核醫儀器及物理原理

偵測器

  • Extrinsic efficiency
    • 代表從source到detector中的影響,基本上與距離平方成正比
  • Intrinsic efficiency
    • 代表放射線粒子與detector作用的效率。
    • 影響因素
      • 放射線粒子的能量
      • 放射線粒子的種類
      • Detector的材質與厚度
  • 相較Nonparalyzable,Paralyzable的detector會有Dead time的問題。若dead time為4µs,代表每素最多可測到250,000 countes。
  • 常見的偵測器有三種
    • Gas detector
    • Scintillator
    • Semiconductor
  • Gas detector
    • 常用於偵測汙染或是檢查放射線物質的包裝完整性。
    • 因為空氣的密度小,故敏感度不高,不適合用於攝影。
    • Pulse mode會偵測單次的事件。
    • Current mode,用電流代表時間內的事件平均數。
    • 從電壓低到高有三種常見工作區域
      • Ionization chamber region
      • Proportional counter region
      • Geiger-Muller region
    • Ionization chamber region通常是current mode,用在dose calibrator上。
    • Geiger-Muller region相較Ionization可以用在較低activity的環境。
    • Proportional counter通常是pulse mode,醫學用途較少。
  • Scintillation
    • 傳統核醫使用NaI晶體
    • 較新的LSO(lutetium oxyorthsilicate)、LYSO(Lutetium-yttrium oxyorthosilicate)會用在PET。
    • 非造影用scintillator
      • well counter
        • 與dose calibrator不同,測量放射物質的包裝完整
        • 病人注射Tc-99m DTPA,抽血測量放射線推算eGFR
        • 測量範圍小於1µCi。與dose callibrator使用情境不同,一般使用dose calibrator,大約是mCi的範圍。
      • thyroid probe
  • 半導體
    • CZT解析度可到2.5mm,相較傳統機器的5-6mm。
    • GeLi(Lithium-drifted Germanium)的energy resolution可以到1%,相較NaI的10%,但需要在低溫下運作以避免雜訊產生。
    • CdTe (Cadmium Telluride)、CZT(Cadmium Zinc Telluride),兩者皆可以在室溫運作,但energy resolution是5%。
  • Tc-99m的主要能峰是140keV,往下會有一個Iodine escpe能峰,是因為K層電子與L層差異24keV。再往下會有一個Backscatter的peak,代表撞到鉛屏蔽的反射。 再往下是Compton edge,代表是光子180度反射,剩下Compton電子的能量。

光電倍增管

  • Gamma camera的晶體通常直徑25-60公分,厚度6-12mm。
  • 一個gamma camera大概有40-100個光電倍增管(PMT, photomultiplier)。
  • PMT中的photocathode被光子撞擊時有機率產生光電子,光電子再碰撞其中的Dynode多次,每一次一個碰撞可產生2-4個電子,若碰撞10次可產生2^10~4^10個電子,以達到倍增的效果。
  • Avalanche photo-diodes (APD)亦可進行光電轉換,相較PMT的20%光電子產生率,APD可達80%。
  • 另外Silicon Photomultipliera也可以取代光電倍增管,其產率約為50%,SiPM與APD都不怕磁場,故可用在PET/MR機器中。

準直儀

  • Collimator會阻擋超過99%的光子,剩下不到1%的方向正確的光子才能通過collimator
  • Collimator的孔洞間會以鉛做間隔並稱之為septa,高能量的光子有機會穿過septa,通常不超過10-25%。
  • Converging collimator,是向object(病人)收斂,故影像會放大。
  • 扇型collimator只有一個軸向收斂,故只有一個方向平行伸長,而Convergin collimator通常是X軸與Y軸兩個方向都放大。

QC

  • Geometry
    • 不同容器的形狀與位置會造成光子逃脫量不同,例如比較細高的瓶子可能會有較多光子從上方逃脫。
    • 機器維修、安裝或移動後須測量,差異必需小於10%。
  • Accuracy
    • 用長半衰期的Cs-137(half life 30 years)或Co-57 (half life 270 days)來做測量。
    • 安裝、檢修、移動、每年必須測量,差異必需小於10%。
  • Linearity
    • Tc-99m在6、24、30、48、96小時重複測量。
    • 為了減少時間,現在常用鉛套筒來模擬衰減。
    • 安裝、檢修、移動、每季必須測量。
  • Constancy
    • 每天都要測量
  • Frame mode
    • 將一段時間內所有訊號位置記錄到一個陣列中,同一位置的訊號加總記錄,故會損失部份時間資訊。
  • List mode
    • 每一個訊號單獨記錄位置,每一固定時間以時間標記隔開
    • (X1, Y1), (X2, Y2), (X3, Y3), T’, (X4, Y4), T”, T”’, (X5, Y5), (X6, Y6)…….
  • word mode
    • 2 bytes = 16 bits
  • byte mode
    • 1 byte = 8 bits

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