Detektera gammastrålar och rekonstruera deras flyglinje

Gammakamera med parallella kollimatorer
Princip för gammadetektering med hjälp av en kollimator med parallella kanaler. Endast gamma som utbreder sig längs kanalens axel når scintillatorn, där de deponerar sin energi och genererar en kort ljusblixt. Scintillationen detekteras av en rad fotomultiplikatorer som tittar på scintillatorns baksida. Fotomultiplikatorn omvandlar ljuspulsen till en elektronisk signal som förstärks av kamerans elektronik. Utifrån de signaler som tas emot av fotomultiplikatorerna utvärderas den ungefärliga nedslagspositionen och gammaenergin. Inslaget visar en gammakamera riktad mot bröstet på en patient, troligen för en hjärtscanning.
D.Steyaert/IN2P3

Utsändningen av en enskild gammastråle är ett mycket småskaligt kärnkraftsfenomen. Det är gammakamerahuvudets uppgift att förstärka denna mikroskopiska strålning till en elektrisk signal som kan detekteras och mätas. Genom att utnyttja ett stort antal avläsningar av dessa elektriska signaler kan man bestämma kartan över de radioaktiva kärnor som är ansvariga för gammastrålarnas utsläpp.
Detektionshuvudet för gammakameran består av:
– en kollimator
– en scintillerande kristall
– en matris av fotomultiplikatorrör
– ett elektroniskt system för detektering och mätning av gammaenergier och -påverkan

Gammakamera utrustad med en pinhole-kollimator
För sköldkörtelundersökningar används gamma som är utrustade med en pinhole-kollimator, även känd som ” sténopéic ”. För en liten körtel som sköldkörteln är denna typ av kollimator lämplig. Spetsen på kameran är riktad mot patientens hals. Endast gamma som passerar genom stifthålet, alltså kommer från sköldkörtelzonen, registreras.
D.Steyaert/IN2P3

Kollimatorn är en tjock platta av bly eller volfram som är genomsyrad av ett stort antal mycket tunna parallella kanaler. De gammastrålar som kan passera genom den är de vars riktning är vinkelrät mot blyplattans och den scintillerande kristallens yta. Kanalernas axlar pekar mot den undersökta kroppsdelen, och blyet eller volframet stoppar alla gammafotoner som färdas i en sned vinkel. Andra kollimatorer kan utformas med hjälp av olika tekniker: en pinhole-kollimator används för scintigrafiundersökningar av sköldkörteln, medan fläktformade kollimatorer används för avbildning av hjärnan.
Detekteringselementet i hjärtat av en gammakamera är en stor rektangulär kristall av natriumjodid dopad med tallium: NaI (Tl). Kristallen har förmågan att stoppa inkommande gammastrålar och omvandla en del av den deponerade energin till scintillationer.
Bakom kristallen omvandlar en rad små fotomultipliers fotoner av ljus till elektriska signaler. Från träffarna i en uppsättning fotomultiplikatorer kan man bestämma energin hos de inkommande gammastrålarna samt den ungefärliga positionen för deras nedslag i kristallen. De gammastrålar vars energi inte ligger inom ett visst intervall av det radioaktiva provets energi (ett spektroskopiskt fönster) förkastas och bidrar inte till den slutliga bilden.
Gammakameran är placerad på ett sådant sätt att den väljer ut de gammafotoner som avges av det organ som diagnostiseras.

En srmi-ledarbaserad gammakamera
Prestationerna hos scintigrafi- och PET-gammakameror bör gynnas av de stora framsteg som nyligen gjorts inom detektionstekniken. Ett team av CEA-fysiker föreslog till exempel 2015 en gammabildtagare baserad på CdZnTe-halvledare (kadmium-zink-tellurid), som är mycket noggrannare när det gäller att mäta gammaenergi och position.
Clés CEA N°200

Bildkvaliteten beror på noggrannheten i rekonstruktionen. Konventionell detektering med scintillatorer och tillhörande fotomultiplikatorer kommer successivt att ersättas av noggrannare detekteringssystem, t.ex. kan noggrannheten i positionen för gammaslag förbättras från 3 mm till 0,3 mm med hjälp av halvledarbaserade bildgivare.
Access to page in french.