosti sa analógový obraz nepoužíva
a pre jednoduchšiu prácu sú analógové
gamakamery v praxi digitalizované.
Na analógový obraz je premietnutá zvolená
matica zobrazenia, ktorá vymedzuje, kde
sa budú impulzy ukladať v pamäti počítača
do obrazových elementov /pixelov – obr b).
Každému pixelu je priradená adresa a je
vypočítaný počet impulzov, ktorý sa v danom
pixeli nachádza – obr c).
V pamäti počítača sa ukladá digitalizovaný
obraz, ktorý je tvorený počtom impulzov v
jednotlivých pixeloch – obr d).
24
Tvorba scintintigrafického obrazu
Scintigrafický obraz – digitálna kamera
25
Tvorba scintintigrafického obrazu
Scintigrafický obraz – digitálna kamera
Plne digitálna gamakamera sa od analógovej líši v tom, že každý
fotonásobič má svoj analógovo-digitálny prevodník ADC →
osciloskopická obrazovka je nahradená ADC a pamäťou počítača.
Vlastný proces konevrzie na digitálny signál je spustený impulzom Z,
ktorý oznamuje že bol detekovaný validný fotón žiarenia gama.
Súradnice X a Y potom AD prevodník prevedie na bitovú kombináciu
a pošle ju na odpovedajúcu adresu bunky v počítači.
V pamäti počítača je pre zápis digitalizovaných impulzov
vyčlenená tzv. obrazová matica (býva to 64x64,
128x128, 256x256 , výnimočne i 512x512 buniek).
Každá bunka - pixel v obrazovej matici topograficky
odpovedá určitému miestu v zobrazovanom objekte.
26
Tvorba scintintigrafického obrazu
Vplyv matice na scintigrafický obraz
Obr.: CT obraz, nahrávaný
do matice 512x512 a
postupne výpočtovo
prevádzaný do nižších
matíc až po 64x64.
27
Tvorba scintintigrafického obrazu
Vplyv matice na scintigrafický obraz
Obr.: Vplyv matice zobrazenia na kvalitu
scintigrafického obrazu.
Čím je väčší rozmer matice zobrazenia,
tým je veľkosť pixelu menšia a detaily
obrazu sú lepšie rozlíšiteľné.
Od určitého bodu je však zbytočné ďalej
zväčšovať maticu, pretože kvalita
zobrazenia je limitovaná možnosťami
rozlíšenia samotného zobrazovacieho
Zariadenia - gamakamery.
28
Tvorba scintintigrafického obrazu
Ďakujem za pozornosť!
29