02 Clase Gamma camara - >>Pronto habrá una descripción disponible. Lamentamos las molestias. PDF

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MEDICINA NUCLEAR

Clase 02

Gammacámara Funciona con tecnecio 99 meta estable. El objetivo del diagnóstico con radioisótopos es la obtención de datos y/o imágenes del funcionamiento de los órganos del paciente a estudiar. *Detecta la radiación gamma que proviene del radiofármaco. El equipo que se utiliza en la Medicina Nuclear es la Cámara de Anger o Gammacámara que está compuesta básicamente por las siguientes partes: 1. Detector (cabeza) y sistema de colimación. 2. Electrónica de localización y corrección Unidad de análisis y proceso de datos (Computadora). 3. Sistema de presentación y registro de datos *El detector es un cristal de centelleo (yoduro de sodio activado con talio) que al recibir la radiación gamma la convierte en luz (fenómeno llamado excitación). *La radiación choca con las capas electrónicas de estos elementos, dándole energía al electro el cual sube a un nivel superior, sin abandonar el átomo, luego baja a uno inferior, emitiendo un rayo característico. *En el fenómeno de excitación el electrón sube y baja de nivel emitiendo luz. *En el fenómeno de ionización abandona el átomo. *Por tanto el fenómeno físico que ocurre en los detectores de centelleo es la excitación. *Como la energía de este electrón, producido por el rayo gamma, es baja, al cristal se le introduce impureza de talio para así aumentar la energía y con ello asegurar que llegara al fotocátodo. *Antes del cristal están los colimadores, que coliman y dejan pasar, post paciente, solo los fotones que van en forma directa. El equipo debe tener una buena eficiencia para la radiación gamma y un mecanismo discriminador de energía para rechazar los fotones producidos en la región Compton. Gamma Cámaras 1, 2 o 3 cabezales SPECT (TOMOGRAFIA POR FOTON UNICO) - 1 CABEZAL - 2 CABEZALES - 3 CABEZALES

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DETECTOR *Su función es convertir los rayos gamma en luz. El detector está formado por un cristal de INa(Tl) lo suficientemente grande como para poder explorar una gran área de superficie corporal. Esta acoplado a un conjunto de fotomultiplicadores (PMTs) mediante una lámina de grasa que actúa como adaptador de la impedancia óptica. Los PMTs (fotomultiplicadores) que transforman la señal luminosa en señal eléctrica, tienen una ganancia ligeramente ajustable. El detector va rodeado de un blindaje plomado para evitar la radiación de fondo excepto por el frontal por donde se estudia el objeto a través de un colimador que permite seleccionar los fotones que llegan al cristal y define las direcciones de aceptación.

*El paciente emite fotones gamma en todas las direcciones (isotrópica). La Gammacámara capta la radiación gamma desde el núcleo de los isótopos. Existen gammacámaras de uno, dos o tres cabezales. Se conoce como SPECT a la Tomografía por emisión de fotón único. Se puede adquirir la imagen mientras los cabezales dan la vuelta al paciente. En cada posición se adquiere una imagen y luego mediante las transformadas de Fourier se puede realizar una reconstrucción de una imagen. *La energía llega al fotocátodo (cesio con antimonio), el cual forma parte un tubo fotomultiplicador, que por sus componentes desprenden electrones fácilmente, estos electrones van a los dinodos, finalmente se aceleran y dan un pulso eléctrico.

Detector de Centelleo (cristal) *Se producen tres fenómenos, que se diferencian por el tiempo transcurrido. • La E es absorbida por la materia y reemitida como luz o radiación de longitud de onda visible • A este fenómeno se le llama LUMINISCENCIA (se produce en el cristal de centelleo) *Mientras mas rápido emita la luz mejor es el detector.

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Si la reemisión ocurre mientras el material está excitado o en 10-8 seg el proceso se llama FLUORESCENCIA Si la reemisión ocurre mucho más tarde desde fracciones de seg hasta muchas horas se llama FOSFORESCENCIA

*Por tanto el fenómeno que se ocupa en el detector de centelleo en la luminscencia y el fenómeno físico en la excitación.

CONDICIONES DE UN DETECTOR DE CENTELLEO -

Elevado Z > Efecto Fotoeléctrico Buena eficiencia de conversión de E absorbida en luz (mientras más rápido mejor) El centellador debe ser transparente (para no producir impurezas y errores) No debe causar FOSFORESCENCIA (emitir luz después de mucho tiempo que se decepcionó la energía) El color del centelleo debe ser compatible con la sensibilidad del FM

El rayo gamma proveniente del paciente llega al cristal, se produce fluorescencia y llega al fotomultiplicador (llega al cátodo, pasa por los dínodos y sale por el ánodo). Luego sale por el preamplificador el cual normaliza la señal para que sea amplificada. El amplificador realiza un ajuste de ganancia. La onda debe caer dentro de la ventana para que pueda detectarse. Luego el analizador de altura de pulso (PHA) transforma la señal en un pulso para que sea detectado en la gammacámara. *rayo gamma, llega la cristal, luego al fotocátodo, luego se produce la avalancha de los dinodos (donde se multiplican), se le aplica un alto voltaje, pasa al preamplificador que arregla la señal dejándola óptima para que sea amplificada y así genere un pulso eléctrico.

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COMPONENTES DE UN CONTADOR BÁSICO DE CENTELLEO Un cristal de centelleo (NaI(Tl)).convierte la energía (rayos gamma) en luz. El cristalcuando convierte la energía produce una longitud de onda menor a la luz visible y por lo tanto no alcanzaría a llegar al fotocátodo. Para solucionar esta situación al cristal de Yoduro de Sodio (NaI) se le introducen impurezas de Talio que aumentan la energía y así poder hacer llegar la luz al fotocátodo. Por cada 10 fotones se emite 1 electrón. Tub Tubo o Foto Fotomultip multip multiplica lica licador dor (P (PMT): MT): convierte la luz del cristal en un pulso eléctrico. La excitación llega al fotocátodo (película delgada de Cesio-Antimonio, que permite que se desprendan electrones fácilmente), los electrones emitidos pasan a los dínodos que (por medio de diferencia de potencial) aumenta la salida de los electrones (a mayor diferencia de potencial/voltaje, mayor será el pulso eléctrico que saldrá al final). - Fuente de alto voltaje para el PMT: para acelerar los electrones - Preamplificador y Amplificador: amplifican (aumento del tamaño) del pulso - Analizador de Altura de Pulsos (PHA): permite medir la altura del pulso. Ya que la altura es proporcional a la energía depositada, el PHA permite seleccionar el rango de energías gamma deseado. Si por ejemplo, se desprende un electrón del cátodo para que choque en D1 con una energía tal que hace que se desprendan 4 electrones, luego se desprenderán 8, 16, 32, etc. y así sucesivamente (lo cual se nota en el engrosamiento en la dirección de los electrones de un dinodo a otro). D1-D8 son los dinodos de este PMT. Una red de resistencias divide el alto voltaje, de modo tal que el voltaje más alto se aplica al ánodo, el segundo más alto al dinodo D8, y así sucesivamente; siendo el voltaje más bajo aplicado al cátodo y el segundo más bajo al dinodo D1. Se aplica un mayor voltaje para que los electrones puedan chocar con mayor fuerza y desprender así un mayor número de electrones en el dinodo siguiente. *la diferencia de potencial es baja en el cátodo pero alta en el ánodo ya que se necesita que se multiplique. Diagrama de un tubo fotomultiplicador (PMT). D1-D8 son los dinodos de este PMT. Una red de resistencias divide el alto voltaje, de modo tal que el voltaje más alto se aplica al ánodo, el segundo más alto al dinodo D8, y así sucesivamente siendo el voltaje más bajo aplicado al cátodo y el segundo más bajo, al dinodo D1. Par Para a que el pu pulso lso elé eléctrico? ctrico? *Para que solamente pase el efecto fotoeléctrico y no el compton. El objetivo es finalmente producir un pulso. Este es un pulso que corresponde al Tecnecio, con una ventana del 20% (por lo tanto el discriminador se configura entre 1.54 y 1.26 el 20% de 140 es 28, lo cual se divide en 2 y resulta en 14. Este 14 se le suma a 140=154 y también se le resta a 140=126). Es por esto que la ventana está abierta entre estos parámetros. Si aumenta el voltaje de

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los dinodos resulta en que el pulso se saldrá de la ventana y entonces esta ventana deberá correrse (subirse) para poder captar el pulso, sin embargo estaremos fuera de la zona de energía del Tecnecio y por lo tanto la imagen resultante no sirve y no permite el objetivo del examen.

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(a) Detector de centelleo configurado correctamente para contar 140 keV con una altura del pulso entre el nivel inferior y superior del PHA de la ventana de 20% (126-154 keV). *Si deja pasar lo que no sirve, efecto compton, la imagen se verá borrosa. *La ventana podría sel del 10 15 o 20%, pero la del 20% es lo mejor. Espectro de energía que muestra el número de pulsos en función de la altura del mismo (energía). El espectro de energía está formado por un fotopico, que se centra sobre la energía del rayo gama del isótopo, y pulsos de energía menor de la radiación dispersa. También se muestra una ventana típica que abarca el fotopico.

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Esta configuración correcta de la ventana del pulso del detector de centelleo entrega un espectro (Espectro del Tecnecio). La zona gris es la ventana configurada (que corresponde solamente a efecto Fotoeléctrico), mientras más angosto sea el peak mejor será la resolución (menor es la distancia con la que se pueden distinguir dos puntos como tales). El resto del espectro (zona blanca hacia la izquierda del peak) es efecto Compton (dispersión). El peak es la zona que tiene mayor número de cuentas.

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(b) Mediante el aumento ya sea del alto voltaje o de la ganancia del amplificador, el pulso del rayo gama de 140 keV se agranda y no se encuentra dentro de la ventana del PHA, por lo tanto, no podrá contarse.

(c ) Los niveles de la ventana del PHA se han aumentado para centrar nuevamente el pulso en la ventana. Observe que, sin embargo, los niveles de la ventana son bastante más elevados y ya no se encuentran ahora, en relación directa con la energía del rayo gam a. Es decir podemos medir el

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peack pero nos estamos corriendo para la derecha y por lo tanto se pierde resolución, ya que el área bajo la curva será mucho más grande. *El problema de correrlo es que el paciente se pondrá borroso ya que se toma un poco de fotoeléctrico y compton. *Por tanto se puede hacer pero no se debe.

Trazado del número de pulsos en relación con la altura de pulsos para el mismo radioisótopo del gráfico anterior, luego que se aumentó la ganancia del amplificador o el alto voltaje. La ventana ahora ya no está centrada sobre el fotopico, sino que incluye una cantidad significativa de radiación dispersa. Debido a esto se obtiene una imagen sumamente borrosa en la que no será posible distinguir algún detalle importante para la exploración.

*Hay isotopos que tienen muchos peal se trabaja con todo la ventana abierta. *Si el paciente en más obeso se le inyecta mas dosis.

Se aumentaron los niveles de la ventana para centrarla nuevamente sobre el fotopico. En la imagen A se pueden ver los fotomultiplicadores marcados (está centrado bien y con la energía correspondiente). En B se tiene una imagen adquirida de Tecnecio configurada con otra energía (como la del Yodo) y entrega otra imagen, en la cual casi no se detectan cuentas (a veces no se ven) Mala calibración energética: una ventana del 20% hace que se vea homogéneo (“ la calibración de la energía está desplazada

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Clase 02 Espectro de energía que muestra la ventana del PHA con el nivel inferior, el nivel superior y el ancho de la ventana indicado. El espectro siempre debe estar centrado correctamente dentro de la ventana y el fotopeak se encuentre al medio. Se puede utilizar una ventana de un 5% para obtener una resolución muy alta, sin embargo el examen demoraría mucho más tiempo en realizarse (ej: dos días). Por lo tanto es necesario realizar un equilibrio: mientras más ancha la ventana existe mayor sensibilidad pero menor resolución. El

equilibrio corresponde a la ventana de un 20%

COMPONENTES DE UNA GAMMA CAMARA 1. 2. 3. 4.

DETECTOR O CABEZAL CAMILLA COMPUTADOR DE ADQUISICIÓN COMPUTADOR DE PROCESAMIENTO

DETECTOR -

Colimadores Cristal de NaI(Tl) Tubos foto multiplicadores 37 61 91 (mientras más mayor resolución) Preamplificadores

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Tipos de Colimadores

*Mientras más alto el material, cambian las propiedades. Crista Cristall de N NaI aI (Tl) - El cristal es un cilindro plano - Determina el área del paciente que puede ser incluida - Cámara de campo pequeño mide 300 mm - Una cámara de campo grande mide 400 mm - En la actualidad existen cámaras de campos rectangulares de hasta 500 mm

Ga Gamma mma Cáma Cámara ra - Todo el sistema va asociado a un circuito lógico de localización y a un analizador de altura de impulsos, de tal forma que por cada interacción en el cristal se obtiene una señal de posición y una de energía. - El diámetro y el grosor del cristal, van a determinar el campo útil de visión y la eficiencia para una determinada energía. - En las cámaras multipropósito donde la mayoría de los estudios son con Tc99m, el grosor del cristal suele ser de 9,5 mm. *Resolución va de la mano con el grosor.

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*Mientras más grueso el cristal menor es la resolución. *Resolución: la menor distancia donde se pueden distinguir dos puntos como tales. *Los cristales van de 3,2 a 12 mm, si se usa uno de 3 se tendrá una excelente resolución pero como la energía es muy alta no se vera nada ya que lo atraviesa. Po el otro lado, el de 12 empeora la resolución, por tanto se busca el equilibrio y se ocupa el de 9,5 mm. *Por consiguiente se usa el de 9m5 para una óptima resolución y captación de fotones.

Crista Cristall de N NaI(Tl) aI(Tl) - Espesor: Puede ser de 3,2mm a 12,7mm, uso Clínico 9,5mm - Su densidad es de 3,7 g x cm-3 presenta un buen coeficiente de absorción de la radiación. - Los cristales delgados ofrecen una resolución mejor, pero la sensibilidad se reduce en forma importante para las Energías mayores de 140 KeV. Cuando la radiación Gamma es absorbida en un cristal de NaI(Tl), los electrones puestos en movimiento luego de las interacciones primarias, pierden rápidamente su energía cinética excitando los átomos del cristal de NaI. Las radiaciones de desexcitación de estos átomos son de longitud de onda menor que la de la luz visible, de ahí la necesidad de introducir en la malla de cristal una impureza de Talio a razón de 0,1 a 0,4 moles por ml. Los átomos de Tl son a su vez excitados y esta ganancia de E es liberada como emisión de fotones luminiscentes. Diremos entonces que el cristal de NaI, ha sido activado con Tl y lo designaremos por el símbolo NaI(Tl).

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Los fotones luminiscentes son emitidos con una E de 3eV o una longitud de onda de 4.200 armstrong, que tiene color azul violeta , sin embargo no toda la E se transforma en luz, solamente el 10%, el resto se disipa en calor. Constante de Tiempo: Es el tiempo medio que separa el momento en que la radiación es absorbida y la cintilación es emitida La estructura atómica del Crista de NaI(Tl), determina lo que se llama cintilación intrínseca La brevedad de la Cte de tiempo: Es la condición necesaria para que 2 fotones absorbidos sucesivamente en un corto espacio de tiempo sean detectados - Cte de tiempo NaI(Tl) = 0,25μ seg - Cte de tiempo Geiger Muller = 10-4seg (10.000 μ seg) *constante de tiempo: llega el foto y emite luz. La colección y transmisión de la luz hasta el Foto cátodo es dependiente de la preparación del cristal. El NaI(Tl), es altamente HIGROSCOPICO si se expone a atmósferas húmeda, muestra una coloración amarilla en su superficie, debido posiblemente al I libre. Los cristales usados como detectores deben ser transparentes y liberados de coloración, por lo tanto deben prepararse en ambientes libre de humedad y mantenerlo así durante toda su vida como detector.

Como el cristal contiene yodo, si aumenta la humedad se pone de color amarillo.

El cristal está envuelto en su contenedor de Al de < 1 mm de espesor (0,4mm), que lo protege de la luz ambiente, lo que es muy importante ya que una pequeña cantidad de luz que llega al Foto cátodo a través del cristal produciría un nivel de ruido extremadamente alto. La superficie del cristal que está en contacto con el Fotocátodo queda libre de la envoltura de Al y es sellado con una ventana de vidrio. Frecuentemente el cristal es montado directamente en el FM, el contenedor de Al cubre entonces del cristal hasta la base del Foto tubo formando una Unidad. Este tipo de montaje integral en que se elimina la ventana aumenta la colección de luz, ya que elimina 2 superficies de reflexión (el frente y el fondo de la Ventana) es bastante más caro.

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Los fotones visibles nacen en un punto del cristal y son emitidos isotrópicamente, en todas direcciones. (ángulo sólido) Para aumenta aumentarr la eficie eficiencia ncia de ccolecc olecc olección, ión, sse e pu puede ede poner ru rugosa gosa la su superficie perficie del crista cristall (exc (excepto epto la que está en co contacto ntacto con el FFoto oto tub tubo), o), a fin de au aumentar mentar la refle reflexión xión de lo loss foto fotones nes q que ue lllleg eg egan an a ella ella, Igualmente entre el cristal y la envoltura se coloca una fina capa de Al2O3 que son excelentes reflectores para la luz de longitud de onda > que 3500 A° Es importante asegurarse un buen acoplamiento óptico entre el cristal y el FOTOCATODO (para que hay una real transmisión de los fotones), que evita la pérdida de luz por reflexión o auto absorción, esto se satisface con plexiglás o cuarzo, usando grasa siliconada (aceite de cedro) como agente acoplante. Los cristales de NaI(Tl) son muy sensibles a los cambios de temperatura, una variación de 5° C por hora, puede significar la destrucción del cristal. El rendimiento de Detección está influido por: - Ángulo sólido - Tamaño del cristal - Distancia de la fuente (Detector – paciente) Por otra parte la ta tasa sa de ab absorción sorción depen depende de d de: e: - Espesor del cristal - Energía del fotón - Z de absorbente Para un espesor dado, la fracción absorbida disminuye cuando la E crece. Para una E incidente dada, la eficiencia aumenta con > espesor del cristal Dista Distancia ncia de la fu fuente ente (D (Dete ete etector ctor – pacie paciente) nte) *El detector debe estar pegado al paciente, sino se pierde la resolución.

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Tubos Fotomultiplicadores El papel de los foto multiplicadores es transformar los fotones luminosos que recibe en pulsos eléctricos ya que está unido a una fuente de alta tensión. Se compone de 3 partes: 1. El Foto cátodo (material que emite electrones) 2. El multiplicador de electrones (dinodo) 3. El ánodo colector En el Foto cátodo se efectúa la conversión fotoeléctrica, la magnitud de esta conversión depende a la vez de la naturaleza del Foto cátodo y de la longitud de onda de los fotones emitidos, así cada Foto cátodo tiene una respuesta máxima para una longitud de onda bien determinada Por convención, la respuesta máxima para una longitud de onda determinada se expresa en S1, S2, S13, etc. Los Foto cátodos S11 coinciden perfectamente con la Longitud de onda de los fotones emitidos por el cristal de Na I Así el rendimiento de conversión está dado para un foto cátodo determinado y una longitud de onda determinada En ggeneral eneral hay lilibera bera beración...