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

Wirkung ionisierender 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

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 auf Materie durch Photonenstrahlung

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

78

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

96

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

Energiefenstereinstellung

106

5.3.5

Gammaspektroskopie

107

5.4

Grundlagen der Statistik für nuklearmedizinische Zwecke

109

5.4.1

Messgenauigkeit

109

5.4.2

Statistische Methoden

110

5.4.3

Zuverlässigkeit eines Messwerts aus statistischer Sicht

114

5.4.4

Nuklearmedizinische Zählstatistik

115

5.4.5

Erkennungs- und Nachweisgrenze

117

Strahlenüberwachungsgeräte

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

149

8.2.3

Ganzkörperzähler

150

8.2.4

Intraoperative Sonden

150

8.3

Konstanzprüfung von Sondenmessgeräten

154

Szintillationskamera

9.1

Einleitung

157

9.1.1

Allgemeines zur Bildgebung

157

9.1.2

Allgemeines zur Gammakamera

157

9.2

Detektorkopf

159

9.2.1

Übersicht

159

9.2.2

Komponenten des Detektorkopfes

160

9.3

Impulsverarbeitung und Bilderzeugung

162

9.3.1

Ausgangssignale des Detektorkopfes

162

9.3.2

Signalverarbeitung

162

9.3.3

Bildspeicherung

163

9.4

Kenngrößen

165

9.4.1

Planare Inhomogenität

165

9.4.2

Planare örtliche Auflösung

166

9.4.3

Planare örtliche Linearität

168

9.4.4

Zählausbeute

168

9.4.5

Zeitliche Auflösung

168

9.4.6

Energieauflösung

169

9.4.7

Energielinearität

169

9.5

Kollimatoren

170

9.5.1

Kollimatortypen

170

9.5.2

Abbildungseigenschaften des Kollimators

170

9.5.3

Parallelloch-Kollimator

172

9.5.4

Pinhole-Kollimator

173

9.5.5

Fächerstrahl-Kollimatoren

173

9.5.6

Konvergierende und divergierende Kollimatoren

174

9.5.7

Sonderformen

174

9.6

Uniformitätskorrektur

175

9.6.1

Energiekorrektur

176

9.6.2

Linearitätskorrektur

177

9.6.3

Homogenitätskorrektur

177

9.7

Single-Photon-Emission-Computed-Tomography (SPECT)

179

9.7.1

Einleitung

179

9.7.2

Aufnahme der Projektionsbilder

179

9.7.3

Rotationszentrum

180

9.7

Informationsdichte und Detailerkennbarkeit

182

9.9

Qualitätskontrolle

184

PET-Scanner

10.1

Physikalische Grundlagen der Positronenemissionstomographie

189

10.1.1

Beta-plus-Umwandlung und Annihilation

189

10.1.2

Positronenstrahler für PET

190

10.1.3

Koinzidenzmessung

191

10.1.4

Flugzeitmessung („ time of flight “, TOF)

192

10.2

Schichtbilderzeugung

193

10.2.1

Strahlungsnachweis im Detektor

193

10.2.2

Ortsbestimmung des Szintillationsereignisses

194

10.2.3

Bestimmung der Koinzidenzlinien

194

10.2.4

Quantitative Aktivitätsbestimmung und SUV

199

10.3

Untersuchungsgeräte

201

10.3.1

Gerätetypen – Übersicht

201

10.3.2

PET-Scanner mit NaI(Tl)-Detektoren

202

10.3.3

PET-Scanner mit BGO-Detektoren

203

10.3.4

PET-Scanner mit anderen Detektoren

203

10.4

Qualitätskontrolle

205

Kombinierte Systeme

11.1

Morphologische und funktionelle Bildgebung

207

11.2

Grundlagen Röntgen-Computertomographie

210

11.2.1

Das Schwächungsprofil

210

11.2.2

Abtastung (Messung der Rohdaten)

211

11.2.3

Die „Generationen“ der CT-Geräte

211

11.2.4

Spiral-CT

212

11.2.5

Mehrzeilen-CT

214

11.2.6

Strahlenexposition des Patienten

215

11.2.7

Bildberechnung und Darstellung

217

11.2.8

Bestandteile eines Computertomographen

219

11.2.9

Bildqualität

222

11.2.10

Artefakte

223

11.3

PET/CT und SPECT/CT

225

11.3.1

Allemeines

225

11.3.2

Patientendosis bei PET/CT

226

11.3.3

Maßnahmen zur Dosisreduktion

226

11.4

PET/MR

228

Rekonstruktion von Schichtbildern

12.1

Bildberechnung

233

12.1.1

Projektionsbilder und Sinogramme

233

12.1.2

Gefilterte Rückprojektion

234

12.1.3

Filterung

235

12.1.4

Iterative Verfahren

237

12.2

Schichtdarstellung

239

12.3

Schwächungskorrektur

240

12.3.1

Allgemeines zur Schwächungskorrektur

240

12.3.2

Schwächungskorrektur nach Chang

242

12.3.3

Transmissionsmessung mit Hilfe radioaktiver Strahlenquellen

243

12.3.4

Transmissionsmessung mit Hilfe einer Röntgenröhre (Computertomographie)

247

12.4

Weitere Korrekturen

250

12.4.1

Streustrahlungskorrektur

250

12.4.2

Teilvolumen-Effekt

255

12.4.3

Zerfallskorrektur

257

12.4.4

Totzeitkorrektur

258

Qualitätskontrolle

13.1

Rechtliche Grundlagen

261

13.1.1

EU-Recht

261

13.1.2

Nationales Recht

262

13.1.3

Normen und Standards

262

13.2

Verfahren der Qualitätskontrolle

263

13.2.1

Abnahme- und Teilabnahmeprüfung

263

13.2.2

Konstanzprüfung

263

13.2.3

Allgemeine Maßnahmen

264

13.3

Konstanzprüfung Aktivimeter

265

13.3.1

Übersicht

265

13.3.2

Messungen

266

13.4

Konstanzprüfung Gammakamera, SPECT-Kamera

267

13.4.1

Übersicht

267

13.4.2

Messungen

268

13.5

Konstanzprüfung PET

271

13.5.1

Übersicht

271

13.5.2

Messungen

272

13.6

Konstanzprüfung In-vivo-/In-vitro-Messplätze, Gammasonden

273

13.6.1

Übersicht

273

13.6.2

Messungen

273

Anhang

Weiterführende Literatur

277

Quellenverzeichnis zu den Abbildungen

279

Abkürzungen

283

Index

285