Einleitung

1.1

Was ist Nuklearmedizin ?

3

1.2

Das Indikatorprinzip

4

1.3

Geschichte der Nuklearmedizin

5

1.3.1

Entwicklung kernphysikalischer Grundlagen

5

1.3.2

Entwicklung radiochemischer Grundlagen

6

1.3.3

Entwicklung molekularbiologischer Grundlagen

7

1.3.4

Entwicklung messtechnischer Grundlagen

7

1.3.5

Entwicklung klinischer Anwendungen

8

1.4

Vergleich mit anderen bildgebenden Verfahren

9

Physikalische Grundlagen der Nuklearmedizin

2.1

Atomaufbau

13

2.1.1

Atomkern

13

2.1.2

Atomhülle

14

2.2

Radioaktivität

16

2.2.1

Kernumwandlungen

16

2.2.2

Weitere Strahlungsarten

20

2.2.3

Nuklidkarte

22

2.2.4

Zerfallsschema

24

2.2.5

Zerfallsgesetz und Halbwertszeit

26

2.2.6

Einheit der Radioaktivität

29

2.2.7

Radioaktiver Zerfall - Zusammenfassung

29

2.3

Allgemeine Eigenschaften ionisierender Strahlung

30

2.3.1

Strahlungsparameter

30

2.3.2

Energiespektren

31

2.3.3

Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie

33

2.3.4

Wechselwirkung von Photonenstrahlung mit Materie

34

2.3.5

Schwächungsgesetz und Halbwertsdicke

37

2.3.6

Abstandsquadratgesetz

41

2.3.7

Weitere Strahlungseffekte in Materie

42

2.4

Dosis und Dosisleistung

43

2.4.1

Die Wirkung der ionisierenden Strahlung

43

2.4.2

Dosisbegriffe

43

2.4.3

Dosisleistung

45

Herstellung von Radionukliden

3.1

Radionuklide in der Nuklearmedizin

49

3.1.1

Nuklide der In-vitro-Diagnostik

50

3.1.2

Nuklide der In-vivo-Diagnostik

51

3.1.3

Nuklide der Radionuklidtherapie

52

3.2

Radionuklidgenerator

53

3.2.1

Aufbau und Funktion des ⁹⁹Mo / ^99mTc-Generators

53

3.2.2

Andere Generatoren

55

3.3

Kernreaktor

56

3.4

Zyklotron

57

Detektoren

4.1

Prinzip des Strahlungsnachweises

63

4.1.1

Energieübertragung

63

4.1.2

Arten von Strahlungsdetektoren

63

4.1.3

Bestandteile eines Strahlungsmessgerätes

64

4.2

Gasgefüllte Detektoren

65

4.2.1

Ionisationsbereich

66

4.2.2

Proportionalbereich

67

4.2.3

Auslösebereich

68

4.3

Halbleiterdetektoren

69

4.4

Lumineszenzdetektoren

71

4.5

Szintillationsdetektoren

72

4.5.1

NaI(Tl)-Szintillationsdetektor

72

4.5.2

Andere anorganische Szintillationsdetektoren

74

4.5.3

Eigenschaften anorganischer Szintillationsdetektoren -Zusammenfassung

74

4.5.4

Organische Szintillatoren

75

4.5.5

Photomultiplier

76

4.5.6

Funktion des Szintillationsdetektors - Zusammenfassung

77

Grundlagen der Messtechnik

5.1

Elektronischer Aufbau einer Messeinrichtung

81

5.1.1

Komponenten der Messelektronik

81

5.1.2

Hochspannungsversorgung

82

5.1.3

Vorverstärker

83

5.1.4

Linearverstärker

84

5.1.5

Impulshöhenanalysator (PHA)

85

5.1.6

Registriereinheit

87

5.1.7

Analog-Digital Konverter (ADC)

89

5.2

Generelle Eigenschaften einer Messeinrichtung

90

5.2.1

Empfindlichkeit einer Messeinrichtung

90

5.2.2

Einfluss von Schwächungseffekten

95

5.2.3

Leerwert und Hintergrund

95

5.2.4

Zeitliche Auflösung einer Messeinrichtung

98

5.3

Auswertung der Energieinformation

100

5.3.1

Impulshöhenspektrum

100

5.3.2

Energiekalibrierung

103

5.3.3

Energieauflösung

105

5.3.4

Fenstereinstellung

106

5.3.5

Gammaspektroskopie

108

5.4

Grundlagen der Statistik für nuklearmedizinische Zwecke

110

5.4.1

Messgenauigkeit

110

5.4.2

Statistische Methoden

111

5.4.3

Zuverlässigkeit eines Messwerts aus statistischer Sicht

115

5.4.4

Nuklearmedizinische Zählstatistik

117

5.4.5

Erkennungs- und Nachweisgrenze

119

Strahlen-Überwachungsgeräte

6.1

Aktivitätsmessgeräte

123

6.1.1

Aktivimeter

123

6.1.2

Kontaminationsmonitore

127

6.1.3

Gammaspektrometer

128

6.1.4

Ganzkörperzähler

129

6.2

Dosis- und Dosisleistungsmessgeräte

133

6.2.1

Personendosimeter

133

6.2.2

Dosisleistungsmessgeräte

136

Labormessgeräte

7.1

Gammazähler

139

7.1.1

Aufbau und Funktion

139

7.1.2

Ausführungsformen von Gammazählern

140

7.1.3

Konstanzprüfung von Gammazählern

141

7.2

Betazähler

143

7.2.1

Flüssigszintillationszähler

143

Sondenmessgeräte

8.1

Aufbau und Funktion

147

8.1.1

Detektor

147

8.1.2

Kollimator und Messfeld

147

8.1.3

Messelektronik

148

8.2

Anwendungsmöglichkeiten

149

8.2.1

Speichermessplatz (Uptake-Messplatz, Organmessplatz)

149

8.2.2

Funktionsmessplatz

150

8.2.3

Ganzkörperzähler

150

8.2.4

Intraoperative Sonden

150

8.3

Konstanzprüfung

154

Rektilinearer Scanner

9.1

Aufbau und Funktion

157

9.1.1

Prinzip der Bildentstehung

157

9.1.2

Kollimator und Messfeld

157

9.1.3

Kollimator und Bildqualität

158

9.1.4

Registriereinrichtungen

158

Szintillationskamera

10.1

Einleitung

161

10.1.1

Allgemeines zur Bildgebung

161

10.1.2

Allgemeines zur Gammakamera

161

10.2

Detektorkopf

163

10.2.1

Übersicht

163

10.2.2

Die einzelnen Komponenten des Detektorkopfes

164

10.3

Impulsverarbeitung und Bilderzeugung

166

10.3.1

Ausgangssignale des Detektorkopfes

166

10.3.2

Signalverarbeitung

166

10.3.3

Bildspeicherung

167

10.4

Kenngrößen

169

10.4.1

Planare Inhomogenität

169

10.4.2

Planare örtliche Auflösung

170

10.4.3

Planare örtliche Linearität

172

10.4.4

Zählausbeute

172

10.4.5

Zeitliche Auflösung

173

10.4.6

Energieauflösung

173

10.4.7

Energielinearität

173

10.5

Kollimatoren

174

10.5.1

Kollimatortypen

174

10.5.2

Abbildungseigenschaften des Kollimators

174

10.5.3

Parallelloch-Kollimator

176

10.5.4

Pinhole-Kollimator

177

10.5.5

Fächerstrahl-Kollimatoren

178

10.5.6

Konvergierende und divergierende Kollimatoren

178

10.5.7

Sonderformen

178

10.6

Automatische Uniformitätskorrektur

179

10.6.1

Energiekorrektur

180

10.6.2

Linearitätskorrektur

181

10.6.3

Homogenitätskorrektur

181

10.7

Qualitätskontrolle

183

SPECT

11.1

Aufnahme der Rohdaten

187

11.1.1

Einleitung

187

11.1.2

Projektionsbilder und Sinogramme

187

11.1.3

Aufnahme der Projektionsbilder

188

11.1.4

Rotationszentrum

189

11.2

Bildberechnung

191

11.2.1

Gefilterte Rückprojektion

191

11.2.2

Filterung

192

11.2.3

Iterative Verfahren

194

11.3

Schwächungskorrektur

195

11.3.1

Schwächungskorrektur nach Chang

195

11.3.2

Gemessene Schwächungskorrektur

196

11.4

Schichtdarstellung

197

11.5

Informationsdichte und Detailerkennbarkeit

198

11.6

Qualitätskontrolle

200

PET

12.1

Physikalische Grundlagen der Positronenemissionstomographie

203

12.1.1

Beta-plus-Umwandlung und Annihilation

203

12.1.2

Positronenstrahler für PET

204

12.1.3

Koinzidenzmessung

205

12.1.4

Flugzeitmessung („time of flight“, TOF)

206

12.2

Schichtbilderzeugung

207

12.2.1

Strahlungsnachweis im Detektor

207

12.2.2

Ortsbestimmung des Szintillationsereignisses

208

12.2.3

Bestimmung der Koinzidenzlinien

208

12.2.4

Schichtbildrekonstruktion

213

12.2.5

Korrekturen

214

12.2.6

Quantitative Aktivitätsbestimmung und SUV

216

12.3

Untersuchungsgeräte

218

12.3.1

Gerätetypen – Übersicht

218

12.3.2

Hybrid-Kameras

218

12.3.3

Dedizierte PET-Scanner mit NaI(Tl)-Detektoren

219

12.3.4

Dedizierte PET-Scanner mit BGO-Detektoren

220

12.3.5

Dedizierte PET-Scanner mit anderen Detektoren

221

12.4

Qualitätskontrolle

222

Kombinierte Geräte

13.1

Morphologische und funktionelle Bildgebung

225

13.2

Grundlagen Röntgen-Computertomographie

226

13.2.1

Das Schwächungsprofil

226

13.2.2

Abtastung (Messung der Rohdaten)

227

13.2.3

Die „Generationen“ der CT-Geräte

227

13.2.4

Spiral-CT

228

13.2.5

Mehrzeilen-CT

230

13.2.6

Strahlenexposition des Patienten

231

13.2.7

Bildberechnung

233

13.2.8

Bestandteile eines Computertomographen

236

13.2.9

Bildqualität

239

13.2.10

Artefakte

240

13.3

PET/CT und SPECT/CT

242

13.3.1

Allemeines

242

13.3.2

Transmissionsmessung

243

13.3.3

CT-basierte Schwächungskorrektur

245

13.3.4

Patientendosis bei PET/CT

246

13.3.5

Maßnahmen zur Dosisreduktion

247

13.4

PET/MR

249

Qualitätskontrolle

14.1

Rechtliche Grundlagen

253

14.1.1

EU-Recht

253

14.1.2

Nationales Recht

254

14.1.3

Normen und Standards

254

14.2

Messverfahren

255

14.2.1

Abnahme- und Teilabnahmeprüfung

255

14.2.2

Konstanzprüfung

255

14.2.3

Allgemeine Maßnahmen

256

14.3

Konstanzprüfung Aktivimeter

257

14.3.1

Übersicht

257

14.3.2

Messungen

258

14.4

Konstanzprüfung Gammakamera, SPECT-Kamera

259

14.4.1

Übersicht

259

14.4.2

Messungen

260

14.5

Konstanzprüfung PET

263

14.5.1

Übersicht

263

14.5.2

Messungen

264

14.6

Konstanzprüfung In-Vivo-/In-Vitro-Messplätze, Gammasonden

265

14.6.1

Übersicht

265

14.6.2

Messungen

265

Anhang

Weiterführende Literatur

269

Quellenverzeichnis zu den Abbildungen

271

Abkürzungen

273

Index

275