Диссертация (1149678), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Ангером (Калифорнийскийуниверситет в Беркли) гамма-камеры — прибора для получения изображенийгамма-излучения.Радионуклидная диагностика [22, 25, 26] прочно вошла в арсеналдиагностических средств современных учреждений здравоохранения и по своейзначимости не уступает таким современным инструментальным методикам, какмагнитно-резонанснаятомография,ультразвуковыеирентгеновскиеотличительнойчертойисследования.Функциональностьявляетсяметодоврадионуклидной диагностики. Изображения, получаемые на основе методовядерной медицины, не обладая высоким пространственным разрешением, вотличии от изображений, получаемых методами магнитно-резонансной (МРТ) и19рентгеновской томографии (КТ), способны отражать физиологические ипатофизиологические изменения, происходящие в организме.
Достигается это засчет применения радиофармацевтических препаратов (РФП), которые способнынакапливатьсявморфологическихструктурахиотражатьдинамикупроисходящих в органе биохимических или физиологических процессов. ПодРФП понимается химическое соединение, содержащее в себе некоторыйрадиоактивныйнуклид,и,предназначенноедляпроведениямедико-биологических исследований.Выполнениеосуществляетсярадионуклидногоспомощьюдиагностическогорадиоэлектронныхисследованияприборов,специальнопредназначенных для этих целей. Любая установка для регистрации излученийсодержит три основных узла: один или несколько детекторов, позволяющихпреобразовать энергию излучения в электрические импульсы; устройствапреобразования и отбора сигналов, позволяющие усилить, преобразовать иотобратьэлектрическиеимпульсысопределеннымипараметрамиизпоследовательности импульсов, поступающих с детекторов; одно или несколькорегистрирующих устройств, которые преобразуют импульсы, поступающие отустройств отбора сигналов, в информацию, предназначенную либо длявизуального восприятия, либо для дальнейшей ее компьютерной обработки.Цельюданнойработыявляетсяматематическоеикомпьютерноемоделирование в задачах обработки данных таких радионуклидных методов, кактомовентрикулография сердца и перфузионная томосцинтиграфия миокарда,синхронизированная с ЭКГ.
В основе рассматриваемых методов лежитоднофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ)(§ 1.2) ипозитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) (§ 1.3). В данной главе представленыосновные характеристики и схемы работы указанных методов, которыеотличаются друг от друга использованием разных установок, позволяющихполучать радиоизотопные изображения.
Радионуклидные исследования данныхметодов проводятся с помощью гамма-томографов и позитронно-эмиссионныхтомографов соответственно. Так как гамма-томографы являются результатом20развития гамма-камер, в главе представлены основные характеристики гаммакамеры и схема работы радионуклидного метода планарной сцинтиграфии (§ 1.1),которая проводится с использованием данной установки.В параграфе 1.4 данной главы представлено описание исследованийтомовентрикулографии сердца и перфузионной томосцинтиграфии миокарда,синхронизированной с ЭКГ.§ 1.1 Планарная сцинтиграфияВо время проведения исследования планарной сцинтиграфии, устройствомдля визуализации распределения РФП является гамма-камера. Гамма-камера —это установка, позволяющая регистрировать двумерные проекции объемногораспределениягамма-излучающегорадиофармацевтическогопрепаратависследуемом органе.Современная гамма-камера состоит следующих компонентов:1.
блокадетектирования,предназначенногодлярегистрациигаммаизлучения;2. штативно-поворотного устройства, обеспечивающего крепление блоковдетектирования;3. ложа пациента;4. биосинхронизатора (в частности, кардиосинхронизатора);5. электронной системы позиционирования;6. монитора укладки;7. компьютера сбора данных;8. компьютера обработки получаемых изображений.Основными компонентами блока детектирования являются многоканальныйколлиматор, сцинтилляционный кристалл NaI (Tl) (кристалл йодистого натрия,активированноготаллием),соединенныйснаборомфотоэлектронныхумножителей и электронное устройство, обеспечивающее определение координати амплитуд сигналов.21Рассмотрим схему работы метода планарной сцинтиграфии (рис.
1).Введенный радиофармацевтический препарат распространяется и аккумулируетсяв исследуемом органе пропорционально его метаболизму или перфузии.Рис 1. Схема метода планарной сцинтиграфииИзлучение из исследуемого органа, который содержит в себе РФП,распространяется во все стороны от него. Для того чтобы из рассматриваемогоизлучения сформироватьинформационно значимый поток, необходимоотфильтровать только пучки фотонов, идущие параллельно. Для решения даннойзадачи используют устройство, которое называется коллиматором.
Как правило, вгамма-камерахиспользуютсямногоканальныеколлиматоры,которыепредставляют собой свинцовую пластину с множеством отверстий. В результатепопаданияотфильтрованныхтакимобразомпучковгамма-квантоввсцинтилляционный кристалл, происходит передача энергии гамма-излучениямолекулам иодида натрия, вследствие чего возникает свечение (флюоресценция)вещества.Данноесвечениеназываетсясцинтилляцией.Возникающиесцинтилляции регистрируются с помощью специального электровакуумногоустройства,котороеустройствопозволяетназываетсяфотоэлектроннымпреобразоватьполученныеумножителем.световыеДанноеимпульсывэлектрические сигналы [28], которые поступают в ЭВМ и изображаются на22дисплее компьютера в виде светящегося изображения исследуемого органа.Поэтому данный метод получил название сцинтиграфия (изображение вспышек).Амплитуда полученных электрических сигналов строго пропорционально уровнюрадиоактивности исследуемой области и может быть измерена количественно.Дляпроведениярадионуклидныхисследованийсцинтилляционныйкристалл гамма-камеры должен соответствовать следующим параметрам:1.
высокая эффективность задержки гамма-квантов;2. минимальное рассеивание гамма-квантов в кристалле;3. максимальная оптическая прозрачность кристалла;4. механическая прочность кристалла;5. минимальная длительность каждой сцинтилляции.Как уже упоминалось ранее, промышленное производство гамма-камерначалось с 1960-x г. За это время было выпущено несколько поколений гаммакамер, которые совершенствовались в таких направлениях, как разработкаспециализированных коллиматоров, повышение разрешающей способностигамма-камеры, увеличение поля зрения детекторов и др.
Но основныетехническиехарактеристикигамма-камерыопределяютсяблокомдетектирования, которому соответствуют следующие характеристики:1. поле зрение детектора;2. степень неоднородности поля зрения детектора;3. энергетическое разрешение;4. пространственное разрешение;5. нелинейное искажение;6. быстродействие гамма-камеры.В результате научно-технического прогресса на смену гамма-камерпришили гамма-томографы, позволяющие получать трехмерное распределениеРФПвисследуемом органе.Нопредставленные вданномпараграфехарактеристики и требования, предъявляемые к основным компонентам гаммакамер, справедливы и для гамма-томографов.23§ 1.2 Однофотонная эмиссионная компьютернаятомографияВ основе ОФЭКТ лежит применение гамма-томографов [35]. Гамматомографы позволяют по набору проекций, сделанных под различными углами спомощью математических методов реконструкции осуществить получениетрехмерногораспределениягамма-излучающегорадиофармацевтическогопрепарата в исследуемом органе.Гамма-томографы, в отличие от гамма-камер, часто имеют в своем составедва или три блока детектирования, закрепленные на штативно-поворотномустройстве кольцевого типа.
Преимуществом ОФЭКТ над радионуклиднымипланарными методами диагностики является отсутствие на реконструированномизображении наложений на исследуемый орган соседних с ним объектов. Этотфакт очень важен для диагностики.Вовремяпроцедурывизуализации(рис.2)пространственногораспределения гамма-излучающего радиофармацевтического препарата в телепациента, детекторы гамма-томографа вращаются на 360 градусоввокругпоперечной оси пациента с шагом равным 5 – 10 градусам. На каждом шагедетектором записывается одна планарная сцинтиграмма.
Увеличение числадетекторов гамма-камеры, позволяет уменьшить время сбора информации. Послесбора информации происходит реконструкция [24] полученных поперечных ипродольных срезов исследуемого органа, и уже реконструированные изображениявыводятся на дисплей компьютера.Для проведения исследования ОФЭКТ сердца, детекторы гамма-томографавращаются вокруг пациента на 180 градусов из правой передней косой до левойзадней косой проекции. Данная процедура позволяет получать наиболееконтрастные томосрезы с высоким пространственным разрешением.24Рис.
2 Схема метода однофотонной эмиссионной компьютерной томографииКачество получаемых изображений с помощью метода ОФЭКТ зависит оттаких факторов, как выбор типа коллиматора, орбита вращений детекторов,установка окна амплитудного анализатора и общий счет импульсов. Нарезультатыреконструкциитомографическихизображенийвлияетвыбориспользуемого алгоритма коррекции ослабления излучения, выбор фильтрашумоподавления, размер матрицы реконструированного изображения и уголориентации косых срезов. На качество получаемых сцинтиграмм также влияетколичество проекций.
Для выбора числа проекций (N) используется следующаяформулаN2 r,dгде r — это расстояние от центра вращения органа до границы детектора, а d —это размер пикселя.Реконструкция нативных сцинтиграмм в томосрезы обычно осуществляетсяс помощью метода фильтрованных обратных проекций (FBP) и итерационныхметодов. На регистрацию гамма-излучения влияют такие процессы, какослабление и рассеивание излучения, статистические шумы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
